Cocos2d-x开发中Ref内存管理

Ref类是Cocos2d-x根类，Cocos2d-x中的很多类都派生自它，例如，我们熟悉的节点类Node也派生自Ref。我们介绍Ref内存管理。
内存引用计数
Ref类设计来源于Cocos2d-iphone的CCObject类，在Cocos2d-x 2.x中也叫CCObject类。因此Ref类的内存管理是参考Objective-C手动管理引用计数（Reference Count）而设计的。
如图所示是内存引用计数原理示意图。 

每个Ref对象都有一个内部计数器，这个计数器跟踪对象的引用次数，被称为“引用计数”（Reference Count，简称RC）。当对象被创建时候，引用计数为1。为了保证对象的存在，可以调用retain函数保持对象，retain会使其引用计数加1，如果不需要这个对象可以调用release函数，release使其引用计数减1。当对象的引用计数为0的时候，引擎就知道不再需要这个对象了，就会释放对象内存。
引用计数实例如图所示，我们在ObjA中使用new等操作创建了一个Ref对象，这时候这个对象引用计数为1。然后在OjbB中使用retain函数保持Ref对象，这时引用计数为2。再然后ObjA中调用release函数，这时引用计数为1。在ObjB中调用release函数，这时引用计数为0。这个时候Ref对象就会由引擎释放。

在Ref类中相关函数有：retain()、release()、autorelease()和getReferenceCount()。其中autorelease()函数与release()函数类似，它会延后使引用计数减1，autorelease()我们稍后再介绍。getReferenceCount()函数返回当前的引用计数。


自动释放池
我们先看看下面的代码片段。

[html] view plaincopy

1. XmlParser * XmlParser::createWithFile(const char *fileName)   

2. {   

3.     XmlParser *pRet = new XmlParser();   

4.     //  ①  

5.     return pRet;   

6. }   

上述代码XmlParser::createWithFile(const char *fileName)函数能够创建XmlParser对象指针并返回给调用者。根据我们前面介绍的C++使用new规则，在XmlParser::createWithFile函数中还应该释放对象的语句，如果没有，那么每次调用者调用XmlParser::createWithFile函数都会创建一个新对象，老的对象没有释放，就会造成内存泄漏。但是如果我们在第①行代码，添加释放语句pRet->release()，那么问题可能会更严重，返回的对象可能已经被释放，返回的可能是一个野指针。
自动释放池（AutoReleasePool）正是为此而设计，自动释放池也是来源于Objective-C，Cocos2d-x中维护AutoreleasePool对象，它能够管理即将释放的对象池。我们在第①可以使用pRet->autorelease()语句，autorelease()函数将对象放到自动释放池，但对象的引用计数并不马上减1，而是要等到一个消息循环结束后减1，如果引用计数为0（即，没有被其它类或Ref对象retain），则释放对象，在此之前对象并不会释放。
消息循环是游戏循环一个工作职责，消息循环说到底还是游戏循环，消息循环是接收事件，并处理事件。自动释放池的生命周期也是由消息循环管理的。如图所示，图中“圈圈”是消息循环周期，它的一个工作职责是维护自动释放池创建和销毁。每次为了处理新的事件，Cocos2d-x引擎都会创建一个新的自动释放池，事件处理完成后，就会销毁这个池，池中对象的引用计数会减1，如果这个引用计数会减0，也就是没有被其它类或Ref对象retain，则释放对象，否则这个对象不会释放，在这次销毁池过程中“幸存”下来，它被转移到下一个池中继续生存。

下面我们看一个实例，下面代码是13.2.2一节的实例HelloWorldScene.cpp代码：

[html] view plaincopy

1. bool HelloWorld::init()  

2. {  

3.     if ( !Layer::init() )  

4.     {  

5.         return false;  

6.     }  

7.   

8.   

9.     Size visibleSize = Director::getInstance()->getVisibleSize();  

10.     Vec2 origin = Director::getInstance()->getVisibleOrigin();  

11.   

12.   

13.     auto goItem = MenuItemImage::create(  

14.         "go-down.png",  

15.         "go-up.png",  

16.         CC_CALLBACK_1(HelloWorld::menuCloseCallback, this));  

17.   

18.   

19.     goItem->setPosition(Vec2(origin.x + visibleSize.width - goItem->getContentSize().width/2 ,  

20.         origin.y + goItem->getContentSize().height/2));  

21.   

