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  • Objective－C内存管理

    ARC工作原理

    手动内存管理的机理大家应该已经非常清楚了，简单来说，只要遵循以下三点就可以在手动内存管理中避免绝大部分的麻烦：

    如果需要持有一个对象，那么对其发送retain 如果之后不再使用该对象，那么需要对其发送release（或者autorealse） 每一次对retain,alloc或者new的调用，需要对应一次release或autorealse调用

    初学者可能仅仅只是知道这些规则，但是在实际使用时难免犯错。但是当开发者经常使用手动引用计数 Manual Referecen Counting(MRC)的话，这些规则将逐渐变为本能。你会发现少一个release的代码怎么看怎么别扭，从而减少或者杜绝内存管理的错误。可以说MRC的规则非常简单，但是同时也非常容易出错。往往很小的错误就将引起crash或者OOM之类的严重问题。

    在MRC的年代里，为了避免不小心忘写release，Xcode提供了一个很实用的小工具来帮助可能存在的代码问题(Xcode3里默认快捷键Shift+A？不记得了)，可以指出潜在的内存泄露或者过多释放。而ARC在此基础上更进一步：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合适的位置插入release或autorelease，就如同之前MRC时你所做的那样。因此，至少在效率上ARC机制是不会比MRC弱的，而因为可以在最合适的地方完成引用计数的维护，以及部分优化，使用ARC甚至能比MRC取得更高的运行效率。

    ARC机制

    学习ARC很简单，在MRC时代你需要自己retain一个想要保持的对象，而现在不需要了。现在唯一要做的是用一个指针指向这个对象，只要指针没有被置空，对象就会一直保持在堆上。当将指针指向新值时，原来的对象会被release一次。这对实例变量，synthesize的变量或者局部变量都是适用的。比如

    NSString *firstName = self.textField.text;

    firstName现在指向NSString对象，这时这个对象（textField的内容字符串）将被hold住。比如用字符串@“OneV"作为例子（虽然实际上不应该用字符串举例子，因为字符串的retainCount规则其实和普通的对象不一样，大家就把它当作一个普通的对象来看吧…），这个时候firstName持有了@"OneV"。

    一个strong指针

    当然，一个对象可以拥有不止一个的持有者（这个类似MRC中的retainCount>1的情况）。在这个例子中显然self.textField.text也是@“OneV"，那么现在有两个指针指向对象@"OneV”(被持有两次，retainCount=2，其实对NSString对象说retainCount是有问题的，不过anyway～就这个意思而已.)。

    两个strong指向同一个对象

    过了一会儿，也许用户在textField里输入了其他的东西，那么self.textField.text指针显然现在指向了别的字符串，比如@“onevcat"，但是这时候原来的对象已然是存在的，因为还有一个指针firstName持有它。现在指针的指向关系是这样的：

    其中一个strong指向了另一个对象

    只有当firstName也被设定了新的值，或者是超出了作用范围的空间(比如它是局部变量但是这个方法执行完了或者它是实例变量但是这个实例被销毁了)，那么此时firstName也不再持有@“OneV"，此时不再有指针指向@"OneV"，在ARC下这种状况发生后对象@"OneV"即被销毁，内存释放。

    没有strong指向@

    类似于firstName和self.textField.text这样的指针使用关键字strong进行标志，它意味着只要该指针指向某个对象，那么这个对象就不会被销毁。反过来说，ARC的一个基本规则即是，只要某个对象被任一strong指针指向，那么它将不会被销毁。如果对象没有被任何strong指针指向，那么就将被销毁。在默认情况下，所有的实例变量和局部变量都是strong类型的。可以说strong类型的指针在行为上和MRC时代retain的property是比较相似的。

    既然有strong，那肯定有weak咯～weak类型的指针也可以指向对象，但是并不会持有该对象。比如：

    __weak NSString *weakName = self.textField.text

    得到的指向关系是：

    一个strong和一个weak指向同一个对象

    这里声明了一个weak的指针weakName，它并不持有@“onevcat"。如果self.textField.text的内容发生改变的话，根据之前提到的"只要某个对象被任一strong指针指向，那么它将不会被销毁。如果对象没有被任何strong指针指向，那么就将被销毁”原则，此时指向@“onevcat"的指针中没有strong类型的指针，@"onevcat"将被销毁。同时，在ARC机制作用下，所有指向这个对象的weak指针将被置为nil。这个特性相当有用，相信无数的开发者都曾经被指针指向已释放对象所造成的EXCBADACCESS困扰过，使用ARC以后，不论是strong还是weak类型的指针，都不再会指向一个dealloced的对象，从根源上解决了意外释放导致的crash。

    strong指向另外对象，内存释放，weak自动置nil

    不过在大部分情况下，weak类型的指针可能并不会很常用。比较常见的用法是在两个对象间存在包含关系时：对象1有一个strong指针指向对象2，并持有它，而对象2中只有一个weak指针指回对象1，从而避免了循环持有。一个常见的例子就是oc中常见的delegate设计模式，viewController中有一个strong指针指向它所负责管理的UITableView，而UITableView中的dataSource和delegate指针都是指向viewController的weak指针。可以说，weak指针的行为和MRC时代的assign有一些相似点，但是考虑到weak指针更聪明些（会自动指向nil），因此还是有所不同的。细节的东西我们稍后再说。

