内存管理(二)

本篇主要学习以下几个知识点

1. alloc/reatin/release/dealloc 理解
2. autorelease 理解
3. autorelease GUN 实现
4. autorelease 苹果 实现

原文地址

alloc/reatin/release/dealloc 实现

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我们来看看 GUNstep 源代码中 NSObject 类的的 alloc 类方法。

id obj = [NSObject alloc];

上述调用 NSObject 类的 alloc 类方法在 NSObjecr.m 源代码中的实现如下。

+ (id) alloc{   return [self allocWithZone: NSDefaultMallocZone()]; }+ (id) allocWithZone:(NSZone *)z{    return NSAllocateObject(self,0,z);}

通过 allocWithZone: 类方法调用 N\NSAllocateObject 函数分配对象。下面我们查看 NSAllocateObject 函数.

struct obj_layout {    NSUInterger  retained;}inline id NSAllocateObject (Class aClass, NSUInterger extraBytes, NSZone *zone) {    int size = 计算容纳对象所需内存大小;    id new = NSZoneMalloc(zone, size);    memset(new, 0, size);    new = (id)&((struct obj_layout *) new)[1];}

NSAllocateObject 函数通过调用 NSZoneMalloc 函数来分配存放对象所需的内存空间，之后将改内存空间置0，最后返回作为对象而使用的指针。

以下是去掉 NSZone 后简化了源代码:

struct obj_layout {    NSUInterger  retained;}+ (id) alloc {    int size = sizeof(struct obj_layout) + 对象大小;    struct obj_layout *p = (struct obj_layout *)calloc(1, size);    return (id)(p+1);}

alloc 类方法用 struct obj_layout 中的 retained 整数来保存引用计数，并将其写入对象内存头部，该对象内存全部置0后返回。

以下用图来展示有关 GUNstep 的实现，alloc类方法返回对象，如图

对象的引用计数可通过 retainCount 实例方法来取得。

id obj = [NSObject alloc];NSLog(@"retainCount=%d", [obj retainCount]); // => 1

执行alloc后对象的 retainCount 是 “1”。下面通过 GUNstep 的源代码来确认。

- （NSUInteger）retainCount {   return NSExtraRefCount(self) + 1; }inline NSUInterger NSExtraRefCount(id  anObject) {    return ((struct obj_layout *) anObject)[-1].retained;}

由对象寻址找到对象内存头部，从而访问其中的retained变量。如图：

autorelease

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autorelease 就是自动释放。这看上去很像ARC，但实际上它更类似于C语言中的自动变量(局部变量)的特性。

{    int a;}/* 因为超出变量作用域，自动变量 "int a" 被废弃，不可再访问*/

autorelease 会像 C 语言的自动变量那样来对待对象实例。当超出其作用域(相当于变量作用域)时，对象实例的 release 实例方法被调用。另外，同 C 语言的自动变量不同的是，编程人员可以设定变量的作用域。

autorelease 的具体使用方法如下:

1. 生成并持有 NSAutoreleasePool 对象
2. 调用已分配对象的 autorelease 实例方法
3. 废弃 NSAutoreleasePood 对象

NSAutoreleasePool 对象的声明周期相当于 C 语言变量的作用域。对于所有调用过 autorelease 实例方法的对象，在废弃 NSAutoreleasePool 对象时，都将调用 release 实例方法。如上图。

NSAutoreleasePool *pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];id obj = [[NSObject alloc] init];[obj autorelease];[pool drain];

“[pool drain]” 等同于 “[obj release]”。

在 Cocoa 框架中，相当于程序主循环的 NSRunLoop 或者在其他程序可运行的地方，对 NSAutoreleasePool 对象进行生成、持有和废弃处理。因此，应用程序开发者不一定非得使用 NSAutoreleasePool 对象来进行开发工作。

意思就是我们不一定需要去管理 NSAutoreleasePool。

尽管如此，但在大量产生 autorelease 的对象时，只要不废弃 NSAutoreleasePool 对象，那么生成的对象就不能被释放，因此有时会产生内存不足的现象。

典型的例子：读入大量图像的同时改变尺寸。图像文件读入到 NSData 对象，并从中生成 UIImage 对象，改变该对象尺寸后生成新的 UIImage 对象。这种情况下，就会大量生成 autorelease 对象。

for (int i = 0; i < 图像数; ++i){    /*    读入图像    大量产生 autorelease 对象    由于没有废弃 NSAutoreleasePool 对象    最终导致内存不足    */}

