ARC/OC对象自动管理内存

ARC是一个编译器特征，它提供了对OC对象自动管理内存。ARC让开发者专注于感兴趣的代码和对象的关系，而不用考虑对象的retain和release。

转自 hherima的博客

原文：T ransitioning to ARC Release Notes（苹果官方文档）

 

ARC是一个编译器特征，它提供了对OC对象自动管理内存。ARC让开发者专注于感兴趣的代码和对象的关系，而不用考虑对象的retain和release。

 

概要

ARC在编译时期添加代码，保证对象可用。概念上说，ARC遵循手动引用计数的规则，替开发者，在编译时期添加合适的代码。

 

Xcode4.2（Mac OS 10.6、10.7和iOS4和iOS5）支持ARC，弱引用在10.6和iOS4上不支持。

 

Xcode提供了一个工具：自动机械得转化为ARC(比如移除retain和release的调用)，并帮助开发者解决不能自动迁移的问题。迁移工具将所有文件转化成ARC，开发者也可以对单个文件实施ARC，方便于开发者对某些文件手动引用计数。

 

ARC概要

ARC评估了对象的生命周期，并自动插入合适的代码在编译时期，从而代替开发者不得不考虑何时需要retain、release和autolease。同编译器替开发者，生成合适的dealloc方法。一般来说，当开发者需要在手动引用计数和ARC配合使用时候，使用传统ARC的Cocoa命名惯例是很重要的。

 

一个正确的完整的Person类如下：

 

@interface Person : NSObject
@property NSString *firstName;
@property NSString *lastName;
@property NSNumber *yearOfBirth;
@property Person *spouse;
@end

@implementation Person
@end

 

对象的属性默认是strong；strong属性在 “ARC Introduces New Lifetime Qualifiers.”有描述

 

- (void)contrived {
    Person *aPerson = [[Person alloc] init];
    [aPerson setFirstName:@"William"];
    [aPerson setLastName:@"Dudney"];
    [aPerson setYearOfBirth:[[NSNumber alloc] initWithInteger:2011]];
    NSLog(@"aPerson: %@", aPerson);
}

 

ARC掌管了内存管理，所以Person和NSNumber不会泄露。

 

开发者还可以安全得实现Person类的方法takeLastNameFrom：

 

- (void)takeLastNameFrom:(Person *)person {
    NSString *oldLastname = [self lastName];
    [self setLastName:[person lastName]];
    NSLog(@"Lastname changed from %@ to %@", oldLastname, [self lastName]);
}

 

ARC确保oldLastName在NSLog之前不会被销毁。

 

ARC执行了新的规则

ARC执行了一些新的规则，是其他编译模式没有的。这个规则是：致力于提供一个安全可靠的内存管理模式。在某些情况下，他们只是执行最佳实践；某些情况，他们简化你的代码或者处理那没明显的不需要内存问题。如果你违反这些规则，立即得到一个编译错误，而不会在运行显示一个微妙的bug。

 

● 开发者不能显示调用dealloc；不能实现和调用retain、release、retainCount和autorelease。

禁止使用@selector(retain),@selector(release)等等。

开发者仍可以实现dealloc方法，如果你想管理资源而不是变量。开发者不能release变量，但是可以调用[systemClassInstance setDelegate:nil]在系统类上，或者其他不是用ARC编译的代码上。

ARC中自定义的dealloc方法，不需要调用[super dealloc]（其实这样做就会导致编译错误），编译器会强制自动链接到父类。

开发者仍可以对Core Foundation-style对象，使用CFRetain,CFRelease和其他相关方法。

 

● 不能使用NSAllocateObject或者NSDeallocateObject。开发者创建对象使用alloc，运行时环境负责销毁对象。

 

● 在C数据结构中，不能使用对象指针。可以使用OC类来代替C的struct

 

● id和void*没有自动转换.

开发者必须使用特殊的类型转化.开发者需要通过函数参数传递，在OC对象和Core Foundation之间做类型转换。

 

● 开发者不能使用NSAutoreleasePool对象。ARC下使用@autoreleasepool，它比NSAtuoreleasePool更有效率。

 

● 开发者不能使用内存zones。不用再使用NSZone了。他们已经被现代的OC运行环境给忽略了。

 

为了配合手动引用计数，ARC的方法命名有限制：

● 访问器方法不能已new开头，反过来就是：开发者不能声明一个已new开头的属性，除非你给你指定一个getter

 

// 不正确:
@property NSString *newTitle;

// 正确:
@property (getter=theNewTitle) NSString *newTitle;

 