    一个典型的delegate设计模式

    注意类似下面的代码似乎是没有什么意义的：

    __weak NSString *str = [[NSString alloc] initWithFormat:…];  
NSLog(@"%@",str); //输出是"(null)"

    由于str是weak，它不会持有alloc出来的NSString对象，因此这个对象由于没有有效的strong指针指向，所以在生成的同时就被销毁了。如果我们在Xcode中写了上面的代码，我们应该会得到一个警告，因为无论何时这种情况似乎都是不太可能出现的。你可以把weak换成strong来消除警告，或者直接前面什么都不写，因为ARC中默认的指针类型就是strong。

    property也可以用strong或weak来标记，简单地把原来写retain和assign的地方替换成strong或者weak就可以了。

    @property (nonatomic, strong) NSString *firstName; 
@property (nonatomic, weak) id  delegate;

    ARC可以为开发者节省很多代码，使用ARC以后再也不需要关心什么时候retain，什么时候release，但是这并不意味你可以不思考内存管理，你可能需要经常性地问自己这个问题：谁持有这个对象？

    比如下面的代码，假设array是一个NSMutableArray并且里面至少有一个对象：

    id obj = [array objectAtIndex:0];  
[array removeObjectAtIndex:0]; 
NSLog(@"%@",obj);

    在MRC时代这几行代码应该就挂掉了，因为array中0号对象被remove以后就被立即销毁了，因此obj指向了一个dealloced的对象，因此在NSLog的时候将出现EXCBADACCESS。而在ARC中由于obj是strong的，因此它持有了array中的首个对象，array不再是该对象的唯一持有者。即使我们从array中将obj移除了，它也依然被别的指针持有，因此不会被销毁。

    一点提醒

    ARC也有一些缺点，对于初学者来说，可能仅只能将ARC用在objective-c对象上(也即继承自NSObject的对象)，但是如果涉及到较为底层的东西，比如Core Foundation中的malloc()或者free()等，ARC就鞭长莫及了，这时候还是需要自己手动进行内存管理。在之后我们会看到一些这方面的例子。另外为了确保ARC能正确的工作，有些语法规则也会因为ARC而变得稍微严格一些。

    ARC确实可以在适当的地方为代码添加retain或者release，但是这并不意味着你可以完全忘记内存管理，因为你必须在合适的地方把strong指针手动设置到nil，否则app很可能会oom。简单说还是那句话，你必须时刻清醒谁持有了哪些对象，而这些持有者在什么时候应该变为指向nil。

    ARC必然是Objective-C以及Apple开发的趋势，今后也会有越来越多的项目采用ARC(甚至不排除MRC在未来某个版本被弃用的可能)，Apple也一直鼓励开发者开始使用ARC，因为它确实可以简化代码并增强其稳定性。可以这么说，使用ARC之后，由于内存问题造成的crash基本就是过去式了(OOM除外 :P)

    我们正处于由MRC向ARC转变的节点上，因此可能有时候我们需要在ARC和MRC的代码间来回切换和适配。Apple也想到了这一点，因此为开发这提供了一些ARC和非ARC代码混编的机制，这些也将在之后的例子中列出。另外ARC甚至可以用在C++的代码中，而通过遵守一些代码规则，iOS 4里也可以使用ARC(虽然我个人认为在现在iOS 6都呼之欲出的年代已经基本没有需要为iOS 4做适配的必要了)、

    总之，聪明的开发者总会尝试尽可能的自动化流程，已减轻自己的工作负担，而ARC恰恰就为我们提供了这样的好处：自动帮我们完成了很多以前需要手动完成的工作，因此对我来说，转向ARC是一件不需要考虑的事情。


    引用关键字

    ARC中关于对象的引用参照，主要有下面几关键字。使用strong, weak, autoreleasing限定的变量会被隐式初始化为nil。

    • __strong

    变量声明缺省都带有__strong关键字，如果变量什么关键字都不写，那么缺省就是强参照。

    • __weak

    上面已经看到了，这是弱参照的关键字。该概念是新特性，从 iOS 5/ Mac OS X 10.7 开始导入。由于该类型不影响对象的生命周期，所以如果对象之前就没有持有者，那么会出现刚创建就被破弃的问题，比如下面的代码。

