內存管理(二) - MRC關鍵字解讀

本篇主要學習以下幾個知識點

1. alloc/reatin/release/dealloc 理解
2. autorelease 理解
3. autorelease GUN 實現
4. autorelease 蘋果 實現

原文地址

alloc/reatin/release/dealloc 實現

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我們來看看 GUNstep 源代碼中 NSObject 類的的 alloc 類方法。

id obj = [NSObject alloc];

上述調用 NSObject 類的 alloc 類方法在 NSObjecr.m 源代碼中的實現如下。

+ (id) alloc
{
   return [self allocWithZone: NSDefaultMallocZone()]; 
}
+ (id) allocWithZone:(NSZone *)z
{
    return NSAllocateObject(self,0,z);
}

通過 allocWithZone: 類方法調用 N\NSAllocateObject 函數分配對象。下面我們查看 NSAllocateObject 函數.

struct obj_layout {
    NSUInterger  retained;
}
inline id NSAllocateObject (Class aClass, NSUInterger extraBytes, NSZone *zone) {

    int size = 計算容納對象所需內存大小;
    id new = NSZoneMalloc(zone, size);
    memset(new, 0, size);
    new = (id)&((struct obj_layout *) new)[1];
}

NSAllocateObject 函數通過調用 NSZoneMalloc 函數來分配存放對象所需的內存空間，之後將改內存空間置0，最後返回作爲對象而使用的指針。

以下是去掉 NSZone 後簡化了源代碼:

struct obj_layout {
    NSUInterger  retained;
}
+ (id) alloc {
    int size = sizeof(struct obj_layout) + 對象大小;
    struct obj_layout *p = (struct obj_layout *)calloc(1, size);
    return (id)(p+1);
}

alloc 類方法用 struct obj_layout 中的 retained 整數來保存引用計數，並將其寫入對象內存頭部，該對象內存全部置0後返回。

以下用圖來展示有關 GUNstep 的實現，alloc類方法返回對象，如圖

對象的引用計數可通過 retainCount 實例方法來取得。

id obj = [NSObject alloc];
NSLog(@"retainCount=%d", [obj retainCount]); // => 1

執行alloc後對象的 retainCount 是 “1”。下面通過 GUNstep 的源代碼來確認。

- （NSUInteger）retainCount {
   return NSExtraRefCount(self) + 1; 
}
inline NSUInterger NSExtraRefCount(id  anObject) {
    return ((struct obj_layout *) anObject)[-1].retained;
}

由對象尋址找到對象內存頭部，從而訪問其中的retained變量。如圖：

autorelease

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autorelease 就是自動釋放。這看上去很像ARC，但實際上它更類似於C語言中的自動變量(局部變量)的特性。

{
    int a;
}
/*
 因爲超出變量作用域，自動變量 "int a" 被廢棄，不可再訪問
*/

autorelease 會像 C 語言的自動變量那樣來對待對象實例。當超出其作用域(相當於變量作用域)時，對象實例的 release 實例方法被調用。另外，同 C 語言的自動變量不同的是，編程人員可以設定變量的作用域。

autorelease 的具體使用方法如下:

1. 生成並持有 NSAutoreleasePool 對象
2. 調用已分配對象的 autorelease 實例方法
3. 廢棄 NSAutoreleasePood 對象

NSAutoreleasePool 對象的聲明週期相當於 C 語言變量的作用域。對於所有調用過 autorelease 實例方法的對象，在廢棄 NSAutoreleasePool 對象時，都將調用 release 實例方法。如上圖。

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

id obj = [[NSObject alloc] init];

[obj autorelease];

[pool drain];

“[pool drain]” 等同於 “[obj release]”。

在 Cocoa 框架中，相當於程序主循環的 NSRunLoop 或者在其他程序可運行的地方，對 NSAutoreleasePool 對象進行生成、持有和廢棄處理。因此，應用程序開發者不一定非得使用 NSAutoreleasePool 對象來進行開發工作。

意思就是我們不一定需要去管理 NSAutoreleasePool。

儘管如此，但在大量產生 autorelease 的對象時，只要不廢棄 NSAutoreleasePool 對象，那麼生成的對象就不能被釋放，因此有時會產生內存不足的現象。

典型的例子：讀入大量圖像的同時改變尺寸。圖像文件讀入到 NSData 對象，並從中生成 UIImage 對象，改變該對象尺寸後生成新的 UIImage 對象。這種情況下，就會大量生成 autorelease 對象。

for (int i = 0; i < 圖像數; ++i){
    /*
    讀入圖像
    大量產生 autorelease 對象
    由於沒有廢棄 NSAutoreleasePool 對象
    最終導致內存不足
    */
}

