Objective-C内存管理教程和原理剖析-51CTO.COM

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]; 
1.

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]; 
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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 
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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 
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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 
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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]; 
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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 
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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 
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(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 
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(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]; 
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2.2 创建一个autorelease的对象。

　　ClassA *obj1 = [[[ClassA alloc] init] autorelease]; 
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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; 
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2.4 指针赋值给另一个指针。

　　ClassA *obj2 = obj1;  
　　[obj2 retain];  
　　//do something  
　　[obj2 release];  
　　obj2 = nil; 
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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;  
　　} 
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2.6 在子类的dealloc方法中调用基类的dealloc方法

　　-(void) dealloc  
　　{  
　　…  
　　[super dealloc];  
　　} 
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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; 
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2.7.2 声明property，加上retain参数。

@property (retain) ClassB* objB; 
1.

2.7.3 定义property。(property的默认实现请看第三章)

　　@synthesize objB; 
1.

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 
1.

2.7.5 在dealloc方法中release这个成员变量。

　　[objB release]; 
1.

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 
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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;  
} 
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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];  
　　}  
　　} 
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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];  
　　} 
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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;  
　　} 
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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 
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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;  
　　} 
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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 
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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”; 
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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”]; 
1.

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。