ANSI－C中使用引用计数（译）

原作者：Jean-David Gadina

原文地址：Reference counting in ANSI-C

关于：

内存管理在编写c程序时是一件困难的事情，

某些高等级的编程语言提供了不同的内存管理的方法。

主要有垃圾回收（garbage collection） 和 引用计数（reference counting）。

本文将教给你如何在c语言中实现引用计数的内存管理系统。

从个人角度讲，本人（原文章作者）作为一名使用c语言和Objective-c语言的程序员，更加偏爱引用计数的方法。

因为这种方法隐含着对象所有权的概念。（It implies the notion of ownership on objects.）

Objective-C 的例子

在Objective-C中，当你通过 alloc 或者 copy 方法创建一个对象时，你拥有这个对象（you own the object）。这也就意味着将由你来负责释放（release）你的对象，保证该块内存被回收利用。 

另外，对象也可以被保留（retained）。这种情况下他们也必须被释放（release）。 

通过简便的方法获得对象，调用者并不拥有该对象，所以也没有必要去释放他们，释放的工作自然会由其他的类或者方法来做。 

例如：

1 NSArray * object1 = [ NSArray array ];2 NSArray * object2 = [ [ NSArray alloc ] init ];3 NSArray * object3 = [ [ [ NSArrayarray ] retain ] retain ];

在这里，变量 object2 需要被release，因为我们明确的通过 alloc 创建了它。

变量object3 则需要被release 两次，因为我们retain 了它两次。

如下：

1 [ object2 release ];2 [ [ object3 release ] release ];

C 语言实现

作为一名c语言编程者，原文作者将要使用ANSI-C来实现objective-c 中的引用计数。

具体实施如下：

首先，我们需要为我们的内存纪录定义一个结构体，这个结构体看起来像是下面这个样子：

1 typedef struct2 {3 unsigned int retainCount4 void       * data;5 }6 MemoryObject;

我们将 retain 计数 使用一个 无符号整形变量 rerainCount 来储存，遇到retain则增加改变量的值，遇到release 则减少改变量的值，当改变量的值为0的时候，就释放掉该对象的内存。 

同时我们也需要自定义一个 分配函数（allocation function）：

1 void * Alloc( size_t size )2 {3     MemoryObject * o;4     o = ( MemoryObject * )calloc( sizeof( MemoryObject ) + size, 1 );

我们最终是要返回内存对象的指针，所以我们需要进行一些计算： 

第一、声明一个 指向char类型的指针，用来指向我们生成的内存对象结构体：

1 char * ptr = ( char * )o; 

第二、通过给该指针增加内存对象结构体的大小来获取 用户自定义数据的内存地址：

2 ptr += sizeof( MemoryObject );

第三、将用户自定义数据内存地址传给 内存对象结构体中的 data指针，然后将引用计数变量的值设置为1:

3 o->data        = ptr;4 o->retainCount = 1;

最后，返回ptr指针，这样使用者就不需要知道我们内存对象结构体的内部结构了。

5 return ptr;

下面是完整的函数：

 1 void * Alloc( size_t size ) 2 { 3     MemoryObject * o; 4     char         * ptr; 5     o              = ( MemoryObject * )calloc( sizeof( MemoryObject ) + size, 1 ); 6     ptr            = ( char * )o; 7     ptr           += sizeof( MemoryObject ); 8     o->retainCount = 1; 9     o->data        = ptr;10     return ( void * )ptr;11 }

这样，我们成功的返回了用户指定的内存大小，隐藏了定义在用户数据前面的结构体。

要找回我们的数据（译者：应该是自定的结构体），只需要很简单的减去 MemoryObject 结构体 的大小即可：

拿Retain 函数举例：

1 void Retain( void * ptr )2 {3     MemoryObject * o;4     char         * cptr;5     cptr  = ( char * )ptr;6     cptr -= sizeof( MemoryObject );7     o     = ( MemoryObject * )cptr;   8     o->retainCount++:9 } 

在这里通过用户指针减去 MemoryObject 结构体的大小获得了，指向咱们之前自定义的结构体的地址，然后访问其中的 retainCount 变量，来增加引用计数。

Release 方法也是一样：

 1 void Release( void * ptr ) 2 { 3     MemoryObject * o; 4     char         * cptr; 5     cptr  = ( char * )ptr; 6     cptr -= sizeof( MemoryObject ); 7     o     = ( MemoryObject * )cptr; 8     o->retainCount--: 9     if( o->retainCount == 0 )10     {11         free( o );12     }13 }

当引用计数为0时，释放掉对象。

到此为止，我们已经拥有了一个 基于c语言的引用计数内存管理机制。

所要做的就是 使用 Alloc 创建对象，在需要的时候 Retain，在不需要的时候 Release.

某些情况下 对象已经被其他函数引用（retain），但这时你已经不必在意该对象是否会被正确释放，因为你已经不再拥有它了（It may have been retained by another function, but then you don't have to care if it will be freed or not, as you don't own the object anymore）。