Objective-C内存管理教程和原理剖析(一)基本原理

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初学Objective-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。

  1. 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。 

  1. [obj1 dealloc]; 

这带来了一个问题。下面代码中obj2是否需要调用dealloc?

  1. ClassA *obj1 = [[ClassA alloc] init]; 
  2. ClassA *obj2 = obj1; 
  3. [obj1 hello]; //输出hello 
  4. [obj1 dealloc]; 
  5. [obj2 hello]; //能够执行这一行和下一行吗? 
  6. [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。

 3.Objective-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。

  1. ClassA *obj1 = [[ClassA alloc] init]; //对象生成时,retain count = 1 
  2. [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?

  1. ClassA *obj1 = [[ClassA alloc] init]; //retain count = 1 
  2. ClassA *obj2 = obj1; //retain count = 1 
  3. [obj1 hello]; //输出hello 
  4. [obj1 release]; //retain count = 0,对象被销毁 
  5. [obj2 hello]; 
  6. [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,retain count不会自动增加,需要手动retain。

  1. ClassA *obj1 = [[ClassA alloc] init]; //retain count = 1 
  2. ClassA *obj2 = obj1; //retain count = 1 
  3. [obj2 retain]; //retain count = 2 
  4. [obj1 hello]; //输出hello 
  5. [obj1 release]; //retain count = 2 – 1 = 1 
  6. [obj2 hello]; //输出hello 
  7. [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。

5.Objective-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!

  1. 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。

  1. ClassA *obj1 = [[[ClassA alloc] init] autorelease]; //retain count = 1   
  2.     ClassA *obj2 = obj1; //retain count = 1   
  3.     [obj2 retain]; //retain count = 2   
  4.     [obj1 hello]; //输出hello   
  5.     //对于obj1,无需调用(实际上不能调用)release   
  6.     [obj2 hello]; //输出hello   
  7.     [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.autorelease 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。

 

  1. 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。

 

  1. int main (int argc, const char *argv[]) 
  2. NSAutoreleasePool *pool; 
  3. pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init]; 
  4. // do something 
  5. [pool release]; 
  6. return (0); 
  7. // 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:

 

  1. int main (int argc, const char *argv[]) 
  2. NSAutoreleasePool *pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init]; 
  3. int i, j; 
  4. for (i = 0; i < 100; i++ ) 
  5.  for (j = 0; j < 100000; j++ ) 
  6.     [NSString stringWithFormat:@"1234567890"];//产生的对象是autorelease的。 
  7. [pool release]; 
  8. return (0); 
  9. // 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)

 

  1. int main (int argc, const char *argv[]) 
  2. NSAutoreleasePool *pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init]; 
  3. int i, j; 
  4. for (i = 0; i < 100; i++ ) 
  5.  NSAutoreleasePool *loopPool = [[NSAutoreleasePool alloc] init]; 
  6.  for (j = 0; j < 100000; j++ ) 
  7.     [NSString stringWithFormat:@"1234567890"];//产生的对象是autorelease的。 
  8.  [loopPool release]; 
  9. [pool release]; 
  10. return (0); 
  11. // 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)

 

示例代码文件链接:http://files.cnblogs.com/VinceYuan/objective-c-memman.zip

 

责任编辑:闫佳明 来源: oschina
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