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版本1.1 發表於2010-03-08
前言
初學objectice-C的朋友都有一個困惑,總覺得對objective-C的內存管理機制琢磨不透,程序經常內存泄漏或莫名其妙的崩潰。我在這裏總結了自己對objective-C內存管理機制的研究成果和經驗,寫了這麼一個由淺入深的教程。希望對大家有所幫助,也歡迎大家一起探討。
此文涉及的內存管理是針對於繼承於NSObject的Class。
一基本原理
Objective-C的內存管理機制與.Net/Java那種全自動的垃圾回收機制是不同的,它本質上還是C語言中的手動管理方式,只不過稍微加了一些自動方法。
1 Objective-C的對象生成於堆之上,生成之後,需要一個指針來指向它。
ClassA *obj1 = [[ClassA alloc] init];
2 Objective-C的對象在使用完成之後不會自動銷燬,需要執行dealloc來釋放空間(銷燬),否則內存泄露。
[obj1 dealloc];
這帶來了一個問題。下面代碼中obj2是否需要調用dealloc?
ClassA *obj1 = [[ClassA alloc] init];
ClassA *obj2 = obj1;
[obj1 hello]; //輸出hello
[obj1 dealloc];
[obj2 hello]; //能夠執行這一行和下一行嗎?
[obj2 dealloc];
不能,因爲obj1和obj2只是指針,它們指向同一個對象,[obj1 dealloc]已經銷燬這個對象了,不能再調用[obj2hello]和[obj2dealloc]。obj2實際上是個無效指針。
如何避免無效指針?請看下一條。
3 Objective-C採用了引用計數(refcount或者retaincount)。對象的內部保存一個數字,表示被引用的次數。例如,某個對象被兩個指針所指向(引用)那麼它的retaincount爲2。需要銷燬對象的時候,不直接調用dealloc,而是調用release。release會讓retaincount減1,只有retaincount等於0,系統纔會調用dealloc真正銷燬這個對象。
ClassA *obj1 = [[ClassA alloc] init]; //對象生成時,retaincount = 1
[obj1 release]; //release使retain count減1,retain count = 0,dealloc自動被調用,對象被銷燬
我們回頭看看剛剛那個無效指針的問題,把dealloc改成release解決了嗎?
ClassA *obj1 = [[ClassA alloc] init]; //retain count = 1
ClassA *obj2 = obj1; //retain count = 1
[obj1 hello]; //輸出hello
[obj1 release]; //retain count = 0,對象被銷燬
[obj2 hello];
[obj2 release];
[obj1 release]之後,obj2依然是個無效指針。問題依然沒有解決。解決方法見下一條。
4 Objective-C指針賦值時,retaincount不會自動增加,需要手動retain。
ClassA*obj1 = [[ClassA alloc] init]; //retain count = 1
ClassA*obj2 = obj1; //retain count = 1
[obj2retain]; //retain count = 2
[obj1hello]; //輸出hello
[obj1release]; //retain count = 2 – 1 = 1
[obj2hello]; //輸出hello
[obj2release]; //retain count = 0,對象被銷燬
問題解決!注意,如果沒有調用[obj2release],這個對象的retaincount始終爲1,不會被銷燬,內存泄露。(1-4可以參考附件中的示例程序memman-no-pool.m)
這樣的確不會內存泄露,但似乎有點麻煩,有沒有簡單點的方法?見下一條。
5 Objective-C中引入了autoreleasepool(自動釋放對象池),在遵守一些規則的情況下,可以自動釋放對象。(autoreleasepool依然不是.Net/Java那種全自動的垃圾回收機制)
5.1 新生成的對象,只要調用autorelease就行了,無需再調用release!
