OC内存管理教程之ARC(一)——objective-c内存管理和引用计数
前言：
引用计数：
什么是引用计数呢？不管是ARC模式（Automatic Reference Counting自动引用计数，可在xcode中设置是否使用）还是非ARC模式，在objective-c中关于对象的内存管理都采用引用计数的方式。每个创建的对象，它都有一个变量指示着当前这个对象被多少个变量引用。当这个对象被引用的计数为0时，编译器就会把这个对象从内存抹去（把它占用的空间全置为0）。
书中指出，在GNUstep(它是Cocoa的互换框架，因为Foundation框架中NSObject的源代码不公开，而GNUstep是公开的，而且设计思路和Cocoa非常相似，可从这个框架的源码来理解苹果Cocoa的实现)中，从NSObject的alloc方法可以看出：
struct obj_layout {
NSUInteger retained;
};
+(id)alloc
{
int size = sizeof(struct obj_layout) + 对象大小;
struct obj_layout *p = (struct obj_layout *)calloc(1,size);
return (id)(p+1);
}
但是，Foundation的实现和GNUstep中有些出入，它用了一个散列表管理各个对象的引用计数：
不管是在内存头部插入结构体，还是使用散列表，都各有各的好处，总之记住一点，对于NSObject或者继承于NSObject的对象，只要没有自己重写各种生成对象的方法，在内存中生成对象的时候，都会有一个变量，专门记录当前对象被引用的个数。而内存管理的本质就是：这个变量一旦为0，编译器就会把这个对象所在的内存空间清0舍弃。
（从这里开始所介绍的只适用于非ARC模式下，即以前的开发模式。如果需要实验，需要把xcode设为非ARC模式，具体方法可以百度）
对象操作的方法
关于对象的操作方法，有以下几种（属于自己的总结，和书上有点区别）
| 对象操作 | objective-c方法 |
| 生成对象，并使引用计数置1 | alloc/new/copy/mutableCopy等方法 |
| 引用计数+1 | retain方法 |
| 引用计数-1 | release方法 |
| 废弃对象，清空对象所在的内存空间 | dealloc方法 |
注意retain方法和release必须成对出现，但调用的次数不限。
生成对象的方法
有了以上的概念，就可以向对象的生成进击了。NSObject中，生成对象的方法大致分为两类，以alloc/new/copy/mutableCopy名称开头；而另一类以对象名称开头，如NSArray中的array方法，也可以概括为类方法。这两类的方法区别在于：
（1）alloc/new/copy/mutableCopy等方法：
假如当前有个person类：
Person.h
#import
@interface Person : NSObject{
NSString *_name;
NSString *_age;
}
-(void)setName:(NSString *)name;
-(void)setAge:(NSString *)age; Person.m
#import "Person.h"
@implementation Person
-(void)setName:(NSString *)name
{
_name = name;
}
-(void)setAge:(NSString *)age
{
_age = age;
}
//重写dealloc方法，可以查看编译器什么时候舍弃对象
-(void)dealloc
{
[super dealloc];
NSLog(@"person dealloc");
}
@end
当使用如下方法进行生成对象并且初始化时：
Person *p1 = [[Person alloc] init];
#import
#import "Person.h"
int main(int argc, const char * argv[]) {
Person *p1 = [[Person alloc] init];
NSLog(@"Person retaincount: %ld", (unsigned long)[p1 retainCount]);//结果是1
Person *p2 = p1;
NSLog(@"Person retaincount: %ld", (unsigned long)[p2 retainCount]);//结果还是1
//用p2指向了p1所指向的对象，但却不为它的引用计数+1 这是危险且不合规范的
//编译器虽然看到p2也指向了这个Person对象，但并不会自动为其引用计数+1，需要程序员手动为其引用计数+1
[p2 retain];
NSLog(@"Person retaincount: %ld", (unsigned long)[p2 retainCount]);//结果为2
//既然有了[p2 retain],那么p2用完之后也要有[p2 release]，retain和release方法需要成对出现。
[p2 release];
//此时，仍然可以通过p2指针使用到Person对象，但这是不合规范且危险的
NSLog(@"Person p2:%@", p2);
[p1 release];
//到这里，可以看到重写的dealloc方法被调用了，因此Person对象已经被废弃了