ARC引入了新的Lifetime修饰符。

 

ARC引入几个新的修饰符和弱(weak)引用。弱引用不会延伸到对象生命周期，并自动设置为nil，当该对象没有任何的强引用的时候。

 

开发者需要使用这些修饰来管理对象图。通常ARC不对循环引用做警告。谨慎得使用弱引用可以保证不会循环引用。

 

Property属性

weak和strong关键字作为新的property属性被引入，例如：

 

// The following declaration is a synonym for: @property(retain) MyClass *myObject;
@property(strong) MyClass *myObject;

// The following declaration is similar to "@property(assign) MyClass *myObject;"
// except that if the MyClass instance is deallocated,
// the property value is set to nil instead of remaining as a dangling pointer.
@property(weak) MyClass *myObject;

 

ARC下，strong是默认property属性

 

变量的修饰符

开发者使用下面得lifetime修饰。

__strong

__weak

__unsafe_unretained

__autoreleasing

 

● 默认是__strong。只要对象还有强引用，该对象“活着”。

● __weak不保留对象，只是简单引用。weak对象将被设置nil，当对象没有任何强引用的时候。

● __unsafe_unretained 不保留对象，只是简单引用。但是不设置为nil，当对象没有任何强引用得时候。如果对象被销毁，__unsafe_unretained的对象将会野指针。

● __autoreleasing 用于标识id*的引用参数，或者需要自动释放的返回的对象。

 

开发者需要正确修饰变量。使用下面的格式来修饰变量声明。

 

类名*  修饰  变量名

例如：

 

MyClass * __weak myWeakReference;
MyClass * __unsafe_unretained myUnsafeReference;

 

其他的变种在技术上是不正确的，但可能可以通过编译。了解更多http://cdecl.org/

 

在栈上小心使用__weak。考虑下面的代码：

NSString * __weak string = [[NSString alloc] initWithFormat:@"First Name: %@", [self firstName]];
NSLog(@"string: %@", string);

尽管string在初始化后被使用了。但是，由于在赋值的时候没有强引用；因此它将立即被销毁。

 

开发者同样需要注意传递引用的地方，例如下面的代码：

NSError *error;
BOOL OK = [myObject performOperationWithError:&error];
if (!OK) {
    // Report the error.
    // ...

 

然而，这种错误是隐含的。

NSError * __strong e;

并且声明的方法可能是下面这样：

-(BOOL)performOperationWithError:(NSError * __autoreleasing *)error;

编译器将重写代码:

NSError * __strong error;
NSError * __autoreleasing tmp = error;
BOOL OK = [myObject performOperationWithError:&tmp];
error = tmp;
if (!OK) {
    // Report the error.
    // ...

本地变量声明(__strong)和参数(__autoreleasing)导致编译器创建临时变量。当开发者对__strong对象取地址，将参数声明为id __strong*，就得到原始的指针。或者开发者可以将变量声明为__autoreleasing

 

使用Lifetime修饰符，避免循环引用

 

开发者可以通过lifetime修饰符来避免循环引用。例如，如果你有一个对象图（关于父-子继承）。并且父类需要引用子类，相反子类也要用。这时候，开发者把parent-to-child写做strong并把child-to-parent关系写作weak。其他情况可能有些麻烦，特别是调用block变量的时候。

 

手动引用计数模式下，__block id x 这样的写法，不会对x进行retain。在ARC模式，__block id x;默认retain x（就像其他变量一样）。如果想在ARC模式下，得到手动引用计数的效果，开发者可以使用__unsafe_unretained __block id x。顾名思义，__unsafe_unretained __block id x是危险的(因为他可能导致野指针)因此也不建议使用。好的解决方案是：使用__weak或者将__block的值设置为nil，来打断retain循环。

下面的代码段展示了如何使用手动引用计数

MyViewController *myController = [[MyViewController alloc] init…];
// ...
myController.completionHandler =  ^(NSInteger result) {
   [myController dismissViewControllerAnimated:YES completion:nil];
};
[self presentViewController:myController animated:YES completion:^{
   [myController release];
}];

正如说的那样，开发者可以使用__block修饰符并且设置myController变量为nil，在完成处理的时候。

MyViewController * __block myController = [[MyViewController alloc] init…];
// ...
myController.completionHandler =  ^(NSInteger result) {
    [myController dismissViewControllerAnimated:YES completion:nil];
    myController = nil;
};

或者，你可以使用临时的__weak变量。下面是一个简单的实现

MyViewController *myController = [[MyViewController alloc] init…];
// ...
MyViewController * __weak weakMyViewController = myController;
myController.completionHandler =  ^(NSInteger result) {
    [weakMyViewController dismissViewControllerAnimated:YES completion:nil];
};

