iPhone/Mac Objective-C内存管理教程和原理剖析(一)基本原理/(二)口诀与范式

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前言

初学objectice-C 的朋友都有一个困惑，总觉得对objective-C 的内存管理机制琢磨不透，程序经常内存泄漏或莫名其妙的崩溃。我在这里总结了自己对objective-C 内存管理机制的研究成果和经验，写了这么一个由浅入深的教程。希望对大家有所帮助，也欢迎大家一起探讨。

 

此文涉及的内存管理是针对于继承于NSObject 的Class 。

一  基本原理

Objective-C 的内存管理机制与.Net/Java 那种全自动的垃圾回收机制是不同的，它本质上还是C 语言中的手动管理方式，只不过稍微加了一些自动方法。

1           Objective-C 的对象生成于堆之上，生成之后，需要一个指针来指向它。

ClassA *obj1 = [[ClassA alloc] init];

 

2           Objective-C 的对象在使用完成之后不会自动销毁，需要执行dealloc 来释放空间（销毁），否则内存泄露。

[obj1 dealloc];

          这带来了一个问题。下面代码中obj2 是否需要调用dealloc ？

ClassA *obj1 = [[ClassA alloc] init];

ClassA *obj2 = obj1;

[obj1 hello]; // 输出hello

[obj1 dealloc];

[obj2 hello]; // 能够执行这一行和下一行吗？

[obj2 dealloc];

          不能，因为obj1 和obj2 只是指针，它们指向同一个对象，[obj1 dealloc] 已经销毁这个对象了，不能再调用[obj2 hello] 和[obj2 dealloc] 。obj2 实际上是个无效指针。

          如何避免无效指针？请看下一条。

 

3           Objective-C 采用了引用计数(ref count 或者retain count) 。对象的内部保存一个数字，表示被引用的次数。例如，某个对象被两个指针所指向（引用）那么它的retain count 为2 。需要销毁对象的时候，不直接调用dealloc ，而是调用release 。release 会让retain count 减1 ，只有retain count 等于0 ，系统才会调用dealloc 真正销毁这个对象。

ClassA *obj1 = [[ClassA alloc] init]; // 对象生成时，retain count = 1

[obj1 release]; //release 使retain count 减1 ，retain count = 0 ，dealloc 自动被调用, 对象被销毁

我们回头看看刚刚那个无效指针的问题，把dealloc 改成release 解决了吗？

ClassA *obj1 = [[ClassA alloc] init]; //retain count = 1

ClassA *obj2 = obj1; //retain count = 1

[obj1 hello]; // 输出hello

[obj1 release]; //retain count = 0 ，对象被销毁

[obj2 hello];

[obj2 release];

         [obj1 release] 之后，obj2 依然是个无效指针。问题依然没有解决。解决方法见下一条。

 

4           Objective-C 指针赋值时，retain count 不会自动增加，需要手动retain 。

ClassA *obj1 = [[ClassA alloc] init]; //retain count = 1

ClassA *obj2 = obj1; //retain count = 1

[obj2 retain]; //retain count = 2

[obj1 hello]; // 输出hello

[obj1 release]; //retain count = 2 �C 1 = 1

[obj2 hello]; // 输出hello

[obj2 release]; //retain count = 0 ，对象被销毁

问题解决！注意，如果没有调用[obj2 release] ，这个对象的retain count 始终为1 ，不会被销毁，内存泄露。(1-4 可以参考附件中的示例程序memman-no-pool.m)

这样的确不会内存泄露，但似乎有点麻烦，有没有简单点的方法？见下一条。

 

5           Objective-C 中引入了autorelease pool （自动释放对象池），在遵守一些规则的情况下，可以自动释放对象。（autorelease pool 依然不是.Net/Java 那种全自动的垃圾回收机制）

5.1           新生成的对象，只要调用autorelease 就行了，无需再调用release ！

ClassA *obj1 = [[[ClassA alloc] init] autorelease]; //retain count = 1  但无需调用release

 

5.2           对于存在指针赋值的情况，代码与前面类似。

ClassA *obj1 = [[[ClassA alloc] init] autorelease]; //retain count = 1

ClassA *obj2 = obj1; //retain count = 1

[obj2 retain]; //retain count = 2

[obj1 hello]; // 输出hello

// 对于obj1 ，无需调用（实际上不能调用）release

[obj2 hello]; // 输出hello

[obj2 release]; //retain count = 2-1 = 1

 

细心的读者肯定能发现这个对象没有被销毁，何时销毁呢？谁去销毁它？（可以参考附件中的示例程序memman-with-pool.m ）请看下一条。

 

6           autorelease pool 原理剖析。（其实很简单的，一定要坚持看下去，否则还是不能理解Objective-C 的内存管理机制。）

6.1          autorelease pool 不是天生的，需要手动创立。只不过在新建一个iphone 项目时，xcode 会自动帮你写好。autorelease pool 的真名是NSAutoreleasePool 。

NSAutoreleasePool *pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];

6.2          NSAutoreleasePool 内部包含一个数组（NSMutableArray ），用来保存声明为autorelease 的所有对象。如果一个对象声明为autorelease ，系统所做的工作就是把这个对象加入到这个数组中去。

ClassA *obj1 = [[[ClassA alloc] init] autorelease]; //retain count = 1 ，把此对象加入autorelease pool 中

6.3          NSAutoreleasePool 自身在销毁的时候，会遍历一遍这个数组，release 数组中的每个成员。如果此时数组中成员的retain count 为1 ，那么release 之后，retain count 为0 ，对象正式被销毁。如果此时数组中成员的retain count 大于1 ，那么release 之后，retain count 大于0 ，此对象依然没有被销毁，内存泄露。

