ARC實戰中的具體應用

ARC是一個編譯器特徵，它提供了對OC對象自動管理內存。ARC讓開發者專注於感興趣的代碼和對象的關係，而不用考慮對象的retain和release。

轉自hherima的博客

原文：Transitioning to ARC Release Notes（蘋果官方文檔）

 

ARC是一個編譯器特徵，它提供了對OC對象自動管理內存。ARC讓開發者專注於感興趣的代碼和對象的關係，而不用考慮對象的retain和release。

 

概要

ARC在編譯時期添加代碼，保證對象可用。概念上說，ARC遵循手動引用計數的規則，替開發者，在編譯時期添加合適的代碼。

 

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提供了一個工具：自動機械得轉化爲ARC(比如移除retain和release的調用)，並幫助開發者解決不能自動遷移的問題。遷移工具將所有文件轉化成ARC，開發者也可以對單個文件實施ARC，方便於開發者對某些文件手動引用計數。

 

ARC概要

ARC評估了對象的生命週期，並自動插入合適的代碼在編譯時期，從而代替開發者不得不考慮何時需要retain、release和autolease。同編譯器替開發者，生成合適的dealloc方法。一般來說，當開發者需要在手動引用計數和ARC配合使用時候，使用傳統ARC的Cocoa命名慣例是很重要的。

 

一個正確的完整的Person類如下：

 

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

@implementation Person
@end

 

對象的屬性默認是strong；strong屬性在 “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掌管了內存管理，所以Person和NSNumber不會泄露。

 

開發者還可以安全得實現Person類的方法takeLastNameFrom：

 

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

 

ARC確保oldLastName在NSLog之前不會被銷燬。

 

ARC執行了新的規則

ARC執行了一些新的規則，是其他編譯模式沒有的。這個規則是：致力於提供一個安全可靠的內存管理模式。在某些情況下，他們只是執行最佳實踐；某些情況，他們簡化你的代碼或者處理那沒明顯的不需要內存問題。如果你違反這些規則，立即得到一個編譯錯誤，而不會在運行顯示一個微妙的bug。

 

● 開發者不能顯示調用dealloc；不能實現和調用retain、release、retainCount和autorelease。

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

開發者仍可以實現dealloc方法，如果你想管理資源而不是變量。開發者不能release變量，但是可以調用[systemClassInstance setDelegate:nil]在系統類上，或者其他不是用ARC編譯的代碼上。

ARC中自定義的dealloc方法，不需要調用[super dealloc]（其實這樣做就會導致編譯錯誤），編譯器會強制自動鏈接到父類。

開發者仍可以對Core Foundation-style對象，使用CFRetain,CFRelease和其他相關方法。

 

● 不能使用NSAllocateObject或者NSDeallocateObject。開發者創建對象使用alloc，運行時環境負責銷燬對象。

 

● 在C數據結構中，不能使用對象指針。可以使用OC類來代替C的struct

 

● id和void*沒有自動轉換.

開發者必須使用特殊的類型轉化.開發者需要通過函數參數傳遞，在OC對象和Core Foundation之間做類型轉換。

 

● 開發者不能使用NSAutoreleasePool對象。ARC下使用@autoreleasepool，它比NSAtuoreleasePool更有效率。

 

● 開發者不能使用內存zones。不用再使用NSZone了。他們已經被現代的OC運行環境給忽略了。

 

爲了配合手動引用計數，ARC的方法命名有限制：

● 訪問器方法不能已new開頭，反過來就是：開發者不能聲明一個已new開頭的屬性，除非你給你指定一個getter

 

// 不正確:
@property NSString *newTitle;

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

 

ARC引入了新的Lifetime修飾符。

 

ARC引入幾個新的修飾符和弱(weak)引用。弱引用不會延伸到對象生命週期，並自動設置爲nil，當該對象沒有任何的強引用的時候。

 

開發者需要使用這些修飾來管理對象圖。通常ARC不對循環引用做警告。謹慎得使用弱引用可以保證不會循環引用。

 

Property屬性

weak和strong關鍵字作爲新的property屬性被引入，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是默認property屬性

 

