《Objective-C高级编程 iOS与OS X多线程和内存管理》学习笔记——第一章自动引用计数

一、什么是自动引用计数

顾名思义，自动引用计数（ARC）是指内存管理中对引用采取自动计数的计数，以下摘自苹果官方的说明：

在objective-c中采用ARC机制，让编译器来进行内存管理。在新一代Apple LLVM编译器中设置ARC为有效状态，就无需再次键入retain或者release代码，着在降低程序崩溃、内存泄漏等风险的同时，很大程度上减少了开发程序的工作量。编译器完全清楚目标对象，并能立刻释放那些不再被使用的对象。如此一来，应用程序将具有可预测性，且能流畅运行，速度也将大幅提升。

ARC模式需要满足以下条件：

使用xcode4.2或以上版本；
使用LLVM编译器3.0或以上版本；
编译器选项中设置ARC为有效；

二、内存管理/引用计数

1、概要

2、内存管理的思考方式

自己生成的对象，自己所持有（alloc，new，copy，mutableCopy）；
非自己生成的对象，自己也能持有（retain）；
不再需要自己持有的对象要释放（release，dealloc）；
非自己持有的对象无法释放；



有关objective-c内存管理的方法，实际上不包括在该语言中，而是包含在cocoa框架中用于OS X、iOS应用开发。cocoa框架中foundation框架类库的NSObject担负内存管理的职责。objective-c内存管理中的 alloc/retain/release/dealloc 方法分别指向 NSObject 类的alloc类方法、retain类方法、release实例方法和dealloc实例方法；

/*
自己生成的对象，自己所持有；
使用一下名称开头的方法名意味着自己生成的对象只有自己持有：
*alloc
*new
*copy
*mutableCopy
*/

//自己生成并持有对象
id obj = [[NSObject alloc] init];
//自己持有对象

/*
非自己生成的对象，自己也能持有；
*/

//取得非自己生成并持有的对象
id obj = [NSMutableArray array];
//取得的对象存在，但自己不持有对象
[obj retain];
//自己持有对象

/*
不再需要自己持有的对象时释放；
自己持有的对象，一旦不再需要，持有者有义务释放该对象。释放使用release方法；
*/

//自己生成并持有对象
id obj = [[NSObject alloc] init];
//自己持有对象
[obj release];
//释放对象，指向对象的指针仍然被保留在变量obj中，貌似能够访问，但事实上对象一经释放绝对不能访问，访问会导致程序崩溃；

/*
无法释放非自己持有的对象；
如果在应用程序中释放了非自己持有的对象就会造成崩溃；
*/

//自己生成并持有对象
id obj = [[NSObject alloc] init];
//自己持有对象
[obj release];
//对象已释放
[obj release];
//释放之后再次释放已非自己持有的对象，程序崩溃

3、alloc/retain/release/dealloc实现

对象的引用计数可通过retainCount实例方法取得；

id obj = [[NSObject alloc] init];
NSLog(@"retainCount = %d", [obj retainCount]);
//显示结果：retainCount = 1

在GNUsetp中的实现，具体总结如下：

在objective-c的对象中存在引用计数这一整数值；
调用alloc或是retain方法后，引用计数值加1；
调用release后，引用计数值减1；
引用计数值为0时，调用dealloc方法废弃对象；

4、苹果的实现

+alloc
+allocWithZone:
class_createInstance
calloc

alloc类方法首先调用allocWithZone:类方法，然后调用class_createInstance函数，最后通过调用calloc分配内存块；

苹果的实现大概就是采用散列表（引用计数表）来管理引用计数；

GNUstep将引用计数保存在对象占用内存块头部的变量中，苹果的实现，则是保存在引用计数表的记录中；

（GNUstep）通过内存块头部管理引用计数的好处如下：

少量代码即可完成；
能够统一管理引用计数内存块与对象用内存块；

（苹果）通过引用计数表管理计数的好处如下：

对象用内存块的分配无需考虑内存块头部；
引用计数表各记录中有内存块地址，可从各个记录追溯到各对象的内存块；

5、autorelease

{
int a;
}
/*
因为超出变量作用域，自动变量“int a”被废弃，不可再访问；
*/

autorelease会像C语言的自动变量那样来对待对象实例。当超出其作用域（相当于变量作用域）时，对象实例的release实例方法被自动调用；

autorelease的具体使用方法如下：

生成并持有NSAutoreleasePool对象；
调用已分配对象的autorelease实例方法；
废弃NSAutoreleasePool对象；



NSAutoreleasePool对象的生存周期相当于C语言变量的作用域。对于所有调用过autorelease实例方法的对象，在废弃NSAutoreleasePool对象时，都将调用release实例方法，用源代码表示如下：

