iOS开发ARC内存管理技术要点

本文来源于我个人的ARC学习笔记，旨在通过简明扼要的方式总结出iOS开发中ARC(Automatic Reference Counting，自动引用计数)内存管理技术的要点，所以不会涉及全部细节。这篇文章不是一篇标准的ARC使用教程，并假定读者已经对ARC有了一定了解和使用经验。详细的关于ARC的信息请参见苹果的官方文档与网上的其他教程：）

本文的主要内容：

ARC的本质

ARC的开启与关闭

ARC的修饰符

ARC与Block

ARC与Toll-Free Bridging

ARC的本质

ARC是编译器（时）特性，而不是运行时特性，更不是垃圾回收器(GC)。

Automatic Reference Counting (ARC) is a compiler-level feature that simplifies the process of managing object lifetimes (memory management) in Cocoa applications.

ARC只是相对于MRC（Manual Reference Counting或称为非ARC，下文中我们会一直使用MRC来指代非ARC的管理方式）的一次改进，但它和之前的技术本质上没有区别。具体信息可以参考ARC编译器官方文档。

ARC的开启与关闭

不同于XCode4可以在创建工程时选择关闭ARC，XCode5在创建的工程是默认开启ARC，没有可以关闭ARC的选项。

如果需要对特定文件开启或关闭ARC，可以在工程选项中选择Targets -> Compile Phases -> Compile Sources，在里面找到对应文件，添加flag:

打开ARC：-fobjc-arc

关闭ARC：-fno-objc-arc

如图：

ARC的修饰符

ARC主要提供了4种修饰符，他们分别是:__strong,__weak,__autoreleasing,__unsafe_unretained。

__strong

表示引用为强引用。对应在定义property时的"strong"。所有对象只有当没有任何一个强引用指向时，才会被释放。

注意：如果在声明引用时不加修饰符，那么引用将默认是强引用。当需要释放强引用指向的对象时，需要将强引用置nil。

__weak

表示引用为弱引用。对应在定义property时用的"weak"。弱引用不会影响对象的释放，即只要对象没有任何强引用指向，即使有100个弱引用对象指向也没用，该对象依然会被释放。不过好在，对象在被释放的同时，指向它的弱引用会自动被置nil，这个技术叫zeroing weak pointer。这样有效得防止无效指针、野指针的产生。__weak一般用在delegate关系中防止循环引用或者用来修饰指向由Interface Builder编辑与生成的UI控件。

__autoreleasing

表示在autorelease pool中自动释放对象的引用，和MRC时代autorelease的用法相同。定义property时不能使用这个修饰符，任何一个对象的property都不应该是autorelease型的。

一个常见的误解是，在ARC中没有autorelease，因为这样一个“自动释放”看起来好像有点多余。这个误解可能源自于将ARC的“自动”和autorelease“自动”的混淆。其实你只要看一下每个iOS App的main.m文件就能知道，autorelease不仅好好的存在着，并且变得更fashion了：不需要再手工被创建，也不需要再显式得调用[drain]方法释放内存池。



以下两行代码的意义是相同的。

 initWithFormat:@"hehe"] autorelease]; // MRC
NSString *__autoreleasing str = [[NSString alloc] initWithFormat:@"hehe"]; // ARC

 这里关于autoreleasepool就不做展开了，详细地信息可以参考官方文档或者其他文章。

__autoreleasing在ARC中主要用在参数传递返回值（out-parameters）和引用传递参数（pass-by-reference）的情况下。

__autoreleasing

 is used to denote arguments that are passed by reference ([code]id *) and are autoreleased on return.

比如常用的NSError的使用：

NSError *__autoreleasing error; 
? (![data writeToFile:filename options:NSDataWritingAtomic error:&error]) 
?{ 
　　NSLog(, error); 
}

（在上面的writeToFile方法中error参数的类型为(NSError *__autoreleasing *)）

注意，如果你的error定义为了strong型，那么，编译器会帮你隐式地做如下事情，保证最终传入函数的参数依然是个__autoreleasing类型的引用。

NSError *error; 
NSError *__autoreleasing tempError = error; // 编译器添加 
if (![data writeToFile:filename options:NSDataWritingAtomic error:&tempError]) 
?{ 
　　error = tempError; // 编译器添加 
　　NSLog(@"Error: %@", error); 
}

所以为了提高效率，避免这种情况，我们一般在定义error的时候将其（老老实实地=。=）声明为__autoreleasing类型的：

NSError *__autoreleasing error;

在这里，加上__autoreleasing之后，相当于在MRC中对返回值error做了如下事情：

*error = [[[NSError alloc] init] autorelease];

*error指向的对象在创建出来后，被放入到了autoreleasing pool中，等待使用结束后的自动释放，函数外error的使用者并不需要关心*error指向对象的释放。

另外一点，在ARC中，所有这种指针的指针 （NSError **）的函数参数如果不加修饰符，编译器会默认将他们认定为__autoreleasing类型。

比如下面的两段代码是等同的：

- (NSString *)doSomething:(NSNumber **)value
{
        // do something  
}

- (NSString *)doSomething:(NSNumber * __autoreleasing *)value
{
        // do something  
}

除非你显式得给value声明了__strong，否则value默认就是__autoreleasing的。

最后一点，某些类的方法会隐式地使用自己的autorelease pool，在这种时候使用__autoreleasing类型要特别小心。

比如NSDictionary的[enumerateKeysAndObjectsUsingBlock]方法：

- (void)loopThroughDictionary:(NSDictionary *)dict error:(NSError **)error
{
    [dict enumerateKeysAndObjectsUsingBlock:^(id key, id obj, BOOL *stop){

