前言
weak用于一些对象相互引用的时候，避免出现强强引用，对象不能被释放，出现内存泄露的问题。
weak 关键字的作用弱引用，所引用对象的计数器不会加一，并在引用对象被释放的时候自动被设置为 nil。
weak底层原理
1.weak编译解析
首先需要看一下weak编译之后具体出现什么样的变化，通过Clang的方法把weak编译成C++
int main(){
NSObject *obj = [[NSObject alloc] init];
id __weak obj1 = obj;
}
编译之后的weak，通过objc_ownership(weak)实现weak方法，objc_ownership字面意思是：获得对象的所有权，是对对象weak的初始化的一个操作。
在使用clang编译过程中会报错误，使用下方的方法编码编译出现error
clang -rewrite-objc -fobjc-arc -stdlib=libc++ -mmacosx-version-min=10.7 -fobjc-runtime=macosx-10.7 -Wno-deprecated-declarations main.m
int main(){
NSObject *obj = ((NSObject *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)((NSObject *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("NSObject"), sel_registerName("alloc")), sel_registerName("init"));
id __attribute__((objc_ownership(weak))) obj1 = obj;
}
2.weak的实现原理
第一、通过weak编译解析，可以看出来weak通过runtime初始化的并维护的；
第二、weak和strong都是Object-C的修饰词，而strong是通过runtime维护的一个自动计数表结构。
综上：weak是有Runtime维护的weak表。
在runtime源码中，可以找到'objc-weak.h'和‘objc-weak.mm’文件，并且在objc-weak.h文件中关于定义weak表的结构体以及相关的方法。
2.1.weak表
weak_table_t是一个全局weak 引用的表，使用不定类型对象的地址作为 key，用 weak_entry_t 类型结构体对象作为 value 。其中的 weak_entries 成员
/**
* The global weak references table. Stores object ids as keys,
* and weak_entry_t structs as their values.
*/
struct weak_table_t {
weak_entry_t *weak_entries; //保存了所有指向指定对象的weak指针 weak_entries的对象
size_t num_entries; // weak对象的存储空间
uintptr_t mask; //参与判断引用计数辅助量
uintptr_t max_hash_displacement; //hash key 最大偏移值
};
weak全局表中的存储weak定义的对象的表结构weak_entry_t，weak_entry_t是存储在弱引用表中的一个内部结构体，它负责维护和存储指向一个对象的所有弱引用hash表。其定义如下：
typedef objc_object ** weak_referrer_t;
struct weak_entry_t {
DisguisedPtr referent; //范型
union {
struct {
weak_referrer_t *referrers;
uintptr_t out_of_line : 1;
uintptr_t num_refs : PTR_MINUS_1;
uintptr_t mask;
uintptr_t max_hash_displacement;
};
struct {
// out_of_line=0 is LSB of one of these (don't care which)
weak_referrer_t inline_referrers[WEAK_INLINE_COUNT];
};
}
}
总之：
1.weak_table_t(weak 全局表)：采用hash（哈希表）的方式把所有weak引用的对象，存储所有引用weak对象
2.weak_entry_t（weak_table_t表中hash表的value值，weak对象体）：用于记录hash表中weak对象
3.objc_object（weak_entry_t对象中的范型对象，用于标记对象weak对象）：用于标示weak引用的对象。
详细讲解weak存储对象结构，对接下来对weak操作使用可以更加清晰的理解weak的使用。
2.2.weak底层实现原理
在runtime源码中的NSObject.mm文件中找到了关于初始化和管理weak表的方法
初始化weak表方法
该方法主要作用是将旧对象在 weak_table 中解除 weak 指针的对应绑定。根据函数名，称之为解除注册操作。从源码中，可以知道其功能就是从 weak_table 中解除 weak 指针的绑定。而其中的遍历查询，就是针对于 weak_entry 中的多张弱引用散列表。
3.weak释放为nil过程
weak被释放为nil，需要对对象整个释放过程了解，如下是对象释放的整体流程：
1、调用objc_release
2、因为对象的引用计数为0，所以执行dealloc
3、在dealloc中，调用了_objc_rootDealloc函数
4、在_objc_rootDealloc中，调用了object_dispose函数
5、调用objc_destructInstance
6、最后调用objc_clear_deallocating。
6.1、从weak表中获取废弃对象的地址为键值的记录
6.2、将包含在记录中的所有附有 weak修饰符变量的地址，赋值为nil
6.3、将weak表中该记录删除
6.4、从引用计数表中删除废弃对象的地址为键值的记录
