• iPhone开发之深入浅出 (7) — ARC总结

    原文链接：http://www.yifeiyang.net/development-of-the-iphone-simply-7/

    通过前面几篇文章的介绍，我想大家应该对ARC有了一个比较完整的理解。最后，我们来对ARC做一个总结，并把一些未涉及到的细节部分再深入讨论一下。

    内存管理基本原则

    内存管理的依循下面的基本原则
    • 自己生成的对象，那么既是其持有者
    • 不是自己生成的对象，也可成为其持有者（一个对象可以被多个人持有）
    • 如果不想持有对象的时候，必须释放其所有权
    • 不能释放已不再持有所有权的对象不管ARC有没有效，该原则始终存在。

    所有权关键字

    从代码上看，有ARC的代码和没有ARC的代码区别就在下面的几个关键字。

    类似 NSObject* 的对象类型，或者 id 类型1，当ARC有效的时候，根据具体情况，这些关键字必须要使用2。

    • __strong
    • __weak
    • __unsafe_unretained
    • __autoreleasing__strong是默认的修饰符。__weak修饰了一个自动nil的weak引用。__unsafe_unretained声明了一个不会自动nil的weak引用。当变量被释放，那么它就变成了一个野指针了。__autoreleasing 用来修饰一个声明为 (id *) 的函数的参数，当函数返回值时被释放。

    接下来，我们结合下面ARC的使用准则，来看看一些使用ARC后的技术细节。

    ARC使用准则

    为了比秒程序秒退的尴尬，ARC有效时，我们的代码必须遵循下面的准则。

    • 不能使用 retain/release/retainCount/autorelease
    • 不能使用 NSAllocateObject/NSDeallocateObject
    • 不能使用 NSZone
    • 不能明示调用dealloc
    • 内存管理相关的函数必须遵循命名规则
    • 使用@autoreleasepool代替NSAutoreleasePool
    • Objective-C 对象不能作为C语言结构体（struct/union）的成员
    • 【id】与【void*】之间需要明示cast

    建议使用Objective-C的class来管理数据格式，来代替C语言的struct。不能隐式转换 id 和 void *。

    让我们一个一个来分析

    不能使用 retain/release/retainCount/autorelease

    内存管理完全交给编译器去做，所以之前内存相关的函数(retain/release/retainCount/autorelease)不能出现在程序中。Apple的ARC文档中也有下面的说明。

    ARC 有效后，不需要再次使用retain 和 release

    如果我们在程序中使用这些函数，经得到类似下面的编译错误信息。

    1.     error: ARC forbids explicit message send of ’release’
    2.          [o release];
    3.           ^ ~~~~~~~

    不能使用 NSAllocateObject/NSDeallocateObject

    生成并持有一个Objective-C对象的时候，往往像下面一样使用NSObject的alloc接口函数。

    1.     id obj = [NSObject alloc];

    实际上，如果我们看了GNUstep 中关于 alloc 的代码就会明白，实际他是使用 NSAllocateObject 来生成并持有对象实例的。换言之，ARC有效的时候，NSAllocateObject函数的调用也是禁止的。如果使用，也会遇到下面的编译错误。

    1.     error: ’NSAllocateObject’ is unavailable:
    2.         not available in automatic reference counting mode

    同样，对象释放时使用的 NSDeallocateObject 函数也不能使用。

    不能使用 NSZone

    NSZone 是什么？NSZone 是为了防止内存碎片而导入的一项措施。Zone 是内存管理的基本单元，系统中管理复数的Zone。系统根据对象的使用目的，尺寸，分配其所属的Zone区域。以提高对象的访问效率，避免不必要的内存碎片。但是，现在的运行时系统（用编译开关 __OBJC2__ 指定的情况下）是不支持Zone概念的。所以，不管ARC是否有效，都不能使用 NSZone。

    不能明示调用dealloc

    不管是否使用ARC，当对象被释放的时候，对象的dealloc函数被调用（就像是C++中对象的析构函数）。在该函数中，需要做一些内存释放的动作。比如，当对象中使用了malloc分配的C语言内存空间，那么dealloc中就需要像下面一样处理内存的释放。

    1. - (void) dealloc
    2. {
    3.     free(buffer_);
    4. }

    又或者是注册的delegate对象，观察者对象需要被删除的时候，也是在dealloc函数中动作。

    1. - (void) dealloc
    2. {
    3.     [[NSNotificationCenter defaultCenter] removeObserver:self];
    4. }

    如果在ARC无效的时候，我们还要像下面一样，调用父类对象的dealloc函数。

    1. - (void) dealloc
    2. {
    3.     [super dealloc];
    4. }

    但是当ARC有效的时候，[super dealloc];的调用已经被编译器自动执行，已经不需要我们明示调用了。如果你在代码中还这样写，难免遇到下面的错误。

    1.     error: ARC forbids explicit message send of ’dealloc’
    2.          [super dealloc];
    3.           ^ ~~~~~~~

    内存管理相关的函数必须遵循命名规则

    在iPhone开发之深入浅出 (3) — ARC之前世今生中，我们知道如果是 alloc/new/copy/mutableCopy/init 开头的函数，需要将对象所有权返回给调用端。这条规则不管ARC是否有效都应该被遵守。只是 init 开头的函数比较特殊，他只在ARC下有要求，而且异常苛刻。

    init 开始的函数只能返回id型，或者是该函数所属的类/父类的对象类型。基本上来说，init函数是针对alloc函数的返回值，做一些初始化处理，然后再将该对象返回。比如：

    1.     id obj = [[NSObject alloc] init];