變量的修飾符

開發者使用下面得lifetime修飾。

__strong

__weak

__unsafe_unretained

__autoreleasing

 

● 默認是__strong。只要對象還有強引用，該對象“活着”。

● __weak不保留對象，只是簡單引用。weak對象將被設置nil，當對象沒有任何強引用的時候。

● __unsafe_unretained 不保留對象，只是簡單引用。但是不設置爲nil，當對象沒有任何強引用得時候。如果對象被銷燬，__unsafe_unretained的對象將會野指針。

● __autoreleasing 用於標識id*的引用參數，或者需要自動釋放的返回的對象。

 

開發者需要正確修飾變量。使用下面的格式來修飾變量聲明。

 

類名*  修飾  變量名

例如：

 

MyClass * __weak myWeakReference;
MyClass * __unsafe_unretained myUnsafeReference;

 

其他的變種在技術上是不正確的，但可能可以通過編譯。瞭解更多http://cdecl.org/

 

在棧上小心使用__weak。考慮下面的代碼：

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

儘管string在初始化後被使用了。但是，由於在賦值的時候沒有強引用；因此它將立即被銷燬。

 

開發者同樣需要注意傳遞引用的地方，例如下面的代碼：

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

 

然而，這種錯誤是隱含的。

NSError * __strong e;

並且聲明的方法可能是下面這樣：

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

編譯器將重寫代碼:

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

本地變量聲明(__strong)和參數(__autoreleasing)導致編譯器創建臨時變量。當開發者對__strong對象取地址，將參數聲明爲id __strong*，就得到原始的指針。或者開發者可以將變量聲明爲__autoreleasing

 

使用Lifetime修飾符，避免循環引用

 

開發者可以通過lifetime修飾符來避免循環引用。例如，如果你有一個對象圖（關於父-子繼承）。並且父類需要引用子類，相反子類也要用。這時候，開發者把parent-to-child寫做strong並把child-to-parent關係寫作weak。其他情況可能有些麻煩，特別是調用block變量的時候。

 

手動引用計數模式下，__block id x 這樣的寫法，不會對x進行retain。在ARC模式，__block id x;默認retain x（就像其他變量一樣）。如果想在ARC模式下，得到手動引用計數的效果，開發者可以使用__unsafe_unretained __block id x。顧名思義，__unsafe_unretained __block id x是危險的(因爲他可能導致野指針)因此也不建議使用。好的解決方案是：使用__weak或者將__block的值設置爲nil，來打斷retain循環。

下面的代碼段展示瞭如何使用手動引用計數

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

正如說的那樣，開發者可以使用__block修飾符並且設置myController變量爲nil，在完成處理的時候。

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

或者，你可以使用臨時的__weak變量。下面是一個簡單的實現

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

對於non-trivial循環，開發者應該使用下面代碼：

 

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...
    }
};

 

在某些情況，開發者使用__unsafe_unretained，如果類本身不是__weak修飾。然而，這樣將變得不切合實際了，因爲它可能很難或者不可能去驗證：__unsafe_unretained的指針仍然可用並且指向某些變量。

 

ARC使用一個新語句管理Autorelease Pools

使用ARC，開發者不能直接使用NSAutoreleasePool來管理autorelease pools。而使用@autoreleasepool代替它。

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

這個簡單的結構允許編譯器思考引用計數的狀態。進入的時候，自動釋放池被push。在正常退出的時候自動釋放池配poped出來。爲了配合現有代碼，如果代碼異常退出，自動釋放池將不會pop出來。它比NSAutoreleasePool更有效率；因此建議開發者替換NSAtuoreleasePool。

 

Patterns for Managing Outlets Become Consistent Across Platforms（略）

 

棧變量被初始化爲nil

 

使用ARC，strong、weak和autoreleasing棧變量將不會顯示初始化爲nil，例如：

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

 

將打印出null，而不是崩潰。

 

使用編譯器選項來開啓和關閉ARC

 

開發者使用-fobjc-arc 編譯選項開啓ARC，還可以對某一個文件使用ARC，便於在使用手動引用計數的文件中使用ARC。對於已經使用ARC的工程，仍可以指定一個文件來關閉ARC通過-fno-objc-arc編譯選項。