对象准备释放时，调用clearDeallocating函数。clearDeallocating函数首先根据对象地址获取所有weak指针地址的数组，然后遍历这个数组把其中的数据设为nil，最后把这个entry从weak表中删除，最后清理对象的记录。
在对象被释放的流程中，需要对objc_clear_deallocating方法进行深入的分析
void objc_clear_deallocating(id obj)
{
assert(obj);
assert(!UseGC);
if (obj->isTaggedPointer()) return;
obj->clearDeallocating();
}
//执行 clearDeallocating方法
inline void objc_object::clearDeallocating()
{
sidetable_clearDeallocating();
}
// 执行sidetable_clearDeallocating，找到weak表中的value值
void objc_object::sidetable_clearDeallocating()
{
SideTable *table = SideTable::tableForPointer(this);
// clear any weak table items
// clear extra retain count and deallocating bit
// (fixme warn or abort if extra retain count == 0 ?)
spinlock_lock(&table->slock);
RefcountMap::iterator it = table->refcnts.find(this);
if (it != table->refcnts.end()) {
if (it->second & SIDE_TABLE_WEAKLY_REFERENCED) {
weak_clear_no_lock(&table->weak_table, (id)this);
}
table->refcnts.erase(it);
}
spinlock_unlock(&table->slock);
}
对weak置nil的操作最终调用执行weak_clear_no_lock方法用于执行置nil的操作。执行方法如下：
/**
* Called by dealloc; nils out all weak pointers that point to the
* provided object so that they can no longer be used.
*
* @param weak_table
* @param referent The object being deallocated.
*/
void
weak_clear_no_lock(weak_table_t *weak_table, id referent_id)
{
objc_object *referent = (objc_object *)referent_id;
weak_entry_t *entry = weak_entry_for_referent(weak_table, referent);
if (entry == nil) {
/// XXX shouldn't happen, but does with mismatched CF/objc
//printf("XXX no entry for clear deallocating %p\n", referent);
return;
}
// zero out references
weak_referrer_t *referrers;
size_t count;
if (entry->out_of_line) {
referrers = entry->referrers;
count = TABLE_SIZE(entry);
}
else {
referrers = entry->inline_referrers;
count = WEAK_INLINE_COUNT;
}
for (size_t i = 0; i < count; ++i) {
objc_object **referrer = referrers[i];
if (referrer) {
if (*referrer == referent) {
*referrer = nil;
}
else if (*referrer) {
_objc_inform("__weak variable at %p holds %p instead of %p. "
"This is probably incorrect use of "
"objc_storeWeak() and objc_loadWeak(). "
"Break on objc_weak_error to debug.\n",
referrer, (void*)*referrer, (void*)referent);
objc_weak_error();
}
}
}
weak_entry_remove(weak_table, entry);
}
objc_clear_deallocating该函数的动作如下：
1、从weak表中获取废弃对象的地址为键值的记录
2、将包含在记录中的所有附有 weak修饰符变量的地址，赋值为nil
3、将weak表中该记录删除
4、从引用计数表中删除废弃对象的地址为键值的记录
总结
weak是Runtime维护了一个hash(哈希)表，用于存储指向某个对象的所有weak指针。weak表其实是一个hash（哈希）表，Key是所指对象的地址，Value是weak指针的地址（这个地址的值是所指对象指针的地址）数组。
- Runtime维护着一个Weak表，用于存储指向某个对象的所有Weak指针
- Weak表是Hash表，Key是所指对象的地址，Value是Weak指针地址的数组
- 在对象被回收的时候，经过层层调用，会最终触发下面的方法将所有Weak指针的值设为nil。* runtime源码，objc-weak.m 的 arr_clear_deallocating 函数
- weak指针的使用涉及到Hash表的增删改查，有一定的性能开销.