iPhone/Mac Objective-C内存管理教程和原理剖析
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此文版權歸作者Vince Yuan (vince.yuan#gmail.com)所有。歡迎非營利性轉載，轉載時必須包含原始鏈接http://vinceyuan.cnblogs.com/，且必須包含此版權聲明的完整內容。
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版本?1.1??發表于2010-03-08
前言
初學objectice-C的朋友都有一個困惑，總覺得對objective-C的內存管理機制琢磨不透，程序經常內存泄漏或莫名其妙的崩潰。我在這里總結了自己對objective-C內存管理機制的研究成果和經驗，寫了這么一個由淺入深的教程。希望對大家有所幫助，也歡迎大家一起探討。
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此文涉及的內存管理是針對于繼承于NSObject的Class。
一?基本原理
Objective-C的內存管理機制與.Net/Java那種全自動的垃圾回收機制是不同的，它本質上還是C語言中的手動管理方式，只不過稍微加了一些自動方法。
1???????????Objective-C的對象生成于堆之上，生成之后，需要一個指針來指向它。
ClassA *obj1 = [[ClassA alloc] init];
2???????????Objective-C的對象在使用完成之后不會自動銷毀，需要執行dealloc來釋放空間（銷毀），否則內存泄露。
[obj1 dealloc];
?????????這帶來了一個問題。下面代碼中obj2是否需要調用dealloc？
ClassA *obj1 = [[ClassA alloc] init];
ClassA *obj2 = obj1;
[obj1 hello]; //輸出hello
[obj1 dealloc];
[obj2 hello]; //能夠執行這一行和下一行嗎？
[obj2 dealloc];
?????????不能，因為obj1和obj2只是指針，它們指向同一個對象，[obj1 dealloc]已經銷毀這個對象了，不能再調用[obj2 hello]和[obj2 dealloc]。obj2實際上是個無效指針。
?????????如何避免無效指針？請看下一條。
3???????????Objective-C采用了引用計數(ref count或者retain count)。對象的內部保存一個數字，表示被引用的次數。例如，某個對象被兩個指針所指向（引用）那么它的retain count為2。需要銷毀對象的時候，不直接調用dealloc，而是調用release。release會讓retain count減1，只有retain count等于0，系統才會調用dealloc真正銷毀這個對象。
ClassA *obj1 = [[ClassA alloc] init]; //對象生成時，retain count = 1
[obj1 release]; //release使retain count減1，retain count = 0，dealloc自動被調用,對象被銷毀
我們回頭看看剛剛那個無效指針的問題，把dealloc改成release解決了嗎？
ClassA *obj1 = [[ClassA alloc] init]; //retain count = 1
ClassA *obj2 = obj1; //retain count = 1
[obj1 hello]; //輸出hello
[obj1 release]; //retain count = 0，對象被銷毀
[obj2 hello];
[obj2 release];
???????? [obj1 release]之后，obj2依然是個無效指針。問題依然沒有解決。解決方法見下一條。
4???????????Objective-C指針賦值時，retain count不會自動增加，需要手動retain。
ClassA *obj1 = [[ClassA alloc] init]; //retain count = 1
ClassA *obj2 = obj1; //retain count = 1
[obj2 retain]; //retain count = 2
[obj1 hello]; //輸出hello
[obj1 release]; //retain count = 2 – 1 = 1
[obj2 hello]; //輸出hello
[obj2 release]; //retain count = 0，對象被銷毀
問題解決！注意，如果沒有調用[obj2 release]，這個對象的retain count始終為1，不會被銷毀，內存泄露。(1-4可以參考附件中的示例程序memman-no-pool.m)
這樣的確不會內存泄露，但似乎有點麻煩，有沒有簡單點的方法？見下一條。
5???????????Objective-C中引入了autorelease pool（自動釋放對象池），在遵守一些規則的情況下，可以自動釋放對象。（autorelease pool依然不是.Net/Java那種全自動的垃圾回收機制）
5.1??????????新生成的對象，只要調用autorelease就行了，無需再調用release！
ClassA *obj1 = [[[ClassA alloc] init] autorelease]; //retain count = 1?但無需調用release
5.2??????????對于存在指針賦值的情況，代碼與前面類似。
ClassA *obj1 = [[[ClassA alloc] init] autorelease]; //retain count = 1
ClassA *obj2 = obj1; //retain count = 1
[obj2 retain]; //retain count = 2
[obj1 hello]; //輸出hello
//對于obj1，無需調用（實際上不能調用）release
[obj2 hello]; //輸出hello
[obj2 release]; //retain count = 2-1 = 1
細心的讀者肯定能發現這個對象沒有被銷毀，何時銷毀呢？誰去銷毀它？（可以參考附件中的示例程序memman-with-pool.m）請看下一條。
6???????????autorelease pool原理剖析。（其實很簡單的，一定要堅持看下去，否則還是不能理解Objective-C的內存管理機制。）
6.1??????????autorelease pool不是天生的，需要手動創立。只不過在新建一個iphone項目時，xcode會自動幫你寫好。autorelease pool的真名是NSAutoreleasePool。
NSAutoreleasePool *pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];
