Objective-C内存管理教程和原理剖析，是在iPhone 和Mac平台的基础上，我们先来看内容。
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。
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。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hell
- [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 ? 11 = 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的对象都只有在这个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。(感谢网友hhyytt和neogui的提醒，某些情况下，系统会自动创建autorelease pool, 请参见第四章)
- 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];
- }
四 系统自动创建新的autorelease pool
在生成新的Run Loop的时候，系统会自动创建新的autorelease pool(非常感谢网友hhyytt和neogui的提醒)。注意，此处不同于xcode在新建项目时自动生成的代码中加入的autorelease pool，xcode生成的代码可以被删除，但系统自动创建的新的autorelease pool是无法删除的(对于无Garbage Collection的环境来说)。Objective-C没有给出实现代码，官方文档也没有说明，但我们可以通过小程序来证明。
在这个小程序中，我们先生成了一个autorelease pool，然后生成一个autorelease的ClassA的实例，再在一个新的run loop中生成一个autorelease的ClassB的对象(注意，我们并没有手动在新run loop中生成autorelease pool)。精简的示例代码如下，详细代码请见附件中的memman-run-loop-with-pool.m。
- int main(int argc, char**argv)
- {
- NSLog(@"create an autorelasePool
- ");
- NSAutoreleasePool *pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];
- NSLog(@"create an instance of ClassA and autorelease ");
- ClassA *obj1 = [[[ClassA alloc] init] autorelease];
- NSDate *now = [[NSDate alloc] init];
- NSTimer *timer = [[NSTimer alloc] initWithFireDate:now
- interval:0.0
- target:obj1
- selector:@selector(createClassB)
- userInfo:nil
- repeats:NO];
- NSRunLoop *runLoop = [NSRunLoop currentRunLoop];
- [runLoop addTimer:timer forMode:NSDefaultRunLoopMode];
- [timer release];
- [now release];
- [runLoop run]; //在新loop中调用一函数，生成ClassB的autorelease实例
- NSLog(@"releasing autorelasePool ");
- [pool release];
- NSLog(@"autorelasePool is released ");
- return 0;
- }
输出如下：
- create an autorelasePool
- create an instance of ClassA and autorelease
- create an instance of ClassB and autorelease
- ClassB destroyed
- releasing autorelasePool
- ClassA destroyed
- autorelasePool is released
注意在我们销毁autorelease pool之前，ClassB的autorelease实例就已经被销毁了。
有人可能会说，这并不能说明新的run loop自动生成了一个新的autorelease pool，说不定还只是用了老的autorelease pool，只不过后来drain了一次而已。我们可以在main函数中不生成autorelease pool。精简的示例代码如下，详细代码请见附件中的memman-run-loop-without-pool.m。
- int main(int argc, char**argv)
- {
- NSLog(@"No autorelasePool created ");
- NSLog(@"create an instance of ClassA ");
- ClassA *obj1 = [[ClassA alloc] init];
- NSDate *now = [[NSDate alloc] init];
- NSTimer *timer = [[NSTimer alloc] initWithFireDate:now
- interval:0.0
- target:obj1
- selector:@selector(createClassB)
- userInfo:nil
- repeats:NO];
- NSRunLoop *runLoop = [NSRunLoop currentRunLoop];
- [runLoop addTimer:timer forMode:NSDefaultRunLoopMode];
- [timer release];
- [now release];
- [runLoop run]; //在新loop中调用一函数，生成ClassB的autorelease实例
- NSLog(@"Manually release the instance of ClassA ");
- [obj1 release];
- return 0;
- }
输出如下：
- No autorelasePool created
- create an instance of ClassA
- create an instance of ClassB and autorelease
- ClassB destroyed
- Manually release the instance of ClassA
- ClassA destroyed
我们可以看出来，我们并没有创建任何autorelease pool，可是ClassB的实例依然被自动销毁了，这说明新的run loop自动创建了一个autorelease pool，这个pool在新的run loop结束的时候会销毁自己(并自动release所包含的对象)。
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”];
小结：Objective-C内存管理教程和原理剖析的内容介绍完了，希望本文对你有所帮助。