22.   

23.     auto menu = Menu::create(goItem, NULL);                                 ①  

24.     menu->setPosition(Vec2::ZERO);  

25.     this->addChild(menu, 1);                                             ②  

26.   

27.   

28.     this->list  = __Array::createWithCapacity(MAX_COUNT);                              

29.     this->list->retain();                                                 ③  

30.   

31.   

32.     for(int i = 0;i < MAX_COUNT; ++i){  

33.         Sprite* sprite = Sprite::create("Ball.png");  

34.         this->list->addObject(sprite);                                            ④  

35.     }  

36.   

37.   

38.     return true;  

39. }  

40.   

41.   

42.   

43.   

44. void HelloWorld::menuCloseCallback(Ref* pSender)  

45. {  

46.     Ref* obj = NULL;  

47.     log("list->count() = %d",this->list->count());                                 ⑤  

48.     Size visibleSize = Director::getInstance()->getVisibleSize();  

49.   

50.   

51.     CCARRAY_FOREACH(this->list, obj) {  

52.           

53.         Sprite* sprite = (Sprite*)obj;                                          ⑥  

54.   

55.   

56.         int x = CCRANDOM_0_1() * visibleSize.width;  

57.         int y = CCRANDOM_0_1() * visibleSize.height;  

58.   

59.   

60.         sprite->setPosition( Vec2(x, y) );  

61.         this->removeChild(sprite);  

62.         this->addChild(sprite);  

63.     }  

64.   

65.   

66. }  

67.   

68.   

69. HelloWorld::~HelloWorld()     

70. {  

71.     this->list->removeAllObjects();  

72.     CC_SAFE_RELEASE_NULL(this->list);                                        ⑦  

73. }  

在上述代码中我们需要关注两个对象（Menu和__Array）创建。第①行auto menu = Menu::create(goItem, NULL)通过create静态工厂创建对象，关于静态工厂的创建原理我们会在下一节介绍。如果我们不采用第②行的this->addChild(menu, 1)语句将menu 对象放入到当前层（HelloWorld）的子节点列表中，那么这个menu对象就会在当前消息循环结束的时候被释放。调用this->addChild(menu, 1)语句会将它的生命周期持续到HelloWorld层释放的时候，而不会在当前消息循环结束释放。
菜单、层等节点对象可以调用addChild函数，使得其生命延续。而且__Array和__Dictionary等Ref对象没有调用addChild函数保持，我们需要显式地调用retain函数保持它们，以便延续其生命。如代码第③行this->list->retain()，list就是一个__Array指针类型的成员变量，如果没有第③行语句，那么在第⑤行代码this->list->count()程序就会出错，因为这个时候list对象已经释放了。采用了retain保持的成员变量，一定要release（或autorelease），retain和release（或autorelease）一定是成对出现的。我们可以在析构函数~HelloWorld()中调用release释放，而第⑦行代码CC_SAFE_RELEASE_NULL(this->list)就是实现这个目的，其中CC_SAFE_RELEASE_NULL宏作用如下：
list->release();
list = nullptr;
可见CC_SAFE_RELEASE_NULL宏不仅仅释放对象，还将它的指针设置为nullprt[]，也样可以防止野指针。
上述代码还有一个非常重要的关于内存的问题，我们在HelloWorld::init()函数中创建了很多Sprite对象，通过第④行代码this->list->addObject(sprite)将它们放到list容器对象中，它们没有调用addChild函数也没有显式retain函数，然而在当前消息循环结束后它们还是“存活”的，所以在第⑥行Sprite* sprite = (Sprite*)obj中，取出的对象是有效的。这个原因__Array和__Dictionary等容器对象的add相关函数可以使添加对象引用计数加1，相反的remove相关函数可以使添加对象引用计数减1。


Ref内存管理规则
下面我们给出使用Ref对象时候，内存管理一些基本规则：


1、在使用Node节点对象时候，addChild函数可以保持Node节点对象，使引用计数加1。通过removeChild函数移除Node节点对象，使引用计数减1。它们都是隐式调用的，我们不需要关心它们的内存管理。这也正是为什么在前面的章节中我们无数次地使用了Node节点对象，而从来都没有担心过它们内存问题。