在此情況下，有必要在適當的地方生成，持有或者廢棄 NSAutoreleasePool 對象。

for (int i = 0; i < 圖像數; ++i){

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

    /*
    讀入圖像
    大量產生 autorelease 對象
    */

    [pool drain];
}

另外，Cocoa 框架中也有很多類方法用於返回 autorelease 的對象。比如 NSMutableArray 類的 arrayWithCapacity 類方法。

id array = [NSMutableArray arrayWithCapacity:1];

此源代碼等同於以下源代碼

id array = [[[NSMutableArray alloc] initWithCapacity:1] autorelease];

autorelease 實現 - GUNstep是如何實現的

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[obj autorelease];

此源代碼調用 NSObject 類的 autorelease 實例方法。

GUNstep實現：

- (id) autorelease {
    [NSAutoreleasePool addObject:self];
}

autorelease 實例方法的本質就是調用 NSAutoreleasePool 對象的 addObject 類方法。

+ (void) addObject:(id)anObj {

    NSAutoreleasePool *pool = 取得正在使用的 NSAutoreleasePool 對象;

    if (pool != nil) {
        [pool addObject: anObjc];
    }else{
        NSLog(@"NSAutoreleasePool 對象非存在狀態下調用 autorelease")
    }
}

addObject 類方法調用正在使用的 NSAutoreleasePool 對象的 addObject 實例方法。

如果嵌套或者持有 NSAutoreleasePool 對象，理所當然會使用最內側的對象。

- (void) drain {
    [self dealloc];
}
- (void) dellloc {
    [self emptyPool];
    [array release];
}
- (void) emptyPool {
    for (id obj in array){
        [obj release];
    }
}

雖然調用了好幾個方法，但是可以確定對於數組中的所以對象都調用了 release 實例方法。

蘋果 autorelease 的實現

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objc4 庫的 runtime/objc-arr.mm 來確認蘋果中 autorelease 的實現

Class AutoreleasePoolPage 
{
    static inline void *push (){
        相當於生成或者持有 NSAutoreleasePool 對象
    }
    static inline void *pop (void *token){
        releaseAll();
    }
    static inline id autorelease (id obj){
        相當於 NSAutoreleasePool 類的 addObject 類方法
        NSAutoreleasePoolPage *autoreleasePoolPage = 取得正在使用的實例;
        autoreleasePoolPage ->add(obj);
    }
    id *add (id obj) {
        將對象追加到內部數組中
    }
    void releaseAll(){
        調用內部數組中對象的release實例方法
    }
}
void *objc_autoreleasePoolPush(void){
    return AutoreleasePoolPage::push();
}
void *objc_autoreleasePoolPop(void *ctxt){
    return AutoreleasePoolPage::pop(ctxt);
}
id *obj_autorelease(id obj) {
    return AutoreleasePoolPage:autorelease(obj);
}

C++類中雖然有動態數組的實現，但其行爲和GUNstep的實現完全相同。

我們使用調試器來觀察一下NSAutoreleasePool類方法和 autorelease 方法的運行過程。如下所示，這些方法調用了關聯於 objc4 庫的 autorelease 實現的函數。

NSAutoreleasePool *pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];
/*= objc_autoreleasePoolPush()*/

id obj = [[NSObject alloc] init];

[obj autorelease];
/*= obj_autorelease(obj)*/

[pool drain];
/*= objc_autoreleasePoolPop(pool)*/

另外，可通過 NSAutoreleasePool 類中的調試用非公開類方法 showPools 來確認已被 autorelease 的對象情況。

[NSAutoreleasePool showPools];

NSAutoreleasePool 類的 showPools 類方法只能在 iOS 中使用，作爲替代，在現在的運行時系統中我們使用調試用非公開函數 _objc_autoreleasePoolPrint()。

/* 函數聲明 */
extend void _objc_autoreleasePoolPrint();

/* autorelesepool 調試用輸出開始*/
_objc_autoreleasePoolPrint();

如果運行此函數，就能像下面這樣在控制檯中來確認 AutoreleasePoolPage 類的情況。

NSAutoreleasePool 調用 autorelease 會如何？發生異常

通常在使用 Obejctive-C，也就是 Foundation 框架時，無論調用哪一個對象的 autorelease 實例方法，實際上調用都是 NSObject 類的 autorelease 實例方法。但是對於 NSAutoreleasePool 類，autorelease 實例方法已被該類重載，因此運行時就會報錯。