iPhone/Mac ObjectiveC内存管理教程和原理剖析

前言

初学objectice-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。

ClassA *obj1 = [[ClassA alloc] init];

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。

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。

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。

4           Objective-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。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！

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？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。）

6.1          autorelease 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];

6.2          NSAutoreleasePool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

6.3          NSAutoreleasePool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的对象都只有在程序退出时（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

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。

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];

2.3          Release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

@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;
}

三 @property (retain)和@synthesize的默认实现

这里解释一下@property (retain) ClassB* objB;和@synthesize objB;背后到底发生了什么(retain property的默认实现)。property实际上是getter和setter，针对有retain参数的property，背后的实现如下：

@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 新设定的值和原值不同的话，必须要把原值对象release一次，这样才能保证retain count是 正确的。

由于我们在class内部retain了一次（虽然 是默认实现的），所以我们要在dealloc方法中release这个成员变 量。

-(void) dealloc
{
         [objB release];
         [super dealloc];
}

补充说明

在研究retain count的 时候，我不建议用NSString。因为在下面的语句中，

NSString *str1 = @”constant string”;

str1的retain count是个很大的数字。

Objective-C对 常量字符串做了特殊处理。

当然，如果你这样创建NSString，得到的retain count依然为1

NSString *str2 = [NSString stringWithFormat:@”123”];