iPhone/Mac Objective-C内存管理教程和原理剖析

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。

1Objective-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];

2Objective-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,[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。

3Objective-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

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。

4Objective-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 – 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。

5Objective-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)

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]; //retain count = 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]; //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

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。

6autorelease 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。)

6.1autorelease 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];

6.2NSAutoreleasePool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

6.3NSAutoreleasePool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。

6.4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

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

(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。

7Objective-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


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];

2.3Release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;

[obj2 retain];

//do something

[obj2 release];

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];

return obj;

}

2.6在子类的dealloc方法中调用基类的dealloc方法

-(void) dealloc

{

[super dealloc];

}

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)

@synthesize objB;

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。

[objB release];

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

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;

[objB1 release];

[objA release];

}

void funcAutorelease()

{

ClassB *objB1 = [[[ClassB alloc]init] autorelease];

ClassA *objA = [[[ClassA alloc]init] autorelease];

objA.objB = objB1;

}

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