    再比如下面定义的函数就是不对的：

    1.     - (void) initThisObject;

    需要是下面这样：

    1.     - (id) initWithObject:(id)obj;

    另外，下面名为 initialize 的函数比较特殊，编译器将把它过滤掉，不按上面的规则处理。

    使用@autoreleasepool代替NSAutoreleasePool

    在ARC之下，已经不能在代码中使用 NSAutoreleasePool，我们之前写 main.m 文件的时候，往往像下面这样写。

    1.     int main(int argc, char *argv[]) {
    2.     NSAutoreleasePool * pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];
    3.     int retVal = UIApplicationMain(argc, argv, nil, nil);
    4.     [pool release];
    5.     return retVal;
    6. }

    而当ARC有效后，我们需要用@autoreleasepool代替NSAutoreleasePool。

    1. int main(int argc, char *argv[])
    2. {
    3.     @autoreleasepool {
    4.         return UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([AppDelegate class]));
    5.     }
    6. }

    当编译器看到 @autoreleasepool 定义的块后会自动生成 NSAutoreleasePool 对象，并将需要的对象放入 AutoReleasePool 中，当出方块的定义范围时，pool 中的对象将被释放。

    Objective-C 对象不能作为C语言结构体（struct/union）的成员

    当我们设置ARC有效，并在C语言的结构体中定义Objective-C的对象时，将出现类似下面的编译错误。

    1. struct Data {
    2.     NSMutableArray *array;
    3. };
    1.     error: ARC forbids Objective-C objs in structs or unions
    2.          NSMutableArray *array;
    3.                          ^

    由于 ARC 是将内存管理的细节委托给编译器来做，所以说编译器必须要管理对象的生命周期。而LLVM 3.0中不存在对单纯C语言构造体成员的内存管理方法。如果单纯是栈对象，利用进出栈原理，可以简单地维护对象的生命周期；而结构体是不行的，简单地理解，结构体没有析构函数，编译器自身不能自动释放其内部的 Objective-C 对象。

    当我们必须在C语言的结构体中放入 Objective-C 对象的时候，可以使用 void* 转型，或者使用 __unsafe_unretained 关键字。比如下面：

    1. struct Data {
    2.     NSMutableArray __unsafe_unretained *array;
    3. };

    这样一来，该内存信息不在编译器内存管理对象内，仅仅是使用而已，没有对象的持有权。当然，对象所有权的持有者需要明确的管理他与该结构体的交互，不要引起不必要的错误3。

    【id】与【void*】之间需要明示cast

    ARC 有效的时候，由于编译器帮我们做了内存管理的工作，所以我们不需要太担心。但是当与 ARC 管理以外的对象类型交互的时候，就需要特殊的转型关键字，来决定所有权的归属问题。

    主要的转型关键字是:

    关键字 解释
    __bridge 单纯的类型转换，没有进行所有权的转移
    __bridge_retained 类型转换是伴随所有权传递，转换前后变量都持有对象的所有权
    __bridge_transfer 类型转换伴随所有权转移，被转换变量将失去对象的所有权

    当我们在 Core Foundation 对象类型与 Objective-C 对象类型之间切换的时候，需要把握下面的因素：

    • 明确被转换类型是否是 ARC 管理的对象
      • Core Foundation 对象类型不在 ARC 管理范畴内
      • Cocoa Framework::Foundation 对象类型（即一般使用到的Objectie-C对象类型）在 ARC 的管理范畴内
    • 如果不在 ARC 管理范畴内的对象，那么要清楚 release 的责任应该是谁
    • 各种对象的生命周期是怎样的

    题外话

    Xcode 4.3带来的变化

    最近随着 iOS 5.1 的推出，Xcode也推出了4.3版本。在该版本下，ARC 有效时的属性(@property) 定义的时候，如果不明确指定所有权关键字，那么缺省的就是 strong。而在 Xcode4.2 中，即使 strong 也要显示指定。

    在 Xcode4.2 的时候，针对下面的代码，

    1. // ARC 无效
    2. @property (nonatomic, retain) NSString *string;
    3.  
    4. // --->
    5.  
    6. // ARC 有效
    7. @property (nonatomic, strong) NSString *string;

    而在 Xcode 4.3 中，我们可以这么做，

    1. // ARC 无效
    2. @property (nonatomic, retain) NSString *string;
    3.  
    4. // --->
    5.  
    6. // ARC 有效
    7. @property (nonatomic) NSString *string;

    ARC 代码自动变换

    另外，Xcode 4.2开始，增加了旧代码向 ARC 代码自动转换的功能。有兴趣的朋友可以试试。位置是：

    Edit->Refactor->Convert to Objective-C ARC…

    为什么iOS中没有GC

    我们已经知道ARC并不是GC（垃圾回收）了，那么，为什么iOS中不支持该机能呢？还特意搞出个ARC来。以下是我的分析：

    • 消耗CPU时间的处理尽量避免，以节约电池电量
    • GC执行的后，会停掉运行时库；这是最大的心结
    • 嵌入式设备本身内存就不是很大，如果GC不停的在后台运行，执行的频率会很高，严重影响性能
      • UI动画处理是iOS的一大卖点，而有了GC后可能会引起不必要的性能损失

    1. 关于Objective-C对象的解释，可以参考iPhone开发入门（7）— 从C/C++语言到Objective-C语言。

    2. 当然，如果你不写，编译器会用缺省的值代替。具体见iPhone开发之深入浅出 (3) — ARC之前世今生中的描述。

    3. 关于这一点，可以参考iPhone开发之深入浅出 (1) — ARC是什么 一文，明白为什么 __unsafe_unretained 是危险的。
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