Objective-C 内存管理总结

最近一周都在看那本《iPhone3 开发基础教程》,写写一些搞毛的 DEMO,日子过得很舒坦。这本书对于我这种零基础的童鞋来说的确是本好书,看完一遍基本算是入门了。但从某种意义上这本书就等同于市面上泛滥的 Windows 下的《VC6 从入门到精通》这一类的书,很多地方只是教你怎么做,却没教你为什么。有些地方看得云里雾里的,不过通过苹果官网的 iOS Developer Library 各种文档也倒能查漏补缺。比如下面要讲的 Objective-C 相关的内存管理(总结附带翻译这一篇)。

Objective-C 的内存管理方式介于 C/C++ 和 C# 之间,即不像 C/C++ 需要程序员包办一切,也不像 C# 一样有较完备的垃圾回收机制(当然在 Objective-C 2.0 以后有引入了 GC 机制,但在 ipad 和 iphone 上是不支持的。),而是独辟蹊径:基于引用计数进行管理。当然引用计数这个并不是个多新鲜的话题,很多程序在逻辑层对资源进行管理也会用到,不过语法上有这方面的支持的语言 Objective-C 还是我见过的第一个。

基本原理

Objective-C 的内存管理模型基于对象的所有权。如果你拥有一个对象,那么你就有责任去释放它。一个对象可以有多个拥有者—- 而且在其生存期必须有一个拥有者,否则系统将自动销毁该对象。对于对象的所有权和释放需要遵守以下四个原则:

  • 任何你创建的对象你都能获得其所有权。 这里的创建包括使用 alloc,new,copy 等关键字来获得一个对象。
  • 你可以通过 retain 来获得一个对象的所有权。 除了创建对象外,获得某个对象所有权的唯一方法就只有给该对象发 retain 消息。一旦通过 retain 获得了该对象的所有权,就必须遵守上面红字标注的原则:如果你拥有一个对象,那么你就有责任去释放它。
  • 如果你不再需要一个对象了,你就必须释放其所有权。
  • 你不能释放非你所有的对象所有权。 如果只是字面理解的话,上面的原则简单又明白,但是实际操作中我们总是会将 “拥有所有权” 和“拥有这个对象的指针”混为一谈。比如下面这个例子:
Person *person = [[Person alloc] init];
Person *another_person = person;
NSString *name = person.fullName;
[person release];

从内存管理的角度来说,上面这段代码是完全正确的。很多初学者可能对于 another_person 这个对象不需要释放是可以理解的,但是对 name 为何不需要 release 表示不解。不过只要对照上面四个原则就可以明白: name 这个对象并非通过创建或者 retain 获得,所以 name 这个对象是指向 fullname 指向的内存区域,但是你对这个对象并没有拥有权,所以遵守规则 4 不需要 release。当然这也是有例外的,但是前提是 Person 这个类对 fullName 这个 property 进行了错误的重新实现。但是如果是这样,问题是 Person 类而不是当前这段代码。这个问题详见下文。

技术内幕:引用计数

上述原则的原理很简单,所有的对象创建销毁都基于引用计数:创建一个对象,引用计数变为 1。发送一次 retain 消息,引用计数 + 1。发送一次 release 消息,引用计数 - 1。发送一次 autorelease 消息,引用计数在某个阶段结束后 - 1。一旦一个对象的引用计数变为了 0,则自动销毁该对象。

有一个非常方便的方法可以查看一个对象的当前引用计数,即给对象发送 retainCount 消息,但正常情况下并不推荐使用这个方法来管理内存:一来如果显式的调用 retainCount 来判断对象引用数并加以控制等于放弃了 Objective-C 提供的整个内存管理模型,这种方式不仅低效而且容易发生问题。二来内置的一些类为了效率等问题对 retainCount 会做一些特殊处理(比如 NSString),所以这种方法并不普适。

自动释放

上个段落中提到 autorelease,但却没有做具体的分析。在我看来 autorelease 这个方法是 Objective-C 的一个很重要的概念和创新的地方。众所周知,C/C++ 编程时有个很重要的对内存管理的原则:谁创建谁销毁。但是这个原则在有些情况下却无法遵守:比如让一个普通函数返回一块内存区域。函数调用者必须在函数调用完毕后自己负责销毁这块内存。当然也有一种比较别扭的做法,将一个 2 级指针作为 [in,out] 参数,宣称这块内存是我特地叫这个函数帮我创建的,所以稍后我会自己负责销毁它。而 autorelease 这个关键字的存在就使得所有的一切都变得简单:调用者永远不用关心函数返回对象是否需要自己去销毁,只需要关心怎么使用而已:如果需要在当前函数作用域之外仍拥有这一块内存,调用 retain。

autorelease 的原理

对于 Objective-C 来说,在每个 RunLoop 都会隐式的创建一个 NSAutoreleasepool 的实例,在 RunLoop 结束后发送 release 消息给该实例,这个实例受到消息后就会遍历在自己生命周期内所有收到 autorelease 消息的对象,并给它们发送一个 release 消息,这样就实现了对收到 autorelease 消息对象内存的管理。需要注意的是如果直接使用 pthread 库创建线程,需要自己额外创建 autorelease pool。

一些细节

  1. 函数返回值的写法: 返回函数内生成对象,需要以 [instance autorelease]的方式返回 取值函数,返回类成员,推荐以 [[intance retain] autorelease] 的方式返回 (大多数情况下完全可以通过 property 自动实现)

2.property retain 属性的实现 对于类成员的访问,一般会采用自动生成 property 的方式,而使用最多的属性莫过于 retain (尤其是 UI 的一些控件)。如果一个类成员 property 属性为 retain,那么其大致实现如下:

// set
if (property != newValue)
{
[property release];
property = [newValue retain];
}
//get
return [[property retain] autorelease];