Cocos2d-x开发中Ref内存管理

Ref类是Cocos2d-x根类，Cocos2d-x中的很多类都派生自它，例如，我们熟悉的节点类Node也派生自Ref。我们介绍Ref内存管理。
内存引用计数
Ref类设计来源于Cocos2d-iphone的CCObject类，在Cocos2d-x 2.x中也叫CCObject类。因此Ref类的内存管理是参考Objective-C手动管理引用计数（Reference Count）而设计的。
如图所示是内存引用计数原理示意图。 

每个Ref对象都有一个内部计数器，这个计数器跟踪对象的引用次数，被称为“引用计数”（Reference Count，简称RC）。当对象被创建时候，引用计数为1。为了保证对象的存在，可以调用retain函数保持对象，retain会使其引用计数加1，如果不需要这个对象可以调用release函数，release使其引用计数减1。当对象的引用计数为0的时候，引擎就知道不再需要这个对象了，就会释放对象内存。
引用计数实例如图所示，我们在ObjA中使用new等操作创建了一个Ref对象，这时候这个对象引用计数为1。然后在OjbB中使用retain函数保持Ref对象，这时引用计数为2。再然后ObjA中调用release函数，这时引用计数为1。在ObjB中调用release函数，这时引用计数为0。这个时候Ref对象就会由引擎释放。

在Ref类中相关函数有：retain()、release()、autorelease()和getReferenceCount()。其中autorelease()函数与release()函数类似，它会延后使引用计数减1，autorelease()我们稍后再介绍。getReferenceCount()函数返回当前的引用计数。


自动释放池
我们先看看下面的代码片段。

XmlParser * XmlParser::createWithFile(const char *fileName)
{
    XmlParser *pRet = new XmlParser();
    //  ①
    return pRet;
}

上述代码XmlParser::createWithFile(const char *fileName)函数能够创建XmlParser对象指针并返回给调用者。根据我们前面介绍的C++使用new规则，在XmlParser::createWithFile函数中还应该释放对象的语句，如果没有，那么每次调用者调用XmlParser::createWithFile函数都会创建一个新对象，老的对象没有释放，就会造成内存泄漏。但是如果我们在第①行代码，添加释放语句pRet->release()，那么问题可能会更严重，返回的对象可能已经被释放，返回的可能是一个野指针。
自动释放池（AutoReleasePool）正是为此而设计，自动释放池也是来源于Objective-C，Cocos2d-x中维护AutoreleasePool对象，它能够管理即将释放的对象池。我们在第①可以使用pRet->autorelease()语句，autorelease()函数将对象放到自动释放池，但对象的引用计数并不马上减1，而是要等到一个消息循环结束后减1，如果引用计数为0（即，没有被其它类或Ref对象retain），则释放对象，在此之前对象并不会释放。
消息循环是游戏循环一个工作职责，消息循环说到底还是游戏循环，消息循环是接收事件，并处理事件。自动释放池的生命周期也是由消息循环管理的。如图所示，图中“圈圈”是消息循环周期，它的一个工作职责是维护自动释放池创建和销毁。每次为了处理新的事件，Cocos2d-x引擎都会创建一个新的自动释放池，事件处理完成后，就会销毁这个池，池中对象的引用计数会减1，如果这个引用计数会减0，也就是没有被其它类或Ref对象retain，则释放对象，否则这个对象不会释放，在这次销毁池过程中“幸存”下来，它被转移到下一个池中继续生存。

下面我们看一个实例，下面代码是13.2.2一节的实例HelloWorldScene.cpp代码：

bool HelloWorld::init()
{
    if ( !Layer::init() )
    {
        return false;
    }


    Size visibleSize = Director::getInstance()->getVisibleSize();
    Vec2 origin = Director::getInstance()->getVisibleOrigin();


    auto goItem = MenuItemImage::create(
        "go-down.png",
        "go-up.png",
        CC_CALLBACK_1(HelloWorld::menuCloseCallback, this));


    goItem->setPosition(Vec2(origin.x + visibleSize.width - goItem->getContentSize().width/2 ,
        origin.y + goItem->getContentSize().height/2));


    auto menu = Menu::create(goItem, NULL);                                 ①
    menu->setPosition(Vec2::ZERO);
    this->addChild(menu, 1);                                             ②


    this->list  = __Array::createWithCapacity(MAX_COUNT);
    this->list->retain();                                                 ③


    for(int i = 0;i < MAX_COUNT; ++i){
        Sprite* sprite = Sprite::create("Ball.png");
        this->list->addObject(sprite);                                            ④
    }


    return true;
}




void HelloWorld::menuCloseCallback(Ref* pSender)
{
    Ref* obj = NULL;
    log("list->count() = %d",this->list->count());                                 ⑤
    Size visibleSize = Director::getInstance()->getVisibleSize();


    CCARRAY_FOREACH(this->list, obj) {

        Sprite* sprite = (Sprite*)obj;                                          ⑥


        int x = CCRANDOM_0_1() * visibleSize.width;
        int y = CCRANDOM_0_1() * visibleSize.height;


        sprite->setPosition( Vec2(x, y) );
        this->removeChild(sprite);
        this->addChild(sprite);
    }


}


HelloWorld::~HelloWorld()
{
    this->list->removeAllObjects();
    CC_SAFE_RELEASE_NULL(this->list);                                        ⑦
}