NSAutoreleasePool *pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];
id obj = [[NSObject alloc] init];
[obj autorelease];
[pool drain];
//最后一行“[pool drain]”等同于"[obj release]"

在cocoa框架中，相当于程序主循环的NSRunLoop或者在其他程序可运行的地方，对NSAutoreleasePool对象进行生成、持有和废弃处理。因此，应用程序开发者不一定非得使用NSAutoreleasePool对象来进行开发工作。



6、autorelease实现

//GNUstep/modules/core/base/Source/NSObject.m autorelease
-(id)autrelease
{
[NSAutoreleasePool addObject:self];
}

autorelease实例方法的本质就是调用NSAutoreleasePool对象的addObject类方法；

7、苹果的实现

三、ARC规则

1、概要

同一个程序中按文件单位可以选择ARC 有效/无效；

设置ARC有效的编译方法如下：

使用clang（LLVM编译器）3.0或以上版本；
指定编译器属性为“-fobc-arc”；

xcode4.2默认设定为所有的文件ARC有效；

2、内存管理的思考方式

自己生成的对象，自己所持有；
非自己生成的对象，自己也能持有；
自己持有的对象不再需要时释放；
非自己持有的对象无法释放；

3、所有权修饰符

ARC有效时，id类型和对象类型同C语言其他类型不同，其类型
4000
上必须附加所有权修饰符，所有权修饰符一共有4种：

__strong 修饰符
__weak 修饰符
__unsafe_unretained 修饰符
__autoreleasing 修饰符
__strong 修饰符：

__strong修饰符是id类型和对象类型默认的所有权修饰符，在没有明确指定所有权修饰符时，默认为__strong修饰符，代码如下：

id obj = [[NSObject alloc] init];
//等价于以下代码
id __strong obj = [[NSObject alloc] init];

//上述源代码在ARC无效时的表述
id obj = [[NSObject alloc] init];
//ARC无效
{
id __strong obj = [[NSObject alloc] init];
}
//该源代码等价于下列代码
{
id obj = [[NSObject alloc] init];
[obj release];
}

如上述代码所示，附加__strong 修饰符的变量obj在超出其变量作用域时，即在该变量被废弃时，会释放其被赋予的对象；

__strong修饰符表示对对象的“强引用”，持有强引用的变量在超出其作用域时被废弃，随着强引用的失效，引用的对象会随之释放；

{
//自己生成并持有对象
id __strong obj = [[NSObject alloc] init];
//因为变量obj为强引用，所以自己持有对象
}
//因为变量Obj超出其作用域，强引用失效，所以自动地释放自己持有的对象，对象的所有者不存在，因此废弃该对象

{
//取得非自己生成并持有对象
id __strong obj = [NSMutableArray array];
//因为变量obj为强引用，所以自己持有对象
}
//因为变量obj超出其作用域，强引用失效，所以自动地释放自己持有的对象

“自己生成的对象，自己持有”和“非自己生成的对象，自己也能持有”只需通过对带__strong 修饰符的变量赋值便可达成。通过废弃带__strong修饰符的变量（变量作用域结束或是成员变量所需对象废弃）或对变量赋值，都可以做到“不再需要自己所持有的对象时释放”。“非自己持有的对象无法释放”，由于不必再次键入release，所以原本就不会执行。

因为id类型和对象类型的所有权修饰符默认为__strong修饰符，所以不需要写上“__strong”；

__weak修饰符：

循环引用容易发生内存泄漏，所谓内存泄漏就是应该废弃的对象在超出其生存周期后继续存在；对象持有其自身时（指针指向自身），也会发生循环引用；

__weak修饰符与__strong修饰符相反，提供弱引用。强引用和弱引用广义区别：

强引用的存亡直接影响对象是否被释放，当修饰对象超出作用域，强引用失效，对象随之被释放；
弱引用除了不能决定对象是否被释放之后，其他跟强引用一样。不管对象是否被弱引用修饰，只要没有强引用指向该对象，对象就会被释放；