6.2??????????NSAutoreleasePool內部包含一個數組（NSMutableArray），用來保存聲明為autorelease的所有對象。如果一個對象聲明為autorelease，系統所做的工作就是把這個對象加入到這個數組中去。
ClassA *obj1 = [[[ClassA alloc] init] autorelease]; //retain count = 1，把此對象加入autorelease pool中
6.3??????????NSAutoreleasePool自身在銷毀的時候，會遍歷一遍這個數組，release數組中的每個成員。如果此時數組中成員的retain count為1，那么release之后，retain count為0，對象正式被銷毀。如果此時數組中成員的retain count大于1，那么release之后，retain count大于0，此對象依然沒有被銷毀，內存泄露。
6.4??????????默認只有一個autorelease pool，通常類似于下面這個例子。
int main (int argc, const char *argv[])
{
NSAutoreleasePool *pool;
pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];
// do something
[pool release];
return (0);
} // main
所有標記為autorelease的對象都只有在這個pool銷毀時才被銷毀。如果你有大量的對象標記為autorelease，這顯然不能很好的利用內存，在iphone這種內存受限的程序中是很容易造成內存不足的。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"];//產生的對象是autorelease的。
}
[pool release];
return (0);
} // main
（可以參考附件中的示例程序memman-many-objs-one-pool.m，運行時通過監控工具可以發現使用的內存在急劇增加，直到pool銷毀時才被釋放）你需要考慮下一條。
7???????????Objective-C程序中可以嵌套創建多個autorelease pool。在需要大量創建局部變量的時候，可以創建內嵌的autorelease pool來及時釋放內存。（感謝網友hhyytt和neogui的提醒，某些情況下，系統會自動創建autorelease pool,?請參見第四章）
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"];//產生的對象是autorelease的。
?[loopPool release];
}
[pool release];
return (0);
} // main
（可以參考附件中的示例程序memman-many-objs-many-pools.m，占用內存的變化極小）
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版本?1.1?發表于2010-03-08
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二?口訣與范式
1???????????口訣。
1.1??????????誰創建，誰釋放（類似于“誰污染，誰治理”）。如果你通過alloc、new或copy來創建一個對象，那么你必須調用release或autorelease。換句話說，不是你創建的，就不用你去釋放。
例如，你在一個函數中alloc生成了一個對象，且這個對象只在這個函數中被使用，那么你必須在這個函數中調用release或autorelease。如果你在一個class的某個方法中alloc一個成員對象，且沒有調用autorelease，那么你需要在這個類的dealloc方法中調用release；如果調用了autorelease，那么在dealloc方法中什么都不需要做。
1.2??????????除了alloc、new或copy之外的方法創建的對象都被聲明了autorelease。
1.3??????????誰retain，誰release。只要你調用了retain，無論這個對象是如何生成的，你都要調用release。有時候你的代碼中明明沒有retain，可是系統會在默認實現中加入retain。不知道為什么蘋果公司的文檔沒有強調這個非常重要的一點，請參考范式2.7和第三章。
2???????????范式。
范式就是模板，就是依葫蘆畫瓢。由于不同人有不同的理解和習慣，我總結的范式不一定適合所有人，但我能保證照著這樣做不會出問題。
2.1??????????創建一個對象。
ClassA *obj1 = [[ClassA alloc] init];
2.2??????????創建一個autorelease的對象。
ClassA *obj1 = [[[ClassA alloc] init] autorelease];
2.3??????????Release一個對象后，立即把指針清空。（順便說一句，release一個空指針是合法的，但不會發生任何事情）
[obj1 release];
obj1 = nil;
2.4??????????指針賦值給另一個指針。
ClassA *obj2 = obj1;
[obj2 retain];
//do something
[obj2 release];
obj2 = nil;
2.5??????????在一個函數中創建并返回對象，需要把這個對象設置為autorelease
ClassA *Func1()
{
??ClassA *obj = [[[ClassA alloc]init]autorelease];
??return obj;
}
2.6??????????在子類的dealloc方法中調用基類的dealloc方法
-(void) dealloc
{
?????????…
?????????[super dealloc];
}
2.7??????????在一個class中創建和使用property。
2.7.1?????聲明一個成員變量。
ClassB *objB;
2.7.2?????聲明property，加上retain參數。
@property (retain) ClassB* objB;
2.7.3?????定義property。（property的默認實現請看第三章）
@synthesize objB;
2.7.4?????除了dealloc方法以外，始終用.操作符的方式來調用property。
self.objB?或者objA.objB
2.7.5?????在dealloc方法中release這個成員變量。
[objB release];
示例代碼如下（詳細代碼請參考附件中的memman-property.m，你需要特別留意對象是在何時被銷毀的。）：
@interface ClassA : NSObject
{
?????????ClassB* objB;
}
?
@property (retain) ClassB* objB;
@end
?