在上述代码中我们需要关注两个对象（Menu和__Array）创建。第①行auto menu = Menu::create(goItem, NULL)通过create静态工厂创建对象，关于静态工厂的创建原理我们会在下一节介绍。如果我们不采用第②行的this->addChild(menu, 1)语句将menu 对象放入到当前层（HelloWorld）的子节点列表中，那么这个menu对象就会在当前消息循环结束的时候被释放。调用this->addChild(menu, 1)语句会将它的生命周期持续到HelloWorld层释放的时候，而不会在当前消息循环结束释放。
菜单、层等节点对象可以调用addChild函数，使得其生命延续。而且__Array和__Dictionary等Ref对象没有调用addChild函数保持，我们需要显式地调用retain函数保持它们，以便延续其生命。如代码第③行this->list->retain()，list就是一个__Array指针类型的成员变量，如果没有第③行语句，那么在第⑤行代码this->list->count()程序就会出错，因为这个时候list对象已经释放了。采用了retain保持的成员变量，一定要release（或autorelease），retain和release（或autorelease）一定是成对出现的。我们可以在析构函数~HelloWorld()中调用release释放，而第⑦行代码CC_SAFE_RELEASE_NULL(this->list)就是实现这个目的，其中CC_SAFE_RELEASE_NULL宏作用如下：
list->release();
list = nullptr;
可见CC_SAFE_RELEASE_NULL宏不仅仅释放对象，还将它的指针设置为nullprt[]，也样可以防止野指针。
上述代码还有一个非常重要的关于内存的问题，我们在HelloWorld::init()函数中创建了很多Sprite对象，通过第④行代码this->list->addObject(sprite)将它们放到list容器对象中，它们没有调用addChild函数也没有显式retain函数，然而在当前消息循环结束后它们还是“存活”的，所以在第⑥行Sprite* sprite = (Sprite*)obj中，取出的对象是有效的。这个原因__Array和__Dictionary等容器对象的add相关函数可以使添加对象引用计数加1，相反的remove相关函数可以使添加对象引用计数减1。


Ref内存管理规则
下面我们给出使用Ref对象时候，内存管理一些基本规则：


1、在使用Node节点对象时候，addChild函数可以保持Node节点对象，使引用计数加1。通过removeChild函数移除Node节点对象，使引用计数减1。它们都是隐式调用的，我们不需要关心它们的内存管理。这也正是为什么在前面的章节中我们无数次地使用了Node节点对象，而从来都没有担心过它们内存问题。


2、如果是__Array和__Dictionary等容器对象，可以通过它们add相关函数添加元素会使引用计数加1，相反的remove相关函数删除元素会使引用计数减1。但是前提是__Array和__Dictionary等容器对象本身不没有被释放。


3、如果不属于上面提到的Ref对象，需要保持引用计数，可以显式调用retain函数使引用计数加1，然后显式调用release（或autorelease）函数使引用计数减1。


4、每个 retain函数一定要对应一个 release函数或一个 autorelease函数。


5、release函数使得对象的引用计数马上减1，这是所谓的“斩立决”，但是是否真的释放掉内存要看它的引用计数是否为0。autorelease函数只是在对象上做一个标记，等到消息循环结束的时候再减1，这是所谓的“秋后问斩”，在“秋天”没有到来之前，它的内存一定没有释放，可以安全使用，但是“问斩”之后，是否真的释放掉内存要看它的引用计数是否为0。因此无论是那一种方法，引用计数是为0才是释放对象内存的条件。下面的代码是Ref类的release函数，通过这段代码可以帮助我们理解引用计数。

void Ref::release()
{
    CCASSERT(_referenceCount > 0, "reference count should greater than 0");
    --_referenceCount;

    if (_referenceCount == 0)
    {
#if defined(COCOS2D_DEBUG) && (COCOS2D_DEBUG > 0)
        auto poolManager = PoolManager::getInstance();
        if (!poolManager->getCurrentPool()->isClearing() && poolManager->isObjectInPools(this))
        {
            // Trigger an assert if the reference count is 0 but the Ref is still in autorelease pool.
            // This happens when 'autorelease/release' were not used in pairs with 'new/retain'.
            //
            // Wrong usage (1):
            //
            // auto obj = Node::create();   // Ref = 1, but it's an autorelease Ref which means it was in the autorelease pool.
            // obj->autorelease();   // Wrong: If you wish to invoke autorelease several times, you should retain `obj` first.
            //
            // Wrong usage (2):
            //
            // auto obj = Node::create();
            // obj->release();   // Wrong: obj is an autorelease Ref, it will be released when clearing current pool.
            //
            // Correct usage (1):
            //
            // auto obj = Node::create();
            //                     |-   new Node();     // `new` is the pair of the `autorelease` of next line
            //                     |-   autorelease();  // The pair of `new Node`.
            //
            // obj->retain();
            // obj->autorelease();  // This `autorelease` is the pair of `retain` of previous line.
            //
            // Correct usage (2):
            //
            // auto obj = Node::create();
            // obj->retain();
            // obj->release();   // This `release` is the pair of `retain` of previous line.
            CCASSERT(false, "The reference shouldn't be 0 because it is still in autorelease pool.");
        }
#endif
        delete this;
    }
}

6、一个对象调用autorelease函数，它就会将对象放到自动释放池里，它生命周期自动释放池生命周期息息相关，池在消息循环结束的时候会释放，池会调用池内对象release函数，使得它们的引用计数减1。下面的代码是AutoreleasePool类的清除函数clear()，通过这段代码可以帮助我们理解自动释放池机制。

void AutoreleasePool::clear()
{
#if defined(COCOS2D_DEBUG) && (COCOS2D_DEBUG > 0)
    _isClearing = true;
#endif
    for (const auto &obj : _managedObjectArray)
    {
        obj->release();
    }
    _managedObjectArray.clear();
#if defined(COCOS2D_DEBUG) && (COCOS2D_DEBUG > 0)
    _isClearing = false;
#endif
}

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