对于non-trivial循环，开发者应该使用下面代码：

 

MyViewController *myController = [[MyViewController alloc] init…];
// ...
MyViewController * __weak weakMyController = myController;
myController.completionHandler =  ^(NSInteger result) {
    MyViewController *strongMyController = weakMyController;
    if (strongMyController) {
        // ...
        [strongMyController dismissViewControllerAnimated:YES completion:nil];
        // ...
    }
    else {
        // Probably nothing...
    }
};

 

在某些情况，开发者使用__unsafe_unretained，如果类本身不是__weak修饰。然而，这样将变得不切合实际了，因为它可能很难或者不可能去验证：__unsafe_unretained的指针仍然可用并且指向某些变量。

 

ARC使用一个新语句管理Autorelease Pools

使用ARC，开发者不能直接使用NSAutoreleasePool来管理autorelease pools。而使用@autoreleasepool代替它。

@autoreleasepool {
     // Code, such as a loop that creates a large number of temporary objects.
}

这个简单的结构允许编译器思考引用计数的状态。进入的时候，自动释放池被push。在正常退出的时候自动释放池配poped出来。为了配合现有代码，如果代码异常退出，自动释放池将不会pop出来。它比NSAutoreleasePool更有效率；因此建议开发者替换NSAtuoreleasePool。

 

Patterns for Managing Outlets Become Consistent Across Platforms（略）

 

栈变量被初始化为nil

 

使用ARC，strong、weak和autoreleasing栈变量将不会显示初始化为nil，例如：

- (void)myMethod {
    NSString *name;
    NSLog(@"name: %@", name);
}

 

将打印出null，而不是崩溃。

 

使用编译器选项来开启和关闭ARC

 

开发者使用-fobjc-arc 编译选项开启ARC，还可以对某一个文件使用ARC，便于在使用手动引用计数的文件中使用ARC。对于已经使用ARC的工程，仍可以指定一个文件来关闭ARC通过-fno-objc-arc编译选项。

 

管理Toll-Free Bridging

 

在多数的Cocoa程序中，开发者需要使用Core Foundaton-style对象，无论是从Core Foundation框架还是从Core foundation的其他框架比如Core Graphics。

 

编译器不会自动管理Core foundation对象的生命周期。开发者必须根据COreFoundation的内存管理规则，使用CFRetain和CFRelease。

 

如果开发者在OC和Core foundation两种对象做转换，需要告诉编译器对象的所有权。

 

● __bridge 不改变所有权的情况下，将OC和Core foundaton对象之间转换。

 

● __bridge_retained 或者 CFBridgingRetain 或者对象的所有权，将OC和Corefoundaton对象之间转换。开发者仍有责任将释放对象通过CFRelease。

 

● __bridge_transfer 或者CFBridgingRelease将一个非OC指针，转化为OC指针，ARC负责释放对象。

 

例如，现有代码：

- (void)logFirstNameOfPerson:(ABRecordRef)person {

    NSString *name = (NSString *)ABRecordCopyValue(person, kABPersonFirstNameProperty);
    NSLog(@"Person's first name: %@", name);
    [name release];
}

 

开发用下面的代码代替

- (void)logFirstNameOfPerson:(ABRecordRef)person {

    NSString *name = (NSString *)CFBridgingRelease(ABRecordCopyValue(person, kABPersonFirstNameProperty));
    NSLog(@"Person's first name: %@", name);
}

 

编译器处理从COcoa方法返回的 CF 对象

 

编译器知道返回Core foundaion类的OC的方法，遵循历史的规定。例如，编译器知道从CGColor方法返回的GCColor是不拥有的。开发者必须使用合适的类型去转化。例如：

NSMutableArray *colors = [NSMutableArray arrayWithObject:(id)[[UIColor darkGrayColor] CGColor]];
[colors addObject:(id)[[UIColor lightGrayColor] CGColor]];

 

使用所有权关键字转化函数参数

 

当开发者在OC和Core foundation的对象之间转化时，需要告诉编译器传递object的所有权。Core foundation对象所有权的规则在CoreFoundation的内存管理规则中。OC的所有权规则在Advanced Memory Management Programming Guide中。

 

下面的代码段，数组传递给CGGradientCreateWithCorlors函数需要一个合适的转化。数组是arrayWitshObjects返回的，所以，不要将所有权传递给函数，因此使用__bridge