@implementation ClassA
@synthesize objB;
-(void) dealloc
{
?????????[objB release];
?????????[super dealloc];
}
@end
2.7.6?????給這個property賦值時，有手動release和autorelease兩種方式。
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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三?@property (retain)和@synthesize的默認實現
在這里解釋一下@property (retain) ClassB* objB;和@synthesize objB;背后到底發生了什么(retain property的默認實現)。property實際上是getter和setter，針對有retain參數的property，背后的實現如下（請參考附件中的memman-getter-setter.m，你會發現，結果和memman-property.m一樣）：
@interface ClassA : NSObject
{
?????????ClassB *objB;
}
?
-(ClassB *) getObjB;
-(void) setObjB:(ClassB *) value;
@end
?
@implementation ClassA
-(ClassB*) getObjB
{
?????????return objB;
}
?
-(void) setObjB:(ClassB*) value
{
?????????if (objB != value)
?????????{
???????????????????[objB release];
???????????????????objB = [value retain];
?????????}
}
在setObjB中，如果新設定的值和原值不同的話，必須要把原值對象release一次，這樣才能保證retain count是正確的。
由于我們在class內部retain了一次（雖然是默認實現的），所以我們要在dealloc方法中release這個成員變量。
-(void) dealloc
{
?????????[objB release];
?????????[super dealloc];
}
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四?系統自動創建新的autorelease pool
在生成新的Run Loop的時候，系統會自動創建新的autorelease pool（非常感謝網友hhyytt和neogui的提醒）。注意，此處不同于xcode在新建項目時自動生成的代碼中加入的autorelease pool，xcode生成的代碼可以被刪除，但系統自動創建的新的autorelease pool是無法刪除的（對于無Garbage Collection的環境來說）。Objective-C沒有給出實現代碼，官方文檔也沒有說明，但我們可以通過小程序來證明。
在這個小程序中，我們先生成了一個autorelease pool，然后生成一個autorelease的ClassA的實例，再在一個新的run loop中生成一個autorelease的ClassB的對象（注意，我們并沒有手動在新run loop中生成autorelease pool）。精簡的示例代碼如下，詳細代碼請見附件中的memman-run-loop-with-pool.m。
int main(int argc, char**argv)?
{
?????????NSLog(@"create an autorelasePool\n");
?????????NSAutoreleasePool *pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];???
?
?????????NSLog(@"create an 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];
?????????[runLoop addTimer:timer forMode:NSDefaultRunLoopMode];
?????????[timer release];
?????????[now release];
?????????[runLoop run]; //在新loop中調用一函數，生成ClassB的autorelease實例
?
?????????NSLog(@"releasing autorelasePool\n");
?????????[pool release];
?????????NSLog(@"autorelasePool is released\n");
?????????return 0;
}?
輸出如下：
create an autorelasePool
create an instance of ClassA and autorelease
create an instance of ClassB and autorelease
ClassB destroyed
releasing autorelasePool
ClassA destroyed
autorelasePool is released
注意在我們銷毀autorelease pool之前，ClassB的autorelease實例就已經被銷毀了。
有人可能會說，這并不能說明新的run loop自動生成了一個新的autorelease pool，說不定還只是用了老的autorelease pool，只不過后來drain了一次而已。我們可以在main函數中不生成autorelease pool。精簡的示例代碼如下，詳細代碼請見附件中的memman-run-loop-without-pool.m。
int main(int argc, char**argv)?
{
?????????NSLog(@"No autorelasePool created\n");
?
?????????NSLog(@"create an 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];
?????????[runLoop addTimer:timer forMode:NSDefaultRunLoopMode];
?????????[timer release];
?????????[now release];
?????????[runLoop run]; //在新loop中調用一函數，生成ClassB的autorelease實例
?????????NSLog(@"Manually release the instance of ClassA\n");
?????????[obj1 release];
?
?????????return 0;
}?
輸出如下：
No autorelasePool created
create an instance of ClassA
create an instance of ClassB and autorelease
ClassB destroyed
Manually release the instance of ClassA
ClassA destroyed
我們可以看出來，我們并沒有創建任何autorelease pool，可是ClassB的實例依然被自動銷毀了，這說明新的run loop自動創建了一個autorelease pool，這個pool在新的run loop結束的時候會銷毀自己（并自動release所包含的對象）。
?
補充說明
在研究retain count的時候，我不建議用NSString。因為在下面的語句中，
NSString *str1 = @”constant string”;
str1的retain count是個很大的數字。Objective-C對常量字符串做了特殊處理。
當然，如果你這樣創建NSString，得到的retain count依然為1
NSString *str2 = [NSString stringWithFormat:@”123”];
涉及的示例程序代碼（賣個關子，回復可見呦，其實我博客上也有）：轉載于:https://www.cnblogs.com/APTX4869/archive/2011/02/18/1957559.html
總結
以上是生活随笔為你收集整理的iPhone/Mac Objective-C内存管理教程和原理剖析的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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