iOS开发笔记（一）：内存管理

news/2024/7/20 15:31:20 标签: 内存管理, 移动开发, c/c++

这是我的第一篇文章，有什么不对的地方还烦请大家指出啦，总觉得做开发很有必要做笔记，方便记录自己的所得也能与大家探讨，但是之前一直比较懒所以无所作为，那接下来的时间一起好好努力吧各位加油加油。

1.总起

1.1 了解内存管理

了解内存管理的最普通的方式是考虑所有权。如果Manny对Jack曾说过alloc，retain或者copy，则表示Manny已经宣称对Jack的所有权。多个对象可以同时拥有Jack，但每个对象只负责正确地管理自己对Jack的所有权，最终释放Jack是每个Jack所有者的责任，而Jack的非所有者永远不需要释放Jack。只要所有拥有Jack所有权的对象都以这种方式执行，Jack就不会泄漏也不会有任何指向Jack的指针留下来摇晃。

1.2 相关知识点

  • 野指针：指针变量没有进行初始化或指向的空间已经释放。

    • 使用野指针调用对象方法，会报异常，程序崩溃。
    • 通常在调用完release方法后，把保存对象指针的地址清空（不是销毁对象，引用计数为0时才会调用dealloc销毁对象），赋值为nil，但OC中没有空指针异常，所以[nil retain]调用方法不会有异常。

  • 内存泄漏：

    • 在ARC自动引用计数模式下，造成内存泄漏的情况：

      • 如Person *person = [Person new];（对象指针提前赋值nil或者清空，⚠️提前）在栈区中的person已经释放，而堆区new产生的对象还没有释放，就会造成内存泄漏。

    • 在MRC手动引用计数模式下，造成内存泄漏的情况：

      • 没有配对释放，不符合内存管理原则。
      • 对象指针提前赋值nil或者清空，导致release不起作用。

  • 僵尸对象：堆中已经被释放的对象（retainCount=0）。

  • 空指针：指针赋值为空（nil）。

提醒

一个变量的名称，包括实例变量，只是一个指针。当你向该指针发送消息时，你实际上就是通过该指针将消息发送到它指向的对象。内存管理的规则是关于对象的原则，而不是关于名称、引用或指针的规则。你不能递增或递减一个指针的保留计数，因为没有这个东西。指针所占用的内存是自动管理的(而且很小)。内存管理所关注的是指针所指向的对象。

2.MRC

2.1 实现原理

Objective-C对象中保存着引用计数这一整数值。调用alloc或者retain方法后，引用计数+1。调用release后，引用计数-1。引用计数为0时，调用dealloc方法废弃对象。

2.2 相关操作

对象操作Objective-C方法引用计数
生成并持有对象alloc/new/copy/mutablecopy1
持有对象retain+1
释放对象release-1
废弃对象dealloc0

2.3 内存管理的思考方式

  • 自己生成的对象，自己持有

      NSObject *obj = [[NSObject alloc] init];
  [obj retain];
  NSLog(@"obj - %lu",[obj retainCount]);
复制代码

  • 非自己生成的对象，自己也能持有

      id obj = [NSMutableArray array];
  [obj retain];
  NSLog(@"obj - %lu",[obj retainCount]);
复制代码

  • 不再需要自己持有的对象时释放

      NSObject *obj = [[NSObject alloc] init];//自己生成自己持有
  [obj retain];
  NSObject *obj2 = [obj retain];//非自己生成，自己持有
  [obj release];
  [obj2 release];
  NSLog(@"obj - %lu",[obj retainCount]);
复制代码

  • 非自己持有的对象自己无法释放

      id obj = [NSMutableArray array];
  [obj release];
复制代码

提醒

MRC下对象的引用计数可以通过[object retainCount]方法获得。

2.4 NSAutoreleasePool

autorelease故名思议就是自动释放，看上去很像ARC，但其实更类似于C语言中的局部变量，也就是说，超出变量作用域的时候将自动被废弃，但这里与C语言不同的是，编程人员可以手动设置其作用域。 autorelease的具体使用方法如下：

  • 生成并持有NSAutoreleasePool对象
  • 调用已分配的autorelease方法
  • 废弃NSAutoreleasePool对象

NSAutoreleasePool对象的生命周期相当于C语言变量的作用域，对于所有调用过autorelease方法的对象，在废弃NSAutoreleasePool对象时，都将对对象统一调用release方法，代码如下所示：

NSAutoreleasePool *pool = [[NSAutoreleasePool alloc]init] ;
id obj = [ [NSObject alloc]init];
[obj autorelease] ;
[pool drain];
复制代码