ClassA *obj1 = [[[ClassA alloc] init] autorelease]; //retaincount = 1 但無需調用release
5.2 對於存在指針賦值的情況,代碼與前面類似。
ClassA*obj1 = [[[ClassA alloc] init] autorelease]; //retain count = 1
ClassA*obj2 = obj1; //retain count = 1
[obj2retain]; //retain count = 2
[obj1hello]; //輸出hello
//對於obj1,無需調用(實際上不能調用)release
[obj2hello]; //輸出hello
[obj2release]; //retain count = 2-1 = 1
細心的讀者肯定能發現這個對象沒有被銷燬,何時銷燬呢?誰去銷燬它?(可以參考附件中的示例程序memman-with-pool.m)請看下一條。
6 autoreleasepool原理剖析。(其實很簡單的,一定要堅持看下去,否則還是不能理解Objective-C的內存管理機制。)
6.1 autoreleasepool不是天生的,需要手動創立。只不過在新建一個iphone項目時,xcode會自動幫你寫好。autoreleasepool的真名是NSAutoreleasePool。
NSAutoreleasePool*pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];
6.2 NSAutoreleasePool內部包含一個數組(NSMutableArray),用來保存聲明爲autorelease的所有對象。如果一個對象聲明爲autorelease,系統所做的工作就是把這個對象加入到這個數組中去。
ClassA*obj1 = [[[ClassA alloc] init] autorelease]; //retain count = 1,把此對象加入autoreleasepool中
6.3 NSAutoreleasePool自身在銷燬的時候,會遍歷一遍這個數組,release數組中的每個成員。如果此時數組中成員的retaincount爲1,那麼release之後,retaincount爲0,對象正式被銷燬。如果此時數組中成員的retaincount大於1,那麼release之後,retaincount大於0,此對象依然沒有被銷燬,內存泄露。
6.4 默認只有一個autoreleasepool,通常類似於下面這個例子。
intmain (int argc, const char *argv[])
{
NSAutoreleasePool *pool;
pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];
// do something
[pool release];
return (0);
} //main
所有標記爲autorelease的對象都只有在這個pool銷燬時才被銷燬。如果你有大量的對象標記爲autorelease,這顯然不能很好的利用內存,在iphone這種內存受限的程序中是很容易造成內存不足的。例如:
intmain (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++ )
[NSStringstringWithFormat:@"1234567890"];//產生的對象是autorelease的。
}
[poolrelease];
return(0);
} //main
(可以參考附件中的示例程序memman-many-objs-one-pool.m,運行時通過監控工具可以發現使用的內存在急劇增加,直到pool銷燬時才被釋放)你需要考慮下一條。
7 Objective-C程序中可以嵌套創建多個autoreleasepool。在需要大量創建局部變量的時候,可以創建內嵌的autoreleasepool來及時釋放內存。(感謝網友hhyytt和neogui的提醒,某些情況下,系統會自動創建autoreleasepool,請參見第四章)
intmain (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++ )
[NSStringstringWithFormat:@"1234567890"];//產生的對象是autorelease的。
[loopPool release];
}
[poolrelease];
return(0);
} //main
(可以參考附件中的示例程序memman-many-objs-many-pools.m,佔用內存的變化極小)
二 口訣與範式
1 口訣。
1.1 誰創建,誰釋放(類似於“誰污染,誰治理”)。如果你通過alloc、new或copy來創建一個對象,那麼你必須調用release或autorelease。換句話說,不是你創建的,就不用你去釋放。
例如,你在一個函數中alloc生成了一個對象,且這個對象只在這個函數中被使用,那麼你必須在這個函數中調用release或autorelease。如果你在一個class的某個方法中alloc一個成員對象,且沒有調用autorelease,那麼你需要在這個類的dealloc方法中調用release;如果調用了autorelease,那麼在dealloc方法中什麼都不需要做。
1.2 除了alloc、new或copy之外的方法創建的對象都被聲明瞭autorelease。
1.3 誰retain,誰release。只要你調用了retain,無論這個對象是如何生成的,你都要調用release。有時候你的代碼中明明沒有retain,可是系統會在默認實現中加入retain。不知道爲什麼蘋果公司的文檔沒有強調這個非常重要的一點,請參考範式2.7和第三章。
2 範式。
範式就是模板,就是依葫蘆畫瓢。由於不同人有不同的理解和習慣,我總結的範式不一定適合所有人,但我能保證照着這樣做不會出問題。
2.1 創建一個對象。
ClassA *obj1 =[[ClassA alloc] init];
2.2 創建一個autorelease的對象。
ClassA *obj1 =[[[ClassA alloc] init] autorelease];
2.3 Release一個對象後,立即把指針清空。(順便說一句,release一個空指針是合法的,但不會發生任何事情)
[obj1 release];
obj1 = nil;
2.4 指針賦值給另一個指針。
ClassA *obj2 = obj1;
[obj2 retain];
//do something
[obj2 release];
obj2 = nil;
2.5 在一個函數中創建並返回對象,需要把這個對象設置爲autorelease
ClassA *Func1()
{
ClassA *obj = [[[ClassAalloc]init]autorelease];
return obj;
}
2.6 在子類的dealloc方法中調用基類的dealloc方法
-(void)dealloc
{
…
[super dealloc];
}