 

管理Toll-Free Bridging

 

在多數的Cocoa程序中，開發者需要使用Core Foundaton-style對象，無論是從Core Foundation框架還是從Core foundation的其他框架比如Core Graphics。

 

編譯器不會自動管理Core foundation對象的生命週期。開發者必須根據COreFoundation的內存管理規則，使用CFRetain和CFRelease。

 

如果開發者在OC和Core foundation兩種對象做轉換，需要告訴編譯器對象的所有權。

 

● __bridge 不改變所有權的情況下，將OC和Core foundaton對象之間轉換。

 

● __bridge_retained 或者 CFBridgingRetain 或者對象的所有權，將OC和Corefoundaton對象之間轉換。開發者仍有責任將釋放對象通過CFRelease。

 

● __bridge_transfer 或者CFBridgingRelease將一個非OC指針，轉化爲OC指針，ARC負責釋放對象。

 

例如，現有代碼：

- (void)logFirstNameOfPerson:(ABRecordRef)person {

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

 

開發用下面的代碼代替

- (void)logFirstNameOfPerson:(ABRecordRef)person {

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

 

編譯器處理從COcoa方法返回的 CF 對象

 

編譯器知道返回Core foundaion類的OC的方法，遵循歷史的規定。例如，編譯器知道從CGColor方法返回的GCColor是不擁有的。開發者必須使用合適的類型去轉化。例如：

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

 

使用所有權關鍵字轉化函數參數

 

當開發者在OC和Core foundation的對象之間轉化時，需要告訴編譯器傳遞object的所有權。Core foundation對象所有權的規則在CoreFoundation的內存管理規則中。OC的所有權規則在Advanced Memory Management Programming Guide中。

 

下面的代碼段，數組傳遞給CGGradientCreateWithCorlors函數需要一個合適的轉化。數組是arrayWitshObjects返回的，所以，不要將所有權傳遞給函數，因此使用__bridge

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

下面代碼段實現了一個context，使用Core Foundation內存管理的方法。

- (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.
}

 

將工程轉化爲ARC，遇到的常見問題

 

當遷移現有的項目，你可能會遇到的各種問題。這裏有一些共同的問題，共同解決方案。

 

● 不能調用retain，release或者autorelease，這是一種特性，甚至可以這麼寫：

 

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

 

 

● 不能調用dealloc

通常，開發者在單例的實現或者替換一個對象的init方法的時候調用dealloc。對於單例模式，使用共享實例模式。在init方法中，你不用調用dealloc，因爲對象會被釋放，當重寫self的時候。

 

● 不能使用NSAutoreleasePool對象

 

表格@autoreleasepool{}代替NSAutoreleasePool.這將強制一個block處於一個自動釋放池中。它比NSAutoreleaePool快6倍。@autoreleasepool也在在非ARC模式下工作。

 

● ARC需要開發者對[super init]賦值給self在init方法中。

 

下面代碼是不可行的

[super init];

簡單的修正是：

self = [super init];

根號的修復是這樣的

 

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

 

● 不能實現retain和release方法。

實現自定義的retain和release方法打破弱指針。提供了幾個常用的 “實現自定義”的原因。

 

1.性能

不要這麼做，NSObject的retain和release已經很快了。如果你發現仍有問題，請提出這個bug

 

2.實現一個自定義的弱指針系統

使用__weak代替

 

3.實現單例

使用shared instance pattern代替。或者使用類來代替方法，避免分配對象。

 

● assigned 將變成strong

 

在ARC之前，變量的assigned的不會延伸到對象的生命週期。爲了讓property變成強引用，開發者通常實例化或者synthesized訪問器方法，裏面是內存管理方法。相比之下，你可以這樣實現訪問器方法：

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

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

ARC下，實例中的變量默認是strong引用，assigning一個對象給實例中的變量延伸到對象的生命週期。遷移工具不能決定一個實例變量即將weak。保持相同的行爲之前，你必須標記實例變量是weak，或聲明它的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的數據結構

例如，下面的c結構將不能編譯過

struct X { id x; float y; };