          // do stuff  
          if (there is some error && error != nil)
          {
                *error = [NSError errorWithDomain:@"MyError" ?code:1 userInfo:nil];
          }
?
    }];
?}

会隐式地创建一个autorelease pool，上面代码实际类似于：

- (void)loopThroughDictionary:(NSDictionary *)dict error:(NSError **)error
{
    [dict enumerateKeysAndObjectsUsingBlock:^(id key, id obj, BOOL *stop){

          @autoreleasepool  // 被隐式创建
　　　　　　{
              if (there is some error && error != nil)
              {
                    *error = [NSError errorWithDomain:@"MyError" ?code:1 userInfo:nil];
              }
?          }
    }];

    // *error 在这里已经被dict的做枚举遍历时创建的autorelease pool释放掉了 ：(  
?}

为了能够正常的使用*error，我们需要一个strong型的临时引用，在dict的枚举Block中是用这个临时引用，保证引用指向的对象不会在出了dict的枚举Block后被释放，正确的方式如下：

- (void)loopThroughDictionary:(NSDictionary *)dict error:(NSError **)error
{
　　__block NSError* tempError; // 加__block保证可以在Block内被修改  
　　[dict enumerateKeysAndObjectsUsingBlock:^(id key, id obj, BOOL *stop)
　　{ 
　　　　if (there is some error) 
　　　　{ 
　　　　　　*tempError = [NSError errorWithDomain:@"MyError" ?code:1 userInfo:nil]; 
　　　　} ? 

　　}] 

　　if (error != nil) 
　　{ 
　　　　*error = tempError; 
　　} ?
}

__unsafe_unretained

ARC是在iOS 5引入的，而这个修饰符主要是为了在ARC刚发布时兼容iOS 4以及版本更低的设备，因为这些版本的设备没有weak pointer system，简单的理解这个系统就是我们上面讲weak时提到的，能够在weak引用指向对象被释放后，把引用值自动设为nil的系统。这个修饰符在定义property时对应的是"unsafe_unretained"，实际可以将它理解为MRC时代的assign：纯粹只是将引用指向对象，没有任何额外的操作，在指向对象被释放时依然原原本本地指向原来被释放的对象（所在的内存区域）。所以非常不安全。

现在可以完全忽略掉这个修饰符了，因为iOS 4早已退出历史舞台很多年。

*使用修饰符的正确姿势（方式=。=）

这可能是很多人都不知道的一个问题，包括之前的我，但却是一个特别要注意的问题。

苹果的文档中明确地写道：

You should decorate variables correctly. When using qualifiers in an object variable declaration,

the correct format is:

ClassName * qualifier variableName;

按照这个说明，要定义一个weak型的NSString引用，它的写法应该是：

NSString * __weak str = @"hehe"; // 正确！

而不应该是：

__weak NSString *str = @"hehe";  // 错误！

我相信很多人都和我一样，从开始用ARC就一直用上面那种错误的写法。

那这里就有疑问了，既然文档说是错误的，为啥编译器不报错呢？文档又解释道：

Other variants are technically incorrect but are “forgiven” by the compiler. To understand the issue, seehttp://cdecl.org/.

好吧，看来是苹果爸爸（=。=）考虑到很多人会用错，所以在编译器这边贴心地帮我们忽略并处理掉了这个错误：）虽然不报错，但是我们还是应该按照正确的方式去使用这些修饰符，如果你以前也常常用错误的写法，那看到这里记得以后不要这么写了，哪天编译器怒了，再不支持错误的写法，就要郁闷了。

栈中指针默认值为nil

无论是被strong，weak还是autoreleasing修饰，声明在栈中的指针默认值都会是nil。所有这类型的指针不用再初始化的时候置nil了。虽然好习惯是最重要的，但是这个特性更加降低了“野指针”出现的可能性。

在ARC中，以下代码会输出null而不是crash:)

- (void)myMethod 
{
    NSString *name;
    NSLog(@"name: %@", name);
}

ARC与Block

在MRC时代，Block会隐式地对进入其作用域内的对象（或者说被Block捕获的指针指向的对象）加retain，来确保Block使用到该对象时，能够正确的访问。

这件事情在下面代码展示的情况中要更加额外小心。

MyViewController *myController = [[MyViewController alloc] init…];

// 隐式地调用[myController retain];造成循环引用
myController.completionHandler =  ^(NSInteger result) {
   [myController dismissViewControllerAnimated:YES completion:nil];
};

[self presentViewController:myController animated:YES completion:^{
   [myController release]; // 注意，这里调用[myController release];是在MRC中的一个常规写法，并不能解决上面循环引用的问题
}];

在这段代码中，myController的completionHandler调用了myController的方法[dismissViewController...]，这时completionHandler会对myController做retain操作。而我们知道，myController对completionHandler也至少有一个retain（一般准确讲是copy），这时就出现了在内存管理中最糟糕的情况：循环引用！简单点说就是：myController retain了completionHandler，而completionHandler也retain了myController。循环引用导致了myController和completionHandler最终都不能被释放。我们在delegate关系中，对delegate指针用weak就是为了避免这种问题。

不过好在，编译器会及时地给我们一个警告，提醒我们可能会发生这类型的问题：