6.4           默认只有一个autorelease pool ，通常类似于下面这个例子。

int main (int argc, const char *argv[])

{

NSAutoreleasePool *pool;

pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];

 

// do something

 

[pool release];

return (0);

} // main

所有标记为autorelease的对象都只有在这个pool销毁时才被销毁。如果你有大量的对象标记为autorelease ，这显然不能很好的利用内存，在iphone 这种内存受限的程序中是很容易造成内存不足的。例如：

int main (int argc, const char *argv[])

{

NSAutoreleasePool *pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];

int i, j;

for (i = 0; i < 100; i++ )

{

 for (j = 0; j < 100000; j++ )

    [NSString stringWithFormat:@"1234567890"];// 产生的对象是autorelease 的。

}

[pool release];

return (0);

} // main

（可以参考附件中的示例程序memman-many-objs-one-pool.m ，运行时通过监控工具可以发现使用的内存在急剧增加，直到pool 销毁时才被释放）你需要考虑下一条。

 

7           Objective-C 程序中可以嵌套创建多个autorelease pool 。在需要大量创建局部变量的时候，可以创建内嵌的autorelease pool 来及时释放内存。（感谢网友hhyytt和neogui的提醒，某些情况下，系统会自动创建autorelease pool, 请参见第四章）

int main (int argc, const char *argv[])

{

NSAutoreleasePool *pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];

int i, j;

for (i = 0; i < 100; i++ )

{

 NSAutoreleasePool *loopPool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];

 for (j = 0; j < 100000; j++ )

    [NSString stringWithFormat:@"1234567890"];// 产生的对象是autorelease 的。

 [loopPool release];

}

[pool release];

return (0);

} // main

（可以参考附件中的示例程序memman-many-objs-many-pools.m ，占用内存的变化极小）

 

iPhone/Mac Objective-C内存管理教程和原理剖析(二)口诀与范式

 

二   口诀与范式

1            口诀。

1.1           谁创建，谁释放（类似于“谁污染，谁治理”）。如果你通过 alloc 、 new 或 copy 来创建一个对象，那么你必须调用 release 或 autorelease 。换句话说，不是你创建的，就不用你去释放。
例如，你在一个函数中 alloc 生成了一个对象，且这个对象只在这个函数中被使用，那么你必须在这个函数中调用 release 或 autorelease 。如果你在一个 class 的某个方法中 alloc 一个成员对象，且没有调用 autorelease ，那么你需要在这个类的 dealloc 方法中调用 release ；如果调用了 autorelease ，那么在 dealloc 方法中什么都不需要做。

1.2           除了 alloc 、 new 或 copy 之外的方法创建的对象都被声明了 autorelease 。

1.3           谁 retain ，谁 release 。只要你调用了 retain ，无论这个对象是如何生成的，你都要调用 release 。有时候你的代码中明明没有 retain ，可是系统会在默认实现中加入 retain 。不知道为什么苹果公司的文档没有强调这个非常重要的一点，请参考范式 2.7 和第三章。

2            范式。
范式就是模板，就是依葫芦画瓢。由于不同人有不同的理解和习惯，我总结的范式不一定适合所有人，但我能保证照着这样做不会出问题。

2.1           创建一个对象。

ClassA *obj1 = [[ClassA alloc] init];

2.2           创建一个 autorelease 的对象。

ClassA *obj1 = [[[ClassA alloc] init] autorelease];

2.3           Release 一个对象后，立即把指针清空。（顺便说一句， release 一个空指针是合法的，但不会发生任何事情）

[obj1 release];

obj1 = nil;

2.4           指针赋值给另一个指针。

ClassA *obj2 = obj1;

[obj2 retain];

//do something

[obj2 release];

obj2 = nil;

2.5           在一个函数中创建并返回对象，需要把这个对象设置为 autorelease

ClassA *Func1()

{

  ClassA *obj = [[[ClassA alloc]init]autorelease];

  return obj;

}

2.6           在子类的 dealloc 方法中调用基类的 dealloc 方法

-(void) dealloc

{

         …

         [super dealloc];

}

2.7           在一个 class 中创建和使用 property 。

2.7.1      声明一个成员变量。

ClassB *objB;

2.7.2      声明 property ，加上 retain 参数。

@property (retain) ClassB* objB;

2.7.3      定义 property 。（ property 的默认实现请看第三章）

@synthesize objB;

2.7.4      除了 dealloc 方法以外，始终用 . 操作符的方式来调用 property 。

self.objB  或者 objA.objB

2.7.5      在 dealloc 方法中 release 这个成员变量。

[objB release];

示例代码如下（详细代码请参考附件中的 memman-property.m ，你需要特别留意对象是在何时被销毁的。）：

@interface ClassA : NSObject

{

         ClassB* objB;

}

 

@property (retain) ClassB* objB;

@end

 

@implementation ClassA

@synthesize objB;

-(void) dealloc

{

         [objB release];

         [super dealloc];

}

@end

2.7.6      给这个 property 赋值时，有手动 release 和 autorelease 两种方式。

void funcNoAutorelease()

{

         ClassB *objB1 = [[ClassB alloc]init];

         ClassA *objA = [[ClassA alloc]init];

         objA.objB = objB1;

         [objB1 release];

         [objA release];

}

 

void funcAutorelease()

{

         ClassB *objB1 = [[[ClassB alloc]init] autorelease];

         ClassA *objA = [[[ClassA alloc]init] autorelease];

         objA.objB = objB1;

}

 

示例代码文件链接： http://files.cnblogs.com/VinceYuan/objective-c-memman.zip