Objective-C內存管理教程和原理剖析

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。轉自 http://vinceyuan.cnblogs.com/

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[obj2 hello]和[obj2 dealloc]。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(ref count或者retain count)。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retain count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retain count減1,只有retain count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,retain count = 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,retain count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
[obj2 retain]; //retain count = 2
[obj1 hello]; //輸出hello
[obj1 release]; //retain count = 2 – 1 = 1
[obj2 hello]; //輸出hello
[obj2 release]; //retain count = 0,對象被銷燬
問題解 決!注意,如果沒有調用[obj2 release],這個對象的retain count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autorelease pool(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。(autorelease pool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]; //retain count = 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
[obj2 retain]; //retain count = 2
[obj1 hello]; //輸出hello
//對於obj1,無需調用(實際上不能調用)release
[obj2 hello]; //輸出hello
[obj2 release]; //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           autorelease pool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          autorelease pool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。autorelease pool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autorelease pool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retain count爲1,那麼release之後,retain count爲0,對象正式被銷 毀。如果此時數組中成員的retain count大於1,那麼release之後,retain count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autorelease pool,通常類似於下面這個例子。
int main (int argc, const char *argv[])
{
NSAutoreleasePool *pool;
pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];
 
// do something
 
[pool release];
return (0);
} // main
所有 標記爲autorelease的對象都只有在程序退出時(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:
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"];//產 生的對象是autorelease的。
}
[pool release];
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autorelease pool。在需要大量創建局部變量的時候,可以創建內嵌的autorelease pool來及時釋放內存。
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"];//產 生的對象是autorelease的。
 [loopPool release];
}
[pool release];
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 = [[[ClassA alloc]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];
}
2.7          在一個class中創建和使用property。
2.7.1     聲明一個成員變量。
ClassB *objB;
2.7.2     聲明property,加上retain參數。
@property (retain) ClassB* objB;
2.7.3     定義property。(property的默認實 現請看第三章)
@synthesize objB;
2.7.4     除了dealloc方法以外,始終用.操作符的方式來調用property。
self.objB 或者objA.objB
2.7.5     在dealloc方法中release這個成員變 量。
[objB release];
示例代碼如下(詳細代碼請參考附件中的memman-property.m,你需要特別留意對象是在何時被銷燬的。):
@interface ClassA : NSObject
{
         ClassB* objB;
}
 
@property (retain) ClassB* objB;
@end
 
@implementation ClassA
@synthesize objB;
-(void) dealloc
{
         [objB release];
         [super dealloc];
}
@end
2.7.6     給這個property賦值時, 有手動release和autorelease兩 種方式。
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的默認實現

在這裏解釋一下@property (retain) ClassB* objB;和@synthesize objB;背後到底發生了什麼(retain property的默認實現)。property實際上是getter和setter,針對有retain參數的property,背後的實現如下(請參考附件中的memman-getter-setter.m,你會發現,結果和memman-property.m一樣):
@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 新設定的值和原值不同的話,必須要把原值對象release一次,這樣才能保證retain count是 正確的。
由於我們在class內部retain了一次(雖然 是默認實現的),所以我們要在dealloc方法中release這個成員變 量。
-(void) dealloc
{
         [objB release];
         [super dealloc];
}
 
補充說明
在研究retain count的 時候,我不建議用NSString。因爲在下面的語句中,
NSString *str1 = @”constant string”;
str1的retain count是個很大的數字

Objective-C對 常量字符串做了特殊處理。
當然,如果你這樣創建NSString,得到的retain count依然爲1
NSString *str2 = [NSString stringWithFormat:@”123”];

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


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