Objective-C内存管理教程和原理剖析

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本文介绍的是Objective-C内存管理教程和原理剖析,本文涉及的内存管理是针对于继承于NSObject的Class。那么我拼命先来看内容。

Objective-C内存管理教程和原理剖析,是在iPhone 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 
  • 1.
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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]; 
  • 1.

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]; 
  • 1.

2.2 创建一个autorelease的对象。

  ClassA *obj1 = [[[ClassA alloc] init] autorelease]; 
  • 1.

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; 
  • 1.

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”; 
  • 1.

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。

责任编辑:zhaolei 来源: 互联网
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