NSArray *colors = <#An array of colors#>;
CGGradientRef gradient = CGGradientCreateWithColors(colorSpace, (__bridge CFArrayRef)colors, locations);

下面代码段实现了一个context，使用Core Foundation内存管理的方法。

- (void)drawRect:(CGRect)rect {
    CGContextRef ctx = UIGraphicsGetCurrentContext();
    CGColorSpaceRef colorSpace = CGColorSpaceCreateDeviceGray();
    CGFloat locations[2] = {0.0, 1.0};
    NSMutableArray *colors = [NSMutableArray arrayWithObject:(id)[[UIColor darkGrayColor] CGColor]];
    [colors addObject:(id)[[UIColor lightGrayColor] CGColor]];
    CGGradientRef gradient = CGGradientCreateWithColors(colorSpace, (__bridge CFArrayRef)colors, locations);
    CGColorSpaceRelease(colorSpace);  // Release owned Core Foundation object.
    CGPoint startPoint = CGPointMake(0.0, 0.0);
    CGPoint endPoint = CGPointMake(CGRectGetMaxX(self.bounds), CGRectGetMaxY(self.bounds));
    CGContextDrawLinearGradient(ctx, gradient, startPoint, endPoint,
                                kCGGradientDrawsBeforeStartLocation | kCGGradientDrawsAfterEndLocation);
    CGGradientRelease(gradient);  // Release owned Core Foundation object.
}

 

将工程转化为ARC，遇到的常见问题

 

当迁移现有的项目，你可能会遇到的各种问题。这里有一些共同的问题，共同解决方案。

 

● 不能调用retain，release或者autorelease，这是一种特性，甚至可以这么写：

 

while ([x retainCount]) { [x release]; }

 

 

● 不能调用dealloc

通常，开发者在单例的实现或者替换一个对象的init方法的时候调用dealloc。对于单例模式，使用共享实例模式。在init方法中，你不用调用dealloc，因为对象会被释放，当重写self的时候。

 

● 不能使用NSAutoreleasePool对象

 

表格@autoreleasepool{}代替NSAutoreleasePool.这将强制一个block处于一个自动释放池中。它比NSAutoreleaePool快6倍。@autoreleasepool也在在非ARC模式下工作。

 

● ARC需要开发者对[super init]赋值给self在init方法中。

 

下面代码是不可行的

[super init];

简单的修正是：

self = [super init];

根号的修复是这样的

 

self = [super init];
if (self) {
   ...

 

● 不能实现retain和release方法。

实现自定义的retain和release方法打破弱指针。提供了几个常用的 “实现自定义”的原因。

 

1.性能

不要这么做，NSObject的retain和release已经很快了。如果你发现仍有问题，请提出这个bug

 

2.实现一个自定义的弱指针系统

使用__weak代替

 

3.实现单例

使用shared instance pattern代替。或者使用类来代替方法，避免分配对象。

 

● assigned 将变成strong

 

在ARC之前，变量的assigned的不会延伸到对象的生命周期。为了让property变成强引用，开发者通常实例化或者synthesized访问器方法，里面是内存管理方法。相比之下，你可以这样实现访问器方法：

@interface MyClass : Superclass {
    id thing; // Weak reference.
}
// ...
@end

@implementation MyClass
- (id)thing {
    return thing;
}
- (void)setThing:(id)newThing {
    thing = newThing;
}
// ...
@end

ARC下，实例中的变量默认是strong引用，assigning一个对象给实例中的变量延伸到对象的生命周期。迁移工具不能决定一个实例变量即将weak。保持相同的行为之前，你必须标记实例变量是weak，或声明它的property

 

@interface MyClass : Superclass {
    id __weak thing;
}
// ...
@end

@implementation MyClass
- (id)thing {
    return thing;
}
- (void)setThing:(id)newThing {
    thing = newThing;
}
// ...
@end

 

或者

 

@interface MyClass : Superclass
@property (weak) id thing;
// ...
@end

@implementation MyClass
@synthesize thing;
// ...
@end

 

● 不能使用strong ids在c的数据结构

例如，下面的c结构将不能编译过

struct X { id x; float y; };

这是因为x默认是strong retain，但是，在正常运行情况下，编译器不能安全的合成所有需要的代码。比如：如果你传递一个指针给x或者y后，执行了free，每一个id将被release掉，在struct被free之前。编译器不能可靠的做这些。所以strong ids在结构，在ARC中完全不允许。下面是一些解决方案：

1.用OC类代替c结构。这应该是最好的解决办法。

 

2.如果使用OC类是次要的方法（可能你想要一个高密度的结构数组），那么考虑使用void*代替。这需要使用显示的转化。

 