在此情况下，有必要在适当的地方生成，持有或者废弃 NSAutoreleasePool 对象。

for (int i = 0; i < 图像数; ++i){    NSAutoreleasePool *pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];    /*    读入图像    大量产生 autorelease 对象    */    [pool drain];}

另外，Cocoa 框架中也有很多类方法用于返回 autorelease 的对象。比如 NSMutableArray 类的 arrayWithCapacity 类方法。

id array = [NSMutableArray arrayWithCapacity:1];

此源代码等同于以下源代码

id array = [[[NSMutableArray alloc] initWithCapacity:1] autorelease];

autorelease 实现 - GUNstep是如何实现的

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[obj autorelease];

此源代码调用 NSObject 类的 autorelease 实例方法。

GUNstep实现：

- (id) autorelease {    [NSAutoreleasePool addObject:self];}

autorelease 实例方法的本质就是调用 NSAutoreleasePool 对象的 addObject 类方法。

+ (void) addObject:(id)anObj {    NSAutoreleasePool *pool = 取得正在使用的 NSAutoreleasePool 对象;    if (pool != nil) {        [pool addObject: anObjc];    }else{        NSLog(@"NSAutoreleasePool 对象非存在状态下调用 autorelease")    }}

addObject 类方法调用正在使用的 NSAutoreleasePool 对象的 addObject 实例方法。

如果嵌套或者持有 NSAutoreleasePool 对象，理所当然会使用最内侧的对象。

- (void) drain {    [self dealloc];}- (void) dellloc {    [self emptyPool];    [array release];}- (void) emptyPool {    for (id obj in array){        [obj release];    }}

虽然调用了好几个方法，但是可以确定对于数组中的所以对象都调用了 release 实例方法。

苹果 autorelease 的实现

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objc4 库的 runtime/objc-arr.mm 来确认苹果中 autorelease 的实现

Class AutoreleasePoolPage {    static inline void *push (){        相当于生成或者持有 NSAutoreleasePool 对象    }    static inline void *pop (void *token){        releaseAll();    }    static inline id autorelease (id obj){        相当于 NSAutoreleasePool 类的 addObject 类方法        NSAutoreleasePoolPage *autoreleasePoolPage = 取得正在使用的实例;        autoreleasePoolPage ->add(obj);    }    id *add (id obj) {        将对象追加到内部数组中    }    void releaseAll(){        调用内部数组中对象的release实例方法    }}void *objc_autoreleasePoolPush(void){    return AutoreleasePoolPage::push();}void *objc_autoreleasePoolPop(void *ctxt){    return AutoreleasePoolPage::pop(ctxt);}id *obj_autorelease(id obj) {    return AutoreleasePoolPage:autorelease(obj);}

C++类中虽然有动态数组的实现，但其行为和GUNstep的实现完全相同。

我们使用调试器来观察一下NSAutoreleasePool类方法和 autorelease 方法的运行过程。如下所示，这些方法调用了关联于 objc4 库的 autorelease 实现的函数。

NSAutoreleasePool *pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];/*= objc_autoreleasePoolPush()*/id obj = [[NSObject alloc] init];[obj autorelease];/*= obj_autorelease(obj)*/[pool drain];/*= objc_autoreleasePoolPop(pool)*/

另外，可通过 NSAutoreleasePool 类中的调试用非公开类方法 showPools 来确认已被 autorelease 的对象情况。

[NSAutoreleasePool showPools];

NSAutoreleasePool 类的 showPools 类方法只能在 iOS 中使用，作为替代，在现在的运行时系统中我们使用调试用非公开函数 _objc_autoreleasePoolPrint()。

/* 函数声明 */extend void _objc_autoreleasePoolPrint();/* autorelesepool 调试用输出开始*/_objc_autoreleasePoolPrint();

如果运行此函数，就能像下面这样在控制台中来确认 AutoreleasePoolPage 类的情况。

NSAutoreleasePool 调用 autorelease 会如何？发生异常

通常在使用 Obejctive-C，也就是 Foundation 框架时，无论调用哪一个对象的 autorelease 实例方法，实际上调用都是 NSObject 类的 autorelease 实例方法。但是对于 NSAutoreleasePool 类，autorelease 实例方法已被该类重载，因此运行时就会报错。