iOS: ARC & MRC下string内存管理策略探究

ARC & MRC下string内存管理策略探究 

　　

　　前两天跟同事争论一个关于NSString执行copy操作以后是否会发生变化，两个人整了半天，最后写代码验证了一下，发现原来NSString操作没我们想的那么简单，下面就让我们一起看看NSString和NSMutableString在MRC下执行retain，copy，mutableCopy，以及ARC下不同的修饰__weak, __strong修饰赋值究竟发生了什么。

一、验证代码如下：

- (void)testStringAddress
{
    int a = 0;
    int b = 0;
    
    static int c = 0;
    
    NSString *str = @"Hello World";
    
#if __has_feature(objc_arc)
    __weak   NSString *weakStr = str;
    __strong NSString *strongStr = str;
#else
    NSString *retainStr = [str retain];
#endif
    
    NSString *copyStr = [str copy];
    NSMutableString *mutableCopyStr = [str mutableCopy];
    
    // 验证mutableCopy出来的是否是mutableString，如果不是执行此行会Crash
    [mutableCopyStr appendFormat:@".."];
    str = @"i'm changed";
    
    NSString *str2 = [NSString stringWithFormat:@"Hello world"];
    
#if __has_feature(objc_arc)
    __weak   NSString *weakStr2 = str2;
    __strong NSString *strongStr2 = str2;
#else
    NSString *retainStr2 = [str2 retain];
#endif
    
    NSString *copyStr2 = [str2 copy];
    NSString *copy2Str2 = [str2 copy];
    NSString *mutableCopyStr2 = [str2 mutableCopy];
    NSString *mutableCopy2Str2 = [str mutableCopy];
    str2 = [[NSString alloc] initWithFormat:@"changed"];
    
    NSMutableString *mutableStr = [NSMutableString stringWithString:@"hello world"];
    
#if __has_feature(objc_arc)
    __weak   NSMutableString *weakMutableStr = mutableStr;
    __strong NSMutableString *strongMutableStr = mutableStr;
#else
    NSMutableString *retainMutableStr = [mutableStr retain];
#endif
    
    NSMutableString *copyMutableStr = [mutableStr copy];
    NSMutableString *copy2MutableStr = [mutableStr copy];
    NSString *mutableCopyMutableStr = [mutableStr mutableCopy];
    NSString *mutableCopy2MutableStr = [mutableStr mutableCopy];
    [mutableStr appendFormat:@" apped something"];

#if __has_feature(objc_arc)
    NSLog(@"
 str: %@,
 weakStr: %@,
 strongStr: %@,
 copyStr: %@,
 mutableCopyStr: %@", str, weakStr, strongStr, copyStr, mutableCopyStr);
    NSLog(@"
 str2: %@,
 weakStr2: %@,
 strongStr: %@,
 copyStr2: %@,
 mutableCopyStr2: %@", str2, weakStr2, strongStr2, copyStr2, mutableCopyStr2);
    NSLog(@"
 mutableStr: %@,
 weakMutableStr: %@
 strongMutableStr: %@,
 copyMutableStr: %@,
 mutableCopyMutableStr: %@", mutableStr, weakMutableStr, strongMutableStr, copyMutableStr, mutableCopyMutableStr);
#else 
    NSLog(@"
 str: %@,
 retainStr: %@,
 copyStr: %@,
 mutableCopyStr: %@", str, retainStr, copyStr, mutableCopyStr);
    NSLog(@"
 str2: %@,
 retainStr2: %@,
 copyStr2: %@,
 mutableCopyStr2: %@", str2, retainStr2, copyStr2, mutableCopyStr2);
    NSLog(@"
 mutableStr: %@,
 retainMutableStr: %@,
 copyMutableStr: %@,
 mutableCopyMutableStr: %@", mutableStr, retainMutableStr, copyMutableStr, mutableCopyMutableStr);
#endif
}

　　代码中最开始定义了两个int型的变量，主要是为了打印出当前函数的栈地址，顺便验证了一下内存中栈是从高地址向低地址生长的。使用预编译宏#if __has_feature(objc_arc)来检测当前是否是ARC环境，并根据不同环境写了不同的测试代码。

