Objective-C内存管理教程和原理剖析

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。转自 http://vinceyuan.cnblogs.com/

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 – 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的对象都只有在程序退出时(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。
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)
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;
}
三 @property (retain)和@synthesize的默认实现

在这里解释一下@property (retain) ClassB* objB;和@synthesize objB;背后到底发生了什么(retain property的默认实现)。property实际上是getter和setter,针对有retain参数的property,背后的实现如下(请参考附件中的memman-getter-setter.m,你会发现,结果和memman-property.m一样):
@interface ClassA : NSObject
{
         ClassB *objB;
}
 
-(ClassB *) getObjB;
-(void) setObjB:(ClassB *) value;
@end
 
@implementation ClassA
-(ClassB*) getObjB
{
         return objB;
}
 
-(void) setObjB:(ClassB*) value
{
         if (objB != value)
         {
                   [objB release];
                   objB = [value retain];
         }
}
在setObjB中,如果 新设定的值和原值不同的话,必须要把原值对象release一次,这样才能保证retain count是 正确的。
由于我们在class内部retain了一次(虽然 是默认实现的),所以我们要在dealloc方法中release这个成员变 量。
-(void) dealloc
{
         [objB release];
         [super dealloc];
}
 
补充说明
在研究retain count的 时候,我不建议用NSString。因为在下面的语句中,
NSString *str1 = @”constant string”;
str1的retain count是个很大的数字

Objective-C对 常量字符串做了特殊处理。
当然,如果你这样创建NSString,得到的retain count依然为1
NSString *str2 = [NSString stringWithFormat:@”123”];

转自:http://www.cocoachina.com/macdev/objc/2010/0308/550_6.html


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