NSString 的内存问题

NSString 在 OC 的内存管理策略中是一个特殊的存在,因为其在编译和运行中做了一些优化处理,不同于普通对象的存在,看看下面代码打印情况(此代码测试环境为MRC,可以在ARC工程下,设置当前测试代码文件为手动内存管理,找到路径Build Phases---->Compile Sources---->XXX.m,将XXX.m的Compiler Flags设置为"-fno-objc-arc".):

//宏定义
#define XWLog(_var) ({ NSString *name = @#_var; NSLog(@"变量名=%@,类型=%@, 地址=%p,值=%@,引用计数=%d", name, [_var class], _var, _var, (int)[_var retainCount]); })
    //测试代码
    NSString *a = @"string";
    NSString *b = [[NSString alloc]init];
    NSString *c = [[NSString alloc]initWithString:@"string"];
    NSString *d = [[NSString alloc]initWithFormat:@"string"];
    NSString *e = [NSString stringWithFormat:@"string"];
    NSString *f = [NSString stringWithFormat:@"123456789"];
    NSString *g = [NSString stringWithFormat:@"1234567890"];
    XWLog(a); XWLog(b); XWLog(c); XWLog(d); XWLog(e); XWLog(f); XWLog(g);
    //打印结果
    变量名=a,类型=__NSCFConstantString, 地址=0x1015f3120,值=string,引用计数=-1
    变量名=b,类型=__NSCFConstantString, 地址=0x1019808d0,值=,引用计数=-1
    变量名=c,类型=__NSCFConstantString, 地址=0x1015f3120,值=string,引用计数=-1
    变量名=d,类型=NSTaggedPointerString, 地址=0xa00676e697274736,值=string,引用计数=-1
    变量名=e,类型=NSTaggedPointerString, 地址=0xa00676e697274736,值=string,引用计数=-1
    变量名=f,类型=NSTaggedPointerString, 地址=0xa1ea1f72bb30ab19,值=123456789,引用计数=-1
    变量名=g,类型=__NSCFString, 地址=0x60800002b580,值=1234567890,引用计数=1

从打印结果看出,变量 b 到 f 的引用计数为-1,若是无符号格式输出,应该是一个很大的数字,与我们理解的对象初始化后引用计数为 1 所不同,不同的创建方式,字符串的类型不同,引用计数也有区别,创建的字符串有三种类型:

__NSCFConstantString
__NSCFString
NSTaggedPointerString

造成这种情况是由于 OC 对 NSString 的内存优化产生的。

  • __NSCFConstantString
    从字面就可以看出,这是一个常量字符串,该类型的字符串是以字面量创建的,是在编译期创建的,保存在常量区。通过 a 与 c 的打印结果看出,当创建的字符串变量值在常量区存在时,变量会指向那个字符串,这是编译期做的优化,c 指向同一字符串 @"string",地址与a相同。

文字常量区存放常量字符串,程序结束后由系统释放,也就是说指向常量表的指针不受引用计数管理。所以对于NSCFConstantString类型的变量,OC 的内存管理策略对其无效。

  • __NSCFString
    表示这是一个对象类型的字符串,在运行时创建,存储在堆区,服从OC 的对象内存管理策略。该类型的字符串由 Format 创建,无论是实例方法还是类方法且其长度不能太小(内容若包含中文字符,不论长度大小,都是NSCFString),否则创建的是NSTaggedPointerString类型,例如上例的变量 f 与 g。

  • NSTaggedPointerString
    对于64位程序,为了节省内存和提高运行速度,苹果引入了 Tagged Point 技术NSTaggedPointerString是对NSCFString优化后的存在,在运行时创建时对字符串的内容和长度做出判断,若字符串内容是由ASCII字符构成且长度较小(大概十个字符以内),这时候创建的字符串就是NSTaggedPointerString类型,字符串直接存储在指针里,引用计数同样为-1,不适用对象的内存管理策略。

Tagged Pointer指针的值不再是地址了,而是真正的值。所以,实际上它不再是一个对象了,它只是一个披着对象皮的普通变量而已。所以,它的内存并不存储在堆中,OC 对象的内存管理方式对其无效。

现在,我们在看看这道题:

在MRC下,会不会造成内存泄漏?会不会奔溃?
NSString *str = [[NSString alloc] initWithString:@"ABC"];
str = @"123";
[str release];
NSLog(@"%@".str);

一目了然,str指向字符串常量,对象的内存管理方式对其无效,程序结束时,系统才会销毁常量区的值。所以不会造成内存泄漏更不会奔溃。

接下来我们再看看NSArray的平时注意不到的问题:

    NSArray *a1 = @[@"1",@"2"];
    NSArray *a2 = [[NSArray alloc]init];
    NSArray *a3 = [[NSArray alloc]initWithObjects:@"1", nil];
    NSArray *a4 = [[NSArray alloc]initWithArray:@[@"a",@"b"]];
    NSArray *a5 = [NSArray arrayWithObjects:@"m",@"n", nil];
    NSArray *a6 = [[NSArray alloc]init];
    NSArray *a7 = @[];

    XWLog(a1); XWLog(a2); XWLog(a3); XWLog(a4); XWLog(a5); XWLog(a6);XWLog(a7);

打印结果:

变量名=a1,类型=__NSArrayI, 地址=0x608000029400,值=(1,2),引用计数=1
变量名=a2,类型=__NSArray0, 地址=0x618000012490,值=(),引用计数=-1
变量名=a3,类型=__NSSingleObjectArrayI, 地址=0x608000012890,值=(1),引用计数=1
变量名=a4,类型=__NSArrayI, 地址=0x608000029440,值=(a,b),引用计数=1
变量名=a5,类型=__NSArrayI, 地址=0x608000029460,值=(m,n),引用计数=1
变量名=a6,类型=__NSArray0, 地址=0x618000012490,值=(),引用计数=-1
变量名=a7,类型=__NSArray0, 地址=0x618000012490,值=(),引用计数=-1

从结果看出,只有a2 a6 a7这三个的引用计数为-1,其他变量的引用计数为1,显示正常。我们仔细发现,这三个的地址相同,这就是说三个变量指向了同一块内存,说明a2 a6 a7三个创建方式创建的空实例是一个特殊值的存在,其应该存储在常量静态区。我们可以猜测,OC为了优化内存,在常量静态区创建一个空值的特殊存在,应该是静态常量对象,无论什么方式创建的空实例,其都指向静态区这个空值的。

不仅是NSArray,Foundation中如NSString, NSDictionary, NSSet等区分可变和不可变版本的类,空实例都是静态对象(NSString的空实例对象是常量区的@""),对象的内存管理策略对其无效。

参考

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