Objective-C内存管理教程和原理剖析

移动开发 iOS
本文介绍的是Objective-C内存管理教程和原理剖析,还详细的对Autorelease进行了介绍,我们来看内容。

Objective-C内存管理教程和原理剖析是本文要介绍的内容,在iPhoneMac 平台运行,不多说,我们来看内容。

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。

此文涉及的内存管理是针对于继承于NSObject的Class。

一 基本原理

Objective-C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。

[obj1 dealloc];  
  • 1.

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];  
  • 1.
  • 2.
  • 3.
  • 4.
  • 5.
  • 6.

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.
  • 2.

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hello  
[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。 
  • 1.
  • 2.
  • 3.
  • 4.
  • 5.
  • 6.
  • 7.

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 
  • 1.
  • 2.
  • 3.
  • 4.
  • 5.
  • 6.
  • 7.

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)

(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 
  • 1.

(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 
  • 1.
  • 2.
  • 3.
  • 4.
  • 5.
  • 6.
  • 7.

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。)

(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.

(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

(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。

(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 
  • 1.
  • 2.
  • 3.
  • 4.
  • 5.
  • 6.
  • 7.
  • 8.

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 
  • 1.
  • 2.
  • 3.
  • 4.
  • 5.
  • 6.
  • 7.
  • 8.
  • 9.
  • 10.
  • 11.
  • 12.

(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 
  • 1.
  • 2.
  • 3.
  • 4.
  • 5.
  • 6.
  • 7.
  • 8.
  • 9.
  • 10.
  • 11.
  • 12.
  • 13.
  • 14.

(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)

#p#

二 口诀与范式

1、口诀。

(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。

(2)除了alloc、new或copy之外的方法创建的对象都被声明了autorelease

(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。

(1)创建一个对象。

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

(2)创建一个autorelease的对象。

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

(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
  • 1.
  • 2.

(4)指针赋值给另一个指针。

ClassA *obj2 = obj1;  
[obj2 retain];  
//do something  
[obj2 release];  
obj2 = nil
  • 1.
  • 2.
  • 3.
  • 4.
  • 5.

(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;  

  • 1.
  • 2.
  • 3.
  • 4.
  • 5.

(6)在子类的dealloc方法中调用基类的dealloc方法

-(void) dealloc  
{         [super dealloc];  

  • 1.
  • 2.
  • 3.

(7)在一个class中创建和使用property。

声明一个成员变量。

ClassB *objB; 
  • 1.

声明property,加上retain参数。

@property (retain) ClassB* objB; 
  • 1.

定义property。(property的默认实现请看第三章)

@synthesize objB; 
  • 1.

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

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 
  • 1.
  • 2.
  • 3.
  • 4.
  • 5.
  • 6.
  • 7.
  • 8.
  • 9.
  • 10.
  • 11.
  • 12.
  • 13.
  • 14.
  • 15.

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;  

  • 1.
  • 2.
  • 3.
  • 4.
  • 5.
  • 6.
  • 7.
  • 8.
  • 9.
  • 10.
  • 11.
  • 12.
  • 13.
  • 14.
  • 15.

#p#

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];  
         }  

  • 1.
  • 2.
  • 3.
  • 4.
  • 5.
  • 6.
  • 7.
  • 8.
  • 9.
  • 10.
  • 11.
  • 12.
  • 13.
  • 14.
  • 15.
  • 16.
  • 17.
  • 18.
  • 19.
  • 20.
  • 21.
  • 22.
  • 23.

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];  

  • 1.
  • 2.
  • 3.
  • 4.
  • 5.

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\n");  
         NSAutoreleasePool *pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];      
         NSLog(@"create an instance of ClassA and autorelease\n");  
         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\n");   
         [pool release];   
         NSLog(@"autorelasePool is released\n");   
         return 0;  
}   
  • 1.
  • 2.
  • 3.
  • 4.
  • 5.
  • 6.
  • 7.
  • 8.
  • 9.
  • 10.
  • 11.
  • 12.
  • 13.
  • 14.
  • 15.
  • 16.
  • 17.
  • 18.
  • 19.
  • 20.
  • 21.
  • 22.
  • 23.

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 
  • 1.
  • 2.
  • 3.
  • 4.
  • 5.
  • 6.
  • 7.

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\n");  
         NSLog(@"create an instance of ClassA\n");  
         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\n");  
         [obj1 release];  
         return 0;  
}   
  • 1.
  • 2.
  • 3.
  • 4.
  • 5.
  • 6.
  • 7.
  • 8.
  • 9.
  • 10.
  • 11.
  • 12.
  • 13.
  • 14.
  • 15.
  • 16.
  • 17.
  • 18.
  • 19.
  • 20.
  • 21.

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 
  • 1.
  • 2.
  • 3.
  • 4.
  • 5.
  • 6.

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.

涉及的示例程序代码(已去除隐藏,觉得有用的话请顶一下此文):http://files.cnblogs.com/VinceYuan/objective-c-memman.zip

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

转载时必须包含原始链接http://vinceyuan.cnblogs.com/,且必须包含此版权声明的完整内容。

责任编辑:zhaolei 来源: CSDN博客
相关推荐

2011-07-19 15:15:09

Objective-C 内存

2013-04-11 14:37:36

Objective-CiOS内存管理系统自动创建新的aut

2013-04-11 14:32:00

Objective-CiOS开发内存管理@synthesize

2013-04-11 13:57:27

Objective-CiOS开发内存管理

2013-04-11 14:16:57

Objective-CiOS开发内存管理

2011-07-18 17:14:16

Objective-C 内存 Cocoa

2011-07-29 16:08:31

Objective-C 内存

2011-07-27 17:10:30

Objective-C 持久化

2011-05-11 15:45:50

内存管理Objective-C

2011-07-20 17:04:43

Objective-C 内存 内存泄露

2011-07-21 10:10:42

Objective-C 内存 Autoreleas

2011-07-21 09:32:07

Objective-C 内存 Autoreleas

2011-08-16 17:43:47

Objective-C内存管理Autorelease

2011-08-01 11:37:41

iPhone Objective- 内存

2011-08-18 13:28:35

Objective-C内存

2011-07-08 13:49:46

Objective-C UUID

2011-08-05 14:03:39

Objective-C 对象 模板

2011-08-22 09:48:16

WindowsObjective-C

2011-08-16 10:23:04

Objective-CNSAutoreleaXcode常用键

2013-05-02 10:51:17

iOS开发Objective-C@property
点赞
收藏

51CTO技术栈公众号