提醒

在Cocoa框架中，如果不是使用alloc/new/copy/mutablecopy这几个方法返回的对象，其余方法返回的对象都将自动注册到NSAutoreleasePool中，id array = [NSMutableArray arrayWithCapacity:10];其实也就等同于：id array = [[[NSMutableArray alloc] initWithCapacity:1] autorelease];

3.ARC

ARC是Objective-C编译器的特性，而不是运行时特性或者垃圾回收机制，ARC所做的只不过是在代码编译时为你自动在何时的位置插入release或者autorelease，减少了开发的工作量。但我们有时仍需要四种所有权修饰符来配合ARC来进行内存管理。

3.1 四种所有权修饰符

  • __strong：强引用，持有所指向对象的所有权，无修饰符情况下的默认值。如需强制释放，可置nil（这里先创建一个指针，将新的值retain一次，将指针动态指向新的值，并将旧的值release一次）。

      NSObject *obj = [[NSObject alloc]init];
  //他们是等价的
  NSObject __strong *obj = [[NSObject alloc]init];
复制代码

  • __weak：弱引用，不持有所指向对象的所有权，引用指向的对象内存被回收之后，引用本身会置nil，避免野指针.避免循环引用，会将对象注册到autoreleasepool（既不保留新值，也不释放旧值，动态地将指针指向新的值，如果这个值刚被dealloc，就会将指针更新为一个nil指针）。

  • unsafe_unretained：相当于assign。直接赋值。引用计数不变。他会发生野指针现象。所以不安全。不像weak，当指向的对象为空的时候，将指针置为nil。

  • _autoreleasing：将对象赋值给附有 _ autoreleasing 修饰符的变量等同于ARC 无效时调用对象的autorelease方法。

      @autoreleasepool {
  	id __autoreleasing obj = [[NSObject alloc] init];
  }
复制代码

3.2 底层实现

  • __strong底层实现

    • alloc/new/copy/mutablecopy情况下

        //alloc为例的模拟底层代码为：
  id __Strong obj = [[NSObject alloc] init];
  id obj = objc_msgSend(NSobject, @selector(alloc));
  objc_msgSend(obj, @selector(init));
  objc_release(obj);

  //编译器自动帮我们加入了release，来释放对象
复制代码

    • 非alloc/new/copy/mutablecopy情况下

        //array为例的模拟底层代码为：
  id obj = objc_msgSend(NSMutableArray, @selector(array));
  objc_retainAutoreleasedReturnValue(obj);
  objc_release(obj);
  
  //objc_retainAutoreleasedReturnValue(obj)是主要用于最优化程序运行
  
  //array方法的底层模拟为：
  id obj = objc_msgSend(NSmutableArray,@selector(alloc));
  objc_msgSend(obj,@selector(init));
  return objc_autorealeaseReturnValue(obj);
复制代码

      objc_autorealeaseReturnValue(obj)与objc_retainAutoreleasedReturnValue(obj)是成对的,objc_autorealeaseReturnValue(obj)会把对象注册到autorealeasepool中，但是如果它检测到方法执行列表中出现objc_retainAutoreleasedReturnValue(obj)方法，那么就不会将返回的对象注册到autorealeasepool，而是直接传递到方法和函数的调用方。这样直接传递可以达到最优化。

  • __weak底层实现

    • __weak源码

        id __weak obj1 = obj;
  
  //模拟代码
  id obj1;
  obj1 = 0;
  objc_storeWeak(&obj1,obj);
  objc_destoryWeak(&obj1);  等同于objc_storeWeak(&obj1,0);
复制代码

      objc_storeWeak(&obj1,obj)函数将第二个参数的赋值对象的地址作为键值，将第一个参数的附有__weak修饰符的变量的地址注册到weak表中，如果第二个参数为0，则把变量的地址从weak中删除。一个键值可以注册多个变量的地址由此可见，如果大量的weak变量，则会消耗CPU资源，所以weak 只用来避免循环引用。

    • __weak与@autoreleasepool

        id __weak obj1 = obj;
  NSLog(@"%@",obj1);
  
  //模拟代码
  id obj1;
  objc_initWeak(&obj1,obj);
  id temp = objc_loadWeakRetained(&obj1);
  objc_autorelease(temp);
  NSLog(@"%@",temp);
  objc_destoryWeak(&obj1);
复制代码

      所以在@autorealeasepool块结束前可以放心使用weak修饰变量

    • __autoreleasing底层实现

      将对象赋值给附有__autoreleasing修饰符的变量等同于ARC无效时，调用对象的autorelease方法。

      • 使用alloc/new/copy/mutableCopy时

          @autoreleasepool {
  	id __autoreleasing obj = [[NSObject alloc] init];
  }
  
  //模拟代码
  id pool = objc_autoreleasePoolPush();
  id obj = objc_msgSend(NSObject, @selector(alloc));
  objc_msgSend(obj, @selector(init));
  objc_autorelease(obj);
  objc_autoreleasPoolPop(pool);
复制代码

