Objective-C 高级编程读书笔记之内存管理

前言

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项目中经常会有些crash说是使用了野指针或者是内存泄露，深觉自己的姿势水平不够，又翻了翻iOS界的经典书籍《Objective-C 高级编程》。将重读过程中的一些想法体会记录下来，供自己和大家加深理解。
尽管现在ARC已经做的很出色了，我们的代码几乎不用写任何和内存管理相关的代码，app可以很好的运行不会出现内存泄露。但是有没有想过为什么可以做到这样？毕竟c程序猿在malloc（c++里是new）完之后还要手动free（c++ 是delete），java码农还会时不时提一个词GC（garbage collection，简单说下java里的内存管理，java虚拟机会时刻监控对象所处的状态，根据使用情况将对象在不同年代的区域来回倒，当处于可回收的对象达到一定程度后，就来一次集中处理，这个时候整个程序会暂停（很短暂））呢，我们iOSer有没有想过这个在OC里内存管理是如何做的，我们知道OC是基于引用计数来做对内存管理的，那这个具体又是怎么做的呢？即使现在熟悉MRC这个词的人越来越少，但是面试官一般还是会和你聊OC内存管理或者ARC背后的实现原理等，其实还是有必要一些基本概念的。鉴于本人的姿势水平有些内容可能理解有误欢迎指出并讨论。

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惯例先说一些基础姿势

1. 变量作用域
   学过C语言都知道，变量作用域明确了变量的有效空间，如果出了变量的作用域就表示该变量无效了
2. 通过引用计数来管理对象生命周期
   iOS中是通过CocoaTouch框架和运行时来提供具体的实现和支持。在苹果的实现方案中通过集中管理的所有对象的引用计数，使用一个全局hash表存储了对象和它引用计数的映射关系。而本书中是通过在每个对象头部加入一个引用计数的字段来表示存储对象引用计数的值。
   3.弱引用表来实现弱引用管理
   苹果运行时也是通过一个全局的hash表存储了对象以及所有指向它的弱引用的指针的映射关系。
   变量（可以理解为OC对象指针）与对象的关系可以其实就只有三种：强引用，弱引用以及无关系。强引用理解为持有对象会影响对象的生命周期，弱引用理解为指向对象但不会影响对象的生命周期，无关系就是变量与对象没有任何联系比如3岁的小明和沙滩上的一粒沙子。在OC里对应的用于表达强引用和弱引用就是用__strong 和 __weak修饰符来表达。强引用和弱引用貌似已经可以完整表达指针变量和对象的关系了，但实际使用过程中发现还是不够用，出现了一些其他变量与对象关系修饰符，比如 __autoreleasing，__unsafe_unretain。下面就具体说下这几个修饰符的作用以及与引用计数的关系
   __strong：指针变量的默认修饰符，如下代码

id obj = [[NSObject alloc] init];

与下面的代码等价：

id __strong obj = [[NSObject alloc] init];

__strong修饰的变量指向（赋值）对象时会将对象的引用计数加一，类似MRC下调用有一次[obj retain]，在指针变量出了它作用域后会通过调用对象的release方法将对象引用计数减一，如果对象的引用计数为0了，就会调用对象的dealloc方法（我们项目有个很简单的检查VC是否有内存泄露的方法，就是判断VC的dealloc方法在pop后的2秒之内有没有调用，如果没有就弹框提示，不知道各位有没有其他更高级的方法）。在MRC下，在对象在出了它作用域的时候需要主动调用下 [obj release]，在ARC就不需要键入这行代码（手写也通不过编译），因为编译器在ARC下会自动在合适的地方插入这句[obj release]。总结下：__strong 修饰的变量保证访问期间对象 一直存在。

__weak修饰的变量在指向对象的时候，对象的引用计数不会发生变化，它存在的主要目的是解决循环引用的问题。如下代码（ARC下，如无特殊说明，本文贴出的代码均指ARC环境下）：

@interface TestA : NSObject
@property (nonatomic, strong) id obj;//生成的成员变量使用__strong修饰
@end
@interface TestB : NSObject
@property (nonatomic, strong) id obj;//生成的成员变量使用__strong修饰
@end
int main() {
TestA *a = [[TestA alloc] init];    //a指向对象的引用计数为1
TestB *b = [[TestB alloc] init];    //b指向对象的引用计数为1
a.obj = b;    // 由于a的obj是强引用，根据上面说的规则b指向对象的引用计数为2
b.obj = a;    // 由于b的obj是强引用，根据上面说的规则a指向对象的引用计数为2，出现了循环引用
}

出了main函数的作用域后，a和b变量均失效，这个时候会调用[a release]，[b release];方法，这个时候a和b指向的对象引用计数均减1，完了后都为1。但是这个时候a和b指向的对象均无法再次调用release方法进行释放了，因为外面没机会接触到他们了，他们的引用计数又不为零，所谓的内存泄露就来了。。。值得一提的是在对象释放后，weak变量自动被赋值为nil。大致流程如下：

1. 在weak表中找到键值为对象地址的记录（目测应该是个链表）
2. 然后逐个将这些weak变量赋值位置为nil
3. 完了后将改键值从weak表中删除
4. 从引用计数表中删除该对象键值对应的记录
   需要注意的是虽然书上说每使用一次weak变量会把对象在自动释放池里就注册一次，而且在往自动释放池中注册的时候对象的引用计数会也加一，但是实际上这两条都没有出现（Xcode8.3.1，sdk 10.3），具体见下图：

weak并没有将对象注册到自动释放池中代码

输出结果

总结下： __weak修饰符主要用于打破循环引用

__autoreleaseing表示将对象放入自动释放池中，等价于MRC下的[obj autorelease]方法，在自动释放池里清理对象的时候将对象的引用计数减一，如果对象计数为零则废弃并调用对象的dealloc方法。总结：__autoreleaseing最终效果是延长了对象的生命周期，将对象的释放（对自动释放池里的对象调用[obj release]）时机改为runloop结束时。主要用于函数返回对象和引用参数的传递。函数返回对象如下：

\+ (id)myObject {
NSObject *obj = [[NSObject alloc] init];//1
return obj;//2
}

步骤1里生成一个自己持有的对象obj，其引用计数为1，步骤2强这个obj放回，那个obj会被放入自动释放池中，也就是会调用一次[obj autorelease];那么obj的引用计数为2，由于obj要出自己的作用域了（函数体），其会调用一次[obj release]，这个时候obj的引用计数为1。如下代码：

id temp = [MyObject myObject];

将对象obj作为函数的返回值赋给temp（苹果做了很多优化，可以先不用管），可以简单认为就是将对象传递给了调用方，temp所指向的对象引用计数为1（这里面还有很多细节，大家可以继续去那本书里面挖，或者一起套讨论）。
对于__autoreleaseing还要注意一点是： 对象加入自动释放池一次，对象的引用计数就+1. 如下代码可以有验证：

autorelease改变对象的引用计数

最后说下__unsafe_unretain。这个可以理解为对象废弃后不会置nil的weak就可以了，现在基本用不到了，可以暂时不用管。