如何理解iOS的ARC和ARC的实现原理

问题

简单介绍 ARC 以及 ARC 实现的原理。

考查点

我记得在刚接触iOS的时候对这个ARC和MRC就讨论颇深，认为ARC是对程序员的一种福利，让我们节省了大量的代码，那么ARC是什么呢？

ARC 是苹果在 WWDC 2011 提出来的技术，因此很多新入行的同学可能对此技术细节并不熟悉。但是，虽然 ARC 极大地简化了我们的内存管理工作，但是引用计数这种内存管理方案如果不被理解，那么就无法处理好那些棘手的循环引用问题。所以，这道面试题其实是考查同学对于 iOS 程序内存管理的理解深度。

答案

自动的引用计数（Automatic Reference Count 简称 ARC），是苹果在 WWDC 2011 年大会上提出的用于内存管理的技术。

引用计数（Reference Count）是一个简单而有效的管理对象生命周期的方式。当我们创建一个新对象的时候，它的引用计数为 1，当有一个新的指针指向这个对象时，我们将其引用计数加 1，当某个指针不再指向这个对象是，我们将其引用计数减 1，当对象的引用计数变为 0 时，说明这个对象不再被任何指针指向了，这个时候我们就可以将对象销毁，回收内存。由于引用计数简单有效，除了 Objective-C 语言外，微软的 COM（Component Object Model ）、C++11（C++11 提供了基于引用计数的智能指针 share_prt） 等语言也提供了基于引用计数的内存管理方式。

引用计数这种内存管理方式虽然简单，但是手工写大量的操作引用计数的代码不但繁琐，而且容易被遗漏。于是苹果在 2011 年引入了 ARC。ARC 顾名思义，是自动帮我们填写引用计数代码的一项功能。

ARC 的想法来源于苹果在早期设计 Xcode 的 Analyzer 的时候，发现编译器在编译时可以帮助大家发现很多内存管理中的问题。后来苹果就想，能不能干脆编译器在编译的时候，把内存管理的代码都自动补上，带着这种想法，苹果修改了一些内存管理代码的书写方式（例如引入了 @autoreleasepool 关键字）后，在 Xcode 中实现了这个想法。

ARC 的工作原理大致是这样：当我们编译源码的时候，编译器会分析源码中每个对象的生命周期，然后基于这些对象的生命周期，来添加相应的引用计数操作代码。所以，ARC 是工作在编译期的一种技术方案，这样的好处是：

编译之后，ARC 与非 ARC 代码是没有什么差别的，所以二者可以在源码中共存。实际上，你可以通过编译参数 -fno-objc-arc 来关闭部分源代码的 ARC 特性。

相对于垃圾回收这类内存管理方案，ARC 不会带来运行时的额外开销，所以对于应用的运行效率不会有影响。相反，由于 ARC 能够深度分析每一个对象的生命周期，它能够做到比人工管理引用计数更加高效。例如在一个函数中，对一个对象刚开始有一个引用计数 +1 的操作，之后又紧接着有一个 -1 的操作，那么编译器就可以把这两个操作都优化掉。

但是也有人认为，ARC 也附带有运行期的一些机制来使 ARC 能够更好的工作，他们主要是指 weak 关键字。weak 变量能够在引用计数为 0 时被自动设置成 nil，显然是有运行时逻辑在工作的。我通常并没有把这个算在 ARC 的概念当中，当然，这更多是一个概念或定义上的分歧，因为除开 weak 逻辑之外，ARC 核心的代码都是在编译期填充的。