2、如果是__Array和__Dictionary等容器对象，可以通过它们add相关函数添加元素会使引用计数加1，相反的remove相关函数删除元素会使引用计数减1。但是前提是__Array和__Dictionary等容器对象本身不没有被释放。


3、如果不属于上面提到的Ref对象，需要保持引用计数，可以显式调用retain函数使引用计数加1，然后显式调用release（或autorelease）函数使引用计数减1。


4、每个 retain函数一定要对应一个 release函数或一个 autorelease函数。


5、release函数使得对象的引用计数马上减1，这是所谓的“斩立决”，但是是否真的释放掉内存要看它的引用计数是否为0。autorelease函数只是在对象上做一个标记，等到消息循环结束的时候再减1，这是所谓的“秋后问斩”，在“秋天”没有到来之前，它的内存一定没有释放，可以安全使用，但是“问斩”之后，是否真的释放掉内存要看它的引用计数是否为0。因此无论是那一种方法，引用计数是为0才是释放对象内存的条件。下面的代码是Ref类的release函数，通过这段代码可以帮助我们理解引用计数。

[html] view plaincopy

1. void Ref::release()  

2. {  

3.     CCASSERT(_referenceCount > 0, "reference count should greater than 0");  

4.     --_referenceCount;  

5.       

6.     if (_referenceCount == 0)  

7.     {  

8. #if defined(COCOS2D_DEBUG) && (COCOS2D_DEBUG > 0)  

9.         auto poolManager = PoolManager::getInstance();  

10.         if (!poolManager->getCurrentPool()->isClearing() && poolManager->isObjectInPools(this))  

11.         {  

12.             // Trigger an assert if the reference count is 0 but the Ref is still in autorelease pool.  

13.             // This happens when 'autorelease/release' were not used in pairs with 'new/retain'.  

14.             //  

15.             // Wrong usage (1):  

16.             //  

17.             // auto obj = Node::create();   // Ref = 1, but it's an autorelease Ref which means it was in the autorelease pool.  

18.             // obj->autorelease();   // Wrong: If you wish to invoke autorelease several times, you should retain `obj` first.  

19.             //  

20.             // Wrong usage (2):  

21.             //  

22.             // auto obj = Node::create();  

23.             // obj->release();   // Wrong: obj is an autorelease Ref, it will be released when clearing current pool.  

24.             //  

25.             // Correct usage (1):  

26.             //  

27.             // auto obj = Node::create();  

28.             //                     |-   new Node();     // `new` is the pair of the `autorelease` of next line  

29.             //                     |-   autorelease();  // The pair of `new Node`.  

30.             //  

31.             // obj->retain();  

32.             // obj->autorelease();  // This `autorelease` is the pair of `retain` of previous line.  

33.             //  

34.             // Correct usage (2):  

35.             //  

36.             // auto obj = Node::create();  

37.             // obj->retain();  

38.             // obj->release();   // This `release` is the pair of `retain` of previous line.  

39.             CCASSERT(false, "The reference shouldn't be 0 because it is still in autorelease pool.");  

40.         }  

41. #endif  

42.         delete this;  

43.     }  

44. }  

6、一个对象调用autorelease函数，它就会将对象放到自动释放池里，它生命周期自动释放池生命周期息息相关，池在消息循环结束的时候会释放，池会调用池内对象release函数，使得它们的引用计数减1。下面的代码是AutoreleasePool类的清除函数clear()，通过这段代码可以帮助我们理解自动释放池机制。

[html] view plaincopy

1. void AutoreleasePool::clear()  

2. {  

3. #if defined(COCOS2D_DEBUG) && (COCOS2D_DEBUG > 0)  

4.     _isClearing = true;  

5. #endif  

6.     for (const auto &obj : _managedObjectArray)  

7.     {  

8.         obj->release();  

9.     }  

10.     _managedObjectArray.clear();  

11. #if defined(COCOS2D_DEBUG) && (COCOS2D_DEBUG > 0)  

12.     _isClearing = false;  

13. #endif  

14. }  

更多内容请关注国内第一本Cocos2d-x 3.2版本图书《Cocos2d-x实战：C++卷》

本书交流讨论网站：http://www.cocoagame.net
更多精彩视频课程请关注智捷课堂Cocos课程：http://v.51work6.com

欢迎加入Cocos2d-x技术讨论群：257760386

欢迎关注智捷iOS课堂微信公共平台