//此时如果再访问Person对象就会报错
//NSLog(@"Person retaincount: %ld", (unsigned long)[p2 retainCount]);
//所以这时候p1和p2都成为野指针了，这个问题会在ARC中得到解决。也可以手动设置p1=nil，p2=nil解决
return 0;
} 
由此，其实可以理解retain和release方法了，它们只是让引用计数+1 和 -1 ，并不会消除指针的指向效果。而且编译器在非ARC模式下并不会自动为引用计数+1和-1。因此在早期开发的时候，程序员必须时时刻刻关注引用计数的问题，并且需要的时候手动调用retain和release方法。只要使用就retain，只要用完就release，这样才是规范且安全的。一旦没有及时release，在超出指针的作用域后，就容易出问题。例如上面的return语句之后，p1和p2指针由于是栈区，超出作用域后就回收，当没有及时release的话，Person对象的引用计数不为0，编译器不回收它的内存，就造成内存泄漏了。
同时，从上面的例子可以反映出一个问题，当Person对象被废弃时，在return语句之前，p1指针和p2指针其实还在生命周期内，它们却指向了一块内容未知的内存区域。所以p1和p2成了野指针，容易引发不安全的问题。有经验的程序员此时都会给p1和p2赋值nil。
（2）类方法：
这类方法以对象名称开头，如NSString的string方法，NSArray的array方法……按照书上讲的话，意思是这样子生成的对象，自己不持有，如果需要持有的话需要再次调用retain方法。不过由于NSString和NSArray是常量，编译器不对它使用引用计数。而我在使用NSMutableString在xcdoe 8.3.2试验的时候，不管retain多少次，引用计数都为1。很多说法就是retaincount获取的数据不准确。加上苹果框架并不开源，不能很清楚的看到它的内存机制。因此，对于这类型的方法，只要记住两点，要么创建完后retain，使用完后要release（这样可以保证你想要的作用域），要么拿来就用，不需要手动retain或者release，这样的作用域就是nsrunloop。
NSMutableString* s1 = [NSMutableString stringWithFormat:@"abc%d",123];
[s1 retain];
//使用过程
[s1 release];autorelease和NSAutoreleasePool
看名字可以理解为自动释放和自动释放池，看着很像ARC，其实不是，它实际上 更类似与C语言中自动变量的特性。而c语言的自动变量特性可以理解为：
{
int a;
//在当前作用域里a都可以使用
}
/*
这里超出了a的作用于
自动变量a被废弃，不再可以访问
*/
NSAutoreleasePool *pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];
id obj = [[NSObject alloc] init];
[obj autorelease];
//obj的使用过程
[pool drain];那为什么要有autorelease呢？其实只要掌握了retain和release不是也能应付吗？其实autorelease和NSAutoreleasePool的使用场景在于，当我们有多个对象的时候，使用它们就可以免于管理多个对象的麻烦，同时避免频繁申请/释放内存也有利于执行效率的提高。
但在autolease使用的过程中还是有问题需要注意的。如果大量产生autorelease对象时，只要不废弃NSAutoreleasePool对象，那么生成的对象就不能为释放，因此有时候会产生内存不足的现象。典型例子就是读入大量图像同时改变尺寸。图像文件读入到NSData对象，并从中生成UIImage对象，改变该对象后生成新的UIImage对象。这种情况下，就会大量产生autorelease对象。
for(int i =0; i< 图像数; i++)
{
/*
读入图像
大量产生autorelease对象
由于没有废弃NSAutoreleasePool对象
最终导致内存不足
*/
}在此情况下，有必要在适当的地方生成、持有或者废弃NSAutoreleasePool。
id array = [NSMutableArray arrayWithCapacity:1];
id array = [[[NSMutableArray alloc] initWithCapacity:1] autorelease];结语：
到这里，书上第一章关于非ARC下面的内存管理基本介绍完毕了，对于那些retain、release等函数的实现，书上也给了一些参考的源码。但这里就不细究了，主要还是以应用为主导，我认为一般情况下，理解它们背后的原理更重要。系列的第二篇，将真正介绍ARC了，有了这篇博客的基础，相信看第二篇会理解得更好。2017.5.23补充：
autorelease和函数返回值
这天看了一下autorelease和函数返回值方面的内容，更加清楚了上面说的两种生成对象的方法的区别。也更加理解了autorelease的作用。这里记录一下。同样，本篇只记录关于MRC下这方面的内容，对于autorelease和函数返回值在ARC下的体现，留在下一篇介绍。