      • 使用alloc/new/copy/mutableCopy以外的方法时

          @autoreleasepool {
    	id __autoreleasing obj = [NSMutableArray array];
  }
  
  // 模拟代码
  id pool = objc_autoreleasePoolPush();
  id obj = objc_msgSend(NSMutableArray,@selector(array));
  objc_retainAutoreleasedReturnValue(obj);
  objc_autorelease(obj);
  objc_autoreleasPoolPop(pool);
  // 虽然 obj 持有对象的方法变为 objc_retainAutoreleasedReturnValue， 但是将 obj 所引用的对象注册到 autoreleasepool 中的方法并没有改变
复制代码

      关于@autoreleasepool，在ARC下应该使用@autoreleasepool而不是NSAutoreleasePool，@autoreleasepool的具体实现将在之后的文章中继续探讨。

3.3 使用规则

  • 不能使用retain/release/retainCount/autorelease
  • 不重载dealloc（如果是释放对象内存以外的处理，是可以重载该函数的，但是不能调用[super dealloc]）
  • 不能使用NSAllocateObject, NSDeallocateObject
  • 不能在C结构体中使用对象指针
  • id与void *间的如果cast时需要用特定的方法（__bridge关键字）
  • 不能使用NSAutoReleasePool，而需要使用@autoreleasepool块
  • 不能使用区域（NSZone）

4.属性的内存管理

ObjC2.0引入了@property，提供成员变量访问方法、权限、环境、内存管理类型的声明，下面主要说明ARC中属性的内存管理。属性的参数分为三类，基本数据类型默认为(atomic,readwrite,assign)，对象类型默认为(atomic,readwrite,strong)，其中第三个参数就是该属性的内存管理方式修饰，修饰词可以是以下之一：

  • assign

    直接赋值，一般用来修饰基本数据类型。当然也可以修饰ObjC对象，但是不推荐，因为被assign修饰的对象释放后，指针还是指向释放前的内存，在后续操作中可能会导致内存问题引发崩溃。

      @property (nonatomic, assign) NSInteger count;
复制代码

  • retain

    retain和strong一样，都用来修饰ObjC对象，使用set方法赋值时，实质上是会先保留新值，再释放旧值，再设置新值，避免新旧值一样时导致对象被释放的的问题。

      //MRC写法如下
  - (void)setCount:(NSObject *)count {
  		[count retain];
   		[_count release];
   		_count = count;
   	}
   
 	//ARC对应写法
 	- (void)setCount:(NSObject *)count {
  		_count = count;
  	}
复制代码

  • copy

    一般用来修饰String、Dict、Array等需要保护其封装性的对象，尤其是在其内容可变的情况下，因此会拷贝（深拷贝）一份内容給属性使用，避免可能造成的对源内容进行改动。使用set方法赋值时，实质上是会先拷贝新值，再释放旧值，再设置新值。实际上，遵守NSCopying的对象都可以使用copy，当然，如果你确定是要共用同一份可变内容，你也可以使用strong或retain。

  • weak

    ARC新引入修饰词，可代替assign，比assign多增加一个特性（置nil)。weak和strong一样用来修饰ObjC对象。使用set方法赋值时，实质上不保留新值，也不释放旧值，只设置新值。

       @property (weak) id<MyDelegate> delegate;
复制代码

  • strong

    ARC新引入修饰词，可代替retain，ARC一般都写strong。

    Person *per = [[Person alloc] init];

    self.person = per;

    如果是strong，对象的retainCount为2，如果为weak，对象的retainCount为1。

  • unsafe_unretained

    等价于assign,可以用来修饰数据类型和OC对象,但是不会使计数器加1,且对象销毁时也不会将对象指向nil,容易造成野指针错误。

5.block的内存管理

OC中使用block必须自己管理内存，错误的内存管理将导致循环引用等内存泄漏问题，这里主要说明在ARC下block声明和使用的时候需要注意的两点：

  • 如果你使用@property去声明一个block的时候，一般使用copy来进行修饰（当然也可以不写，编译器自动进行copy操作），尽量不要使用retain。

      @property (nonatomic, copy) void(^block)(NSData * data);
复制代码

  • block会对内部使用的对象进行强引用，因此在使用的时候应该确定不会引起循环引用，当然保险的做法就是添加弱引用标记。

      __weak typeof(self) weakSelf = self;
复制代码

6.参考

  • 《Objective-C高级编程：iOS与OS X多线程和内存管理》之 自动引用计数
  • 自动引用计数
  • 我的iOS内存管理-MRC-ARC

http://www.niftyadmin.cn/n/992948.html

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