在持有某对象的弱引用时，若该对象被废弃，则此弱引用将自动失效且处于nil被赋值的状态（空弱引用）。

__unsafe_unretained 修饰符：

尽管ARC式的内存管理是编译器的工作，但附有__unsafe_unretained修饰符的变量不属于编译器的内存管理对象；

__unsafe_unretained修饰符的变量同附有__weak修饰符的变量一样，因为自己生成并持有的对象不能继续为自己所有，所以生成的对象会立即被释放；

赋值给附有__unsafe_unretained修饰符变量的对象在通过该变量使用时，如果没有确保其确实存在，程序就会崩溃；

__autoreleasing 修饰符：

ARC有效autorelease不能使用，也不能使用NSAutoreleasePool类；

//ARC有效时，源代码也能写成下面这样
@autoreleasepool{
id __autoreleasing obj = [[NSObject alloc] init];
}

在ARC有效时，用@autoreleasepool块替代NSAutoreleasePool类，用附有 __autoreleasing 修饰符的变量替代 autorelease 方法；
以下总结默认基于ARC无效情况下，如果是基于ARC有效的情况下，会说明；

（1）不管这个对象是在自动释放池内还是外部创建的，当你向一个对象发送一个autorelease消息时，cocoa就会将该对象放入到最近的自动释放池中，并返回一个self；自动释放池结束销毁时（drain），统一对里面的对象调用release方法，引用计数减1；

（2）@autoreleasepool可以嵌套使用；

（3）对象执行autorelease方法后自身引用计数不会改变，而且会返回对象本身，当autoreleasepool销毁时，池中的对象引用计数才会减1；

（4）autoreleasepool存储于内存中的栈中，遵循”先进后出“原则；

//自动释放池1
@autoreleasepool{
Person *person = [[[Person alloc] init] autorelease];

//自动释放池2
@autoreleasepool{
Person *person2 = [[[Person alloc] init] autorelease];
}
}
（5）如果把一个对象重复加到自动释放池如[person autorelease];[person autorelease];那么会出错。调用几次autorelease方法，在自动释放池中就释放几次，第一次自动释放对象引用计数为0，已经被销毁；第二次释放时，person变成了野指针；
（6）在ARC机制中，我们用@property声明的成员变量，建议用strong修饰符；

（7）autorelease实际上只是把对release的调用延迟了，对于每一个autorelease，系统只是把对象添加到最近的autoreleasepool中，当该pool被释放时，该pool中的所有对象会被调用release方法；

4、规则

不能使用 retain/release/retainCount/autorelease
不能使用 NSAllocateObject/NSDeallocateObject
须遵守内存管理的方法命名规则
不要显示调用dealloc
使用 @autorelease 块代替NSAutoreleasePool
不能使用区域（NSZone）
对象型变量不能作为C语言结固体的成员
显示转换“id”和"void *"

不要显示调用dealloc：

无论ARC是否有效，只要对象的所有者都不持有对象，该对象就被废弃。对象被废弃时，不管ARC是否有效，都会调用对象的dealloc方法：

dealloc方法在大多数情况下还适用于删除已注册的代理或观察者对象；

-(void)dealloc{
[[NSNotificationCenter defaultCenter] removeObserver:self];
}

在ARC无效时必须像下面这样调用[super dealloc];

-(void)dealloc{
[super dealloc];
}

ARC有效时会遵循无法显示调用dealloc这一规则，如果使用就会同release等方法一样，引起编译错误；

5、属性

当ARC有效时，以下可作为这种属性声明转给你使用的属性来用：



6、数组

四、ARC的实现

1、__strong修饰符

2、__weak修饰符

若附有__weak修饰符的变量所引用的对象被废弃，则将nil赋值给对象；
使用附有__weak修饰符的变量，即是使用注册到autoreleasepool中的对象；

3、__autoreleasing修饰符

4、引用计数