　　通过在testStringAddress最后添加断点，在lldb命令行下通过“p”命令输出变量对应的地址，例如：查看str指向的内存地址和内容，输入"p str"即可。

　　调试环境xCode6 beta4，iOS8 SDK。

二、MRC下执行情况

　　执行结果如下图所示：

　　解释一下上图的内容：

　　1、第一部分

　　“p &str”表示打印str这个变量本身的地址，“p str”表示打印str指向的内容的地址。如上图所示，"p &str"打印出来的结果是0xbff0aff8，局部变量b的地址为0xbff0affc，我们可以看出这两者的内存地址是相连，因为他们都是函数体内部局部变量。而“p str”打印出来的结果是0x000a7048，说明str指向的内容的存储区域和函数局部变量不在一起。

　　2、第二部分

　　c是我在函数中定义的一个static变量，“p &c”打印出来的地址为0x000a778c，观察可知变量c和函数变量也不在一起。static变量在程序运行过程中只会有一个，位于程序的静态变量区。

　　3、第三部分

　　str的定义为“NSString *str = @"Hello World";”，通过调试发现str指向的内容为0x000a7048，且此时对str执行的retain和copy操作得到的结果地址均为0x000a7028。而执行mutableCopy后得到的NSString的地址为0x7974a110，和str以及retain，copy操作得到的地址不在一起。

　　总结：形如@“Hello World”形式的变量在程序的常量区，而NSString在针对常量区的对象首次执行retain和copy时创建新对象，之后执行同类操作则发挥之前创建的对象，mutableCopy操作则在其他地方创建了一个对象，并使用str完成了初始化操作。

　　4、第四部分

　　str2定义为“NSString *str2 = [NSString stringWithFormat:@"Hello world"];”，打印结果发现str2指向的内容的地址为0x79749000，执行retain操作得到的string的指向内容的地址为0x7974a5c0，copy操作得到的地址也是0x7974a5c0，测试发现之后再对str2执行copy操作均会得到相同的地址。这块儿貌似跟我们平时常念的“retain增加引用技术，copy创建新的对象”的观念不符。对str2执行mutableCopy得到的地址为0x7974a380，重新创建了一个对象，符合我们的预期。

　　总结：使用stringWithFormat方式创建的NSString对象默认在堆上，对这一类对象首次执行retain或copy操作时会创建一份拷贝，后续所有的retain和copy均会指向之前创建的同一个拷贝，无论何时执行mutableCopy操作均会创建新的对象。

　　5、第五部分

　　mutableStr的定义为“[NSMutableString stringWithString:@"hello world"];”，打印结果发现对mutableStr执行retain操作得到对象的地址和mutableStr相同，执行copy操作会创建新的对象，执行mutableCopy操作也会创建新的对象。

　　总结：使用stringWithString方式创建的NSMutableString对象默认在堆上，对NSMutableString执行retain时不会创建新对象，执行copy和mutableCopy均会创建新的对象。

　　观察以上对象地址，大致可以分为四个区间0x000a70xx，0x000a78xx，0x7974xxxx，0xbff5xxxx，其实它们分别依次代表四个不同的内存段常量区，静态变量区，堆区，栈区。

三、ARC下执行情况

　　执行结果如下图：

　　分析方法和第一部分一样，这里就不重复了。

　　总结：

　　1、针对常量区的NSString对象，执行weak，strong赋值活着copy操作只会生成一份拷贝，每次执行mutableCopy时均会创建新的对象。

　　2、针对堆上的NSString对象执行weak，strong，copy操作时只会创建一份拷贝，后续所有操作均得到相同的对象，每次执行mutableCopy时均会创建新的对象。

　　3、针对NSMutableString对象首次执行weak，strong操作只会创建一份拷贝，后续所有操作均得到相同对象，每次执行copy和mutableCopy操作均会创建新的对象。

四、总结

　　综上ARC和MRC下NSString，NSMutableString执行retain，copy，mutableCopy，weak，strong操作时内存情况见下表格：

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