這是因爲x默認是strong retain，但是，在正常運行情況下，編譯器不能安全的合成所有需要的代碼。比如：如果你傳遞一個指針給x或者y後，執行了free，每一個id將被release掉，在struct被free之前。編譯器不能可靠的做這些。所以strong ids在結構，在ARC中完全不允許。下面是一些解決方案：

1.用OC類代替c結構。這應該是最好的解決辦法。

 

2.如果使用OC類是次要的方法（可能你想要一個高密度的結構數組），那麼考慮使用void*代替。這需要使用顯示的轉化。

 

3.把對象引用作爲__unsafe_unretained。這種方法是半常見的模式，這樣是有用的。

 

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

 

開發者這樣聲明

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

這可能是有問題的，如果對象可以被釋放時指針是不安全的，但它是非常有用的東西，被稱爲是字符串常量。

 

● 不能直接將id和void*進行轉化(包含Core Foundation類型)參考Managing Toll-Free Bridging

 

經常遇到的問題

 

我該怎樣認識ARC？它在哪兒放置retains/releases。

 

不要想什麼地方調用retain/release，考慮程序本身算法吧。考慮"strong and weak"關係，對象的所有權關係和可能存在的循環引用。

 

我還需要寫dealloc方法麼

可能需要。因爲ARC不會自動對 Core Foundation 對象，文件描述符等等進行malloc/free，，這些資源扔需要寫dealloc方法。

 

不不能release對象的變量，但是可以調用[self setDelegate:nil]在系統的類和其他不用ARC的代碼。

 

ARC種 不需要dealloc方法，或者[super dealloc]；在運行時系統調用super代碼。

 

在ARC種，仍存在循環引用？

是的。ARC自動retain/release並可能繼承了循環引用的問題。幸運的是：遷移到ARC的代碼很少泄露，因爲無論properties是不是retain的，都被被聲明爲retain了。

 

在ARC種blocks是如何工作的

Block能正常工作，當你在棧上傳遞的時候，比如作爲返回值。你無需block copy了。當你傳遞block在棧下面的時候，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模式種，不可能是野指針。爲了得到以前的行爲，使用__block NSString *__unsafe_unretained myString 或者使用__block NSString *__weak myString.

 

我可以在雪豹OS種開發中使用ARC麼？

不行。雪豹版本的Xcode4.2不支持ARC。

 

ARC下，可以創建C語言的retain的指針數組麼

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：

● 你要寫__strong SomeClass **在某些情況，默認情況是__autoreleasing SomeClass **.

● 開闢的內存必須是零填充

● 需要設置每一項爲nil在釋放array的時候（memset和bzero不好使的）

 

ARC慢麼？

取決於你怎麼測量，通常是不慢。編譯器消除很多無關緊要的retain/release調用。投入很大的努力在加快OC下的運行環境。尤其是返回一個retian/autoreleased對象，ARC並不是真正將它放到自動釋放池。

 

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

 

ARC在ObjC++模式下工作麼？

是的，甚至可以將strong/weakids在類和容器中。ARC編譯器合成retain/release邏輯在拷貝構造函數和析構函數鍾。

 

哪些類不支持weak引用？

下面的類不能創建弱引用：

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

 

對於聲明properties時，你應該使用retain代替weak。對於變量你應該使用__unsafe_unretained代替__weak.另外，你不能創建這些類的弱引用：NSHashTable, NSMapTable, or NSPointerArray 

 

對NSCell和其他類使用NSCopyObject時候。

沒什麼特別的。ARC負責的顯示retain的場景。ARC模式下，所有的copy方法應該僅僅copy實例變量。

 

我可以對某個文件不使用ARC麼？

 

是的。當開發者遷移工程到ARC時，對所有OC源文件設置爲-fobjc-arc編譯選項。開發者可以指定一個文件設置-fno-objc-arc編譯選項。

 

GC(Grabage Collection)在mac上過時了?

Grabage Collection在10.8上已經過時，將來會重OS X中移除。ARC將是收推薦的替代技術。爲了幫助遷移現有程序，ARC遷移工具在Xcode >=4.3 支持將GC遷移到ARC。