    C代码  收藏代码
    1. NSString __weak *string = [[NSString alloc] initWithFormat:@"First Name: %@", [self firstName]];    
    2. NSLog(@"string: %@", string); //此时 string为空   

    如果编译设定OS版本 Deployment Target 设定为这比这低的版本，那么编译时将报错(The current deployment target does not support automated __weak references)，这个时候，我们可以使用下面的 __unsafe_unretained。

    弱参照还有一个特征，即当参数对象失去所有者之后，变量会被自动付上nil (Zeroing)。

    • __unsafe_unretained

    该关键字与__weak一样，也是弱参照，与__weak的区别只是是否执行nil赋值(Zeroing)。但是这样，需要注意变量所指的对象已经被破弃了，地址还还存在，但内存中对象已经没有了。如果还是访问该对象，将引起「BAD_ACCESS」错误。

    • __autoreleasing

    该关键字使对像延迟释放。比如你想传一个未初始化的对像引用到一个方法当中，在此方法中实例化此对像，那么这种情况可以使用__autoreleasing。他被经常用于函数有值参数返回时的处理，比如下面的例子。

      
    C代码  收藏代码
    1. - (void) generateErrorInVariable:(__autoreleasing NSError **)paramError {    
    2.     ....    
    3.     *paramError = [[NSError alloc] initWithDomain:@"MyApp" code:1 userInfo:errorDictionary];    
    4. }    
    5.    
    6. ....    
    7. {    
    8.     NSError *error = nil;    
    9.     [self generateErrorInVariable:&error];    
    10.     NSLog(@"Error = %@", error);    
    11. }    
     

    又如函数的返回值是在函数中申请的，那么希望释放是在调用端时，往往有下面的代码。

    C代码  收藏代码
    1. -(NSString *)stringTest    
    2. {    
    3.     NSString *retStr = [NSString stringWithString:@"test"];    
    4.    
    5.     return [[retStr retain] autorelease];    
    6. }    
    7.    
    8. // 使用ARC    
    9.    
    10. -(NSString *)stringTest    
    11. {    
    12.     __autoreleasing NSString *retStr = [NSString alloc] initWithString:@"test"];    
    13.    
    14.     return retStr;    
    15. }    
     

    即当方法的参数是id*，且希望方法返回时对象被autoreleased，那么使用该关键字。

    补充一个 循环应用问题

    首先delegate要使用assign而不是retain，这个问题大家通过看iOS的api就可以了，最典型的是tabView里面的delegate和datasource都是用的assign。
     那为什么要使用assign而不是retain呢？
     首先，考虑类的设计模式，类与类只见的大体关系有继承和聚合的关系，当我们使用聚合的时候该对象就拥有聚合的对象，这时候我们就需要retain使引用计数器＋1来控制该对象的内存管理，所以我的感觉retain和copy的一项能力就是拥有该对象的内存管理权。
    下面就得说delegate了，一个对象没必要管理自己delegate的生命周期，或者说没必要拥有该对象，所以我们只要知道它的指针就可以了，用指针找到对象去调用方法，也就是委托实现的感觉。

    或者我们换个角度，从内存管理方面也可以解释这个问题。delegate的生命周期不需要让该对象去控制，如果该对象对其使用retain很可能导致delegate所指向的对象无法正确的释放。
    @循环引用
    所有的引用计数系统，都存在循环应用的问题。例如下面的引用关系：
    对象a创建并引用到了对象b.
    对象b创建并引用到了对象c.
    对象c创建并引用到了对象b.
    这时候b和c的引用计数分别是2和1。当a不再使用b，调用release释放对b的所有权，因为c还引用了b，所以b的引用计数为1，b不会被释放。b不释放，c的引用计数就是1，c也不会被释放。从此，b和c永远留在内存中。

     这 种情况，必须打断循环引用，通过其他规则来维护引用关系。比如，我们常见的delegate往往是assign方式的属性而不是retain方式 的属性，赋值不会增加引用计数，就是为了防止delegation两端产生不必要的循环引用。如果一个UITableViewController 对象a通过retain获取了UITableView对象b的所有权，这个UITableView对象b的delegate又是a， 如果这个delegate是retain方式的，那基本上就没有机会释放这两个对象了。自己在设计使用delegate模式时，也要注意这点。

    因为循环引用而产生的内存泄露也是Instrument无法发现的，所以要特别小心。
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