如果一个函数的返回值是指向一个对象的指针，那么这个对象肯定不能在函数返回之前进行 release（引用计数-1），这样调用者在调用这个函数时得到的就有可能是野指针了，在函数返回之后也不能立刻就release（引用计数-1），因为我们不知道调用者是不是retain（引用计数+1）了这个对象，如果我们直接 release 了，可能导致后面在使用这个对象时它已经成为 nil 了。
为了解决这个纠结的问题， Objective-C 中对对象指针的返回值进行了区分，一种叫做 retained return value ，另一种叫做 unretained return value 。前者表示调用者拥有这个返回值，后者表示调用者不拥有这个返回值，按照“谁拥有谁释放”的原则，对于前者调用者是要负责释放的，对于后者就不需要了。
按照苹果的命名 convention，以 alloc , copy , init , mutableCopy 和 new 这些方法打头的方法，返回的都是 retained return value，例如 [[NSString alloc] initWithFormat:] ，而其他的则是 unretained return value，例如 [NSString stringWithFormat:] 。我们在编写代码时也应该遵守这个 convention。
在 MRC 中我们需要关注这两种函数返回类型的区别，否则可能会导致内存泄露。
对于 retained return value（alloc/new/copy/mutableCopy方法的返回值），需要负责释放
假设我们有一个 property 定义如下：@property (nonatomic, retain) NSObject *property;
在对其赋值的时候，我们应该使用：
self.property = [[[NSObject alloc] init] autorelease]; //对象会在runloop结束时被自动释放一次（引用计数-1）
然后在 dealloc 方法中加入：
[_property release];
_property = nil;
这样内存的情况大体是这样的：
- init 把引用计数增加到 1
- 赋值给 self.property ，把引用计数增加到 2
- 当 runloop circle 结束时，autorelease pool 执行 drain，把引用计数减为 1
- 当整个对象执行 dealloc 时， release 把引用计数减为 0，对象被释放
如果我们只是使用：
self.property = [[NSObject alloc] init];
这一条语句会导致引用计数增加到 2，而我们少执行了一次 release，就会导致引用计数不能被减为 0 。
当然也可以通过手动执行两次release来解决，但这样的代码是很奇怪的，可读性也很不好。
另外，我们也可以使用临时变量：
NSObject * a = [[NSObject alloc] init];
self.property = a;
[a release];
这种情况，因为对 a 执行了一次 release，所有不会出现上面那种引用计数不能减为 0 的情况。
注意：现在大家基本都是 ARC 写的比较多，会忽略这一点，但是根据上面的内容，我们看到在 MRC 中直接对 self.proprety 赋值和先赋给临时变量，再赋值给 self.property，确实是有区别的！当然，如果property中没有retain属性，就没有这么麻烦在delloc里加上再释放一次的代码了。
我们在编写自己的代码时，也应该遵守上面的原则，同样是使用 autorelease：
// 注意函数名的区别
+ (MyCustomClass *) myCustomClass
{
return [[[MyCustomClass alloc] init] autorelease]; // 注册到autoreleasepool，调用者可以不考虑释放问题（会自动释放）
}
- (MyCustomClass *) initWithName:(NSString *) name
{
return [[MyCustomClass alloc] init]; // 不注册到autoreleasepool，使用者需要注意释放
}
对于 unretained return value（类方法的返回值），不需要负责释放
当我们调用非 alloc，init 系的方法来初始化对象时（通常是工厂方法），我们不需要负责变量的释放，可以当成普通的临时变量来使用：NSString *name = [NSString stringWithFormat:@"%@ %@", firstName, lastName];
self.name = name
// 不需要执行 [name release]，这类方法的返回值一般已经注册到autoreleasepoo了，调用者不需要自己执行release操作
这里补充一个说明，虽然我们使用unretained return value可以不考虑release，拿来就用。但还是不建议这样做，最好还是先retain一下，用完再老老实实release，因为这样，使用者才能完完全全掌握这个对象的生命周期。不然，作为放到autoreleasepool的对象，编译器可能在某个时候为它release了一下，而此时它引用计数为0了，被编译器废弃了。假如你之后还需要再用到它，就找不到这个对象