3.把对象引用作为__unsafe_unretained。这种方法是半常见的模式，这样是有用的。

 

struct x { NSString *S;  int X; } StaticArray[] = {
  @"foo", 42,
  @"bar, 97,
...
};

 

开发者这样声明

struct x { NSString * __unsafe_unretained S; int X; }

这可能是有问题的，如果对象可以被释放时指针是不安全的，但它是非常有用的东西，被称为是字符串常量。

 

● 不能直接将id和void*进行转化(包含Core Foundation类型)参考Managing Toll-Free Bridging

 

经常遇到的问题

 

我该怎样认识ARC？它在哪儿放置retains/releases。

 

不要想什么地方调用retain/release，考虑程序本身算法吧。考虑"strong and weak"关系，对象的所有权关系和可能存在的循环引用。

 

我还需要写dealloc方法么

可能需要。因为ARC不会自动对 Core Foundation 对象，文件描述符等等进行malloc/free，，这些资源扔需要写dealloc方法。

 

不不能release对象的变量，但是可以调用[self setDelegate:nil]在系统的类和其他不用ARC的代码。

 

ARC种 不需要dealloc方法，或者[super dealloc]；在运行时系统调用super代码。

 

在ARC种，仍存在循环引用？

是的。ARC自动retain/release并可能继承了循环引用的问题。幸运的是：迁移到ARC的代码很少泄露，因为无论properties是不是retain的，都被被声明为retain了。

 

在ARC种blocks是如何工作的

Block能正常工作，当你在栈上传递的时候，比如作为返回值。你无需block copy了。当你传递block在栈下面的时候，添加到arrayWithObjects等需要retain的地方，需要使用[^{ }copy]。

 

有一件事情需要清除：NSString *__block myString是retain在ARC模式种，不可能是野指针。为了得到以前的行为，使用__block NSString *__unsafe_unretained myString 或者使用__block NSString *__weak myString.

 

我可以在雪豹OS种开发中使用ARC么？

不行。雪豹版本的Xcode4.2不支持ARC。

 

ARC下，可以创建C语言的retain的指针数组么

可以

 

// Note calloc() to get zero-filled memory.
__strong SomeClass **dynamicArray = (__strong SomeClass **)calloc(entries, sizeof(SomeClass *));
for (int i = 0; i < entries; i++) {
     dynamicArray[i] = [[SomeClass alloc] init];
}

// When you're done, set each entry to nil to tell ARC to release the object.
for (int i = 0; i < entries; i++) {
     dynamicArray[i] = nil;
}
free(dynamicArray);

 

下面是一些注意的地方：

● 你要写__strong SomeClass **在某些情况，默认情况是__autoreleasing SomeClass **.

● 开辟的内存必须是零填充

● 需要设置每一项为nil在释放array的时候（memset和bzero不好使的）

 

ARC慢么？

取决于你怎么测量，通常是不慢。编译器消除很多无关紧要的retain/release调用。投入很大的努力在加快OC下的运行环境。尤其是返回一个retian/autoreleased对象，ARC并不是真正将它放到自动释放池。

 

有一件事需要清除：优化器不在debug模式下。所以想看到更多的retain/release的调用，使用-O0比-Os

 

ARC在ObjC++模式下工作么？

是的，甚至可以将strong/weakids在类和容器中。ARC编译器合成retain/release逻辑在拷贝构造函数和析构函数钟。

 

哪些类不支持weak引用？

下面的类不能创建弱引用：

NSATSTypesetter, NSColorSpace, NSFont, NSMenuView, NSParagraphStyle, NSSimpleHorizontalTypesetter, and NSTextView.

 

对于声明properties时，你应该使用retain代替weak。对于变量你应该使用__unsafe_unretained代替__weak.另外，你不能创建这些类的弱引用：NSHashTable, NSMapTable, or NSPointerArray 

 

对NSCell和其他类使用NSCopyObject时候。

没什么特别的。ARC负责的显示retain的场景。ARC模式下，所有的copy方法应该仅仅copy实例变量。

 

我可以对某个文件不使用ARC么？

 

是的。当开发者迁移工程到ARC时，对所有OC源文件设置为-fobjc-arc编译选项。开发者可以指定一个文件设置-fno-objc-arc编译选项。

 

GC(Grabage Collection)在mac上过时了?

Grabage Collection在10.8上已经过时，将来会重OS X中移除。ARC将是收推荐的替代技术。为了帮助迁移现有程序，ARC迁移工具在Xcode >=4.3 支持将GC迁移到ARC。