iPhone/Mac Objective-C内存管理教程和原理剖析

来源：互联网发布：adblock下载 for mac 编辑：程序博客网时间：2024/05/07 06:45

前言

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。

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。

[obj1 dealloc];

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，[obj1dealloc]已经销毁这个对象了，不能再调用[obj2 hello]和[obj2dealloc]。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(refcount或者retaincount)。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retaincount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retaincount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。

4 Objective-C指针赋值时，retaincount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 – 1 = 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retaincount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autoreleasepool（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。（autoreleasepool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]; //retaincount = 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]; //retaincount = 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 autoreleasepool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 autoreleasepool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。autoreleasepool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]; //retaincount = 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，retaincount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，retaincount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autoreleasepool，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++)

[NSStringstringWithFormat:@"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autoreleasepool。在需要大量创建局部变量的时候，可以创建内嵌的autoreleasepool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autoreleasepool, 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++)

[NSStringstringWithFormat:@"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;

[obj2retain];

//dosomething

[obj2release];

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];

returnobj;

}

2.6 在子类的dealloc方法中调用基类的dealloc方法

-(void) dealloc

{

…

[superdealloc];

}

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）

@synthesizeobjB;

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。

[objBrelease];

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

{

[objBrelease];

[superdealloc];

}

@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;

[objB1release];

[objArelease];

}

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@synthesizeobjB;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

{

returnobjB;

}

-(void) setObjB:(ClassB*) value

{

if(objB != value)

{

[objBrelease];

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retaincount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

{

[objBrelease];

[superdealloc];

}

四系统自动创建新的autorelease pool

在生成新的RunLoop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autoreleasepool，xcode生成的代码可以被删除，但系统自动创建的新的autoreleasepool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runloop中生成一个autorelease的ClassB的对象（注意，我们并没有手动在新runloop中生成autoreleasepool）。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(@"createan autorelasePool\n");

NSAutoreleasePool*pool = [[NSAutoreleasePool alloc]init];

NSLog(@"createan 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];

[runLoopaddTimer:timer forMode:NSDefaultRunLoopMode];

[timerrelease];

[nowrelease];

[runLooprun]; //在新loop中调用一函数，生成ClassB的autorelease实例

NSLog(@"releasingautorelasePool\n");

[poolrelease];

NSLog(@"autorelasePoolis released\n");

return0;

}

输出如下：

create anautorelasePool

create aninstance of ClassA and autorelease

create aninstance of ClassB and autorelease

ClassBdestroyed

releasingautorelasePool

ClassAdestroyed

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autoreleasepool，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autoreleasepool。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(@"NoautorelasePool created\n");

NSLog(@"createan 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];

[runLoopaddTimer:timer forMode:NSDefaultRunLoopMode];

[timerrelease];

[nowrelease];

[runLooprun]; //在新loop中调用一函数，生成ClassB的autorelease实例

NSLog(@"Manuallyrelease the instance of ClassA\n");

[obj1release];

return0;

}

输出如下：

NoautorelasePool created

create aninstance of ClassA

create aninstance of ClassB and autorelease

ClassBdestroyed

Manuallyrelease the instance of ClassA

ClassAdestroyed

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runloop自动创建了一个autorelease pool，这个pool在新的runloop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retaincount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”];