【转】iPhone/Mac Objective-C内存管理教程和原理剖析
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版本1.1发表于2010-03-08
前言
初学objectice-C的朋友都有一个困惑，总觉得对objective-C的内存管理机制琢磨不透，程序经常内存泄漏或莫名其妙的崩溃。我在这里总结了自己对objective-C内存管理机制的研究成果和经验，写了这么一个由浅入深的教程。希望对大家有所帮助，也欢迎大家一起探讨。
此文涉及的内存管理是针对于继承于NSObject的Class。
一基本原理
Objective-C的内存管理机制与.Net/Java那种全自动的垃圾回收机制是不同的，它本质上还是C语言中的手动管理方式，只不过稍微加了一些自动方法。
1Objective-C的对象生成于堆之上，生成之后，需要一个指针来指向它。
ClassA*obj1=[[ClassAalloc]init];
2Objective-C的对象在使用完成之后不会自动销毁，需要执行dealloc来释放空间（销毁），否则内存泄露。
[obj1dealloc];
这带来了一个问题。下面代码中obj2是否需要调用dealloc？
ClassA*obj1=[[ClassAalloc]init];
ClassA*obj2=obj1;
[obj1hello];//输出hello
[obj1dealloc];
[obj2hello];//能够执行这一行和下一行吗？
[obj2dealloc];
不能，因为obj1和obj2只是指针，它们指向同一个对象，[obj1dealloc]已经销毁这个对象了，不能再调用[obj2hello]和[obj2dealloc]。obj2实际上是个无效指针。
如何避免无效指针？请看下一条。
3Objective-C采用了引用计数(refcount或者retaincount)。对象的内部保存一个数字，表示被引用的次数。例如，某个对象被两个指针所指向（引用）那么它的retaincount为2。需要销毁对象的时候，不直接调用dealloc，而是调用release。release会让retaincount减1，只有retaincount等于0，系统才会调用dealloc真正销毁这个对象。
ClassA*obj1=[[ClassAalloc]init];//对象生成时，retaincount=1
[obj1release];//release使retaincount减1，retaincount=0，dealloc自动被调用,对象被销毁
我们回头看看刚刚那个无效指针的问题，把dealloc改成release解决了吗？
ClassA*obj1=[[ClassAalloc]init];//retaincount=1
ClassA*obj2=obj1;//retaincount=1
[obj1hello];//输出hello
[obj1release];//retaincount=0，对象被销毁
[obj2hello];
[obj2release];
[obj1release]之后，obj2依然是个无效指针。问题依然没有解决。解决方法见下一条。
4Objective-C指针赋值时，retaincount不会自动增加，需要手动retain。
ClassA*obj1=[[ClassAalloc]init];//retaincount=1
ClassA*obj2=obj1;//retaincount=1
[obj2retain];//retaincount=2
[obj1hello];//输出hello
[obj1release];//retaincount=2–1=1
[obj2hello];//输出hello
[obj2release];//retaincount=0，对象被销毁
问题解决！注意，如果没有调用[obj2release]，这个对象的retaincount始终为1，不会被销毁，内存泄露。(1-4可以参考附件中的示例程序memman-no-pool.m)
这样的确不会内存泄露，但似乎有点麻烦，有没有简单点的方法？见下一条。
5Objective-C中引入了autoreleasepool（自动释放对象池），在遵守一些规则的情况下，可以自动释放对象。（autoreleasepool依然不是.Net/Java那种全自动的垃圾回收机制）
5.1新生成的对象，只要调用autorelease就行了，无需再调用release！
ClassA*obj1=[[[ClassAalloc]init]autorelease];//retaincount=1但无需调用release
5.2对于存在指针赋值的情况，代码与前面类似。
ClassA*obj1=[[[ClassAalloc]init]autorelease];//retaincount=1
ClassA*obj2=obj1;//retaincount=1
[obj2retain];//retaincount=2
[obj1hello];//输出hello
//对于obj1，无需调用（实际上不能调用）release
[obj2hello];//输出hello
[obj2release];//retaincount=2-1=1
细心的读者肯定能发现这个对象没有被销毁，何时销毁呢？谁去销毁它？（可以参考附件中的示例程序memman-with-pool.m）请看下一条。
6autoreleasepool原理剖析。（其实很简单的，一定要坚持看下去，否则还是不能理解Objective-C的内存管理机制。）
6.1autoreleasepool不是天生的，需要手动创立。只不过在新建一个iphone项目时，xcode会自动帮你写好。autoreleasepool的真名是NSAutoreleasePool。
NSAutoreleasePool*pool=[[NSAutoreleasePoolalloc]init];
6.2NSAutoreleasePool内部包含一个数组（NSMutableArray），用来保存声明为autorelease的所有对象。如果一个对象声明为autorelease，系统所做的工作就是把这个对象加入到这个数组中去。
ClassA*obj1=[[[ClassAalloc]init]autorelease];//retaincount=1，把此对象加入autoreleasepool中
6.3NSAutoreleasePool自身在销毁的时候，会遍历一遍这个数组，release数组中的每个成员。如果此时数组中成员的retaincount为1，那么release之后，retaincount为0，对象正式被销毁。如果此时数组中成员的retaincount大于1，那么release之后，retaincount大于0，此对象依然没有被销毁，内存泄露。
6.4默认只有一个autoreleasepool，通常类似于下面这个例子。
intmain(intargc,constchar*argv[])
{
NSAutoreleasePool*pool;
pool=[[NSAutoreleasePoolalloc]init];
//dosomething
[poolrelease];
return(0);
}//main
所有标记为autorelease的对象都只有在这个pool销毁时才被销毁。如果你有大量的对象标记为autorelease，这显然不能很好的利用内存，在iphone这种内存受限的程序中是很容易造成内存不足的。例如：
intmain(intargc,constchar*argv[])
{
NSAutoreleasePool*pool=[[NSAutoreleasePoolalloc]init];
inti,j;
for(i=0;i<100;i++)
{
for(j=0;j<100000;j++)
[NSStringstringWithFormat:@"1234567890"];//产生的对象是autorelease的。
}
[poolrelease];
return(0);
}//main
（可以参考附件中的示例程序memman-many-objs-one-pool.m，运行时通过监控工具可以发现使用的内存在急剧增加，直到pool销毁时才被释放）你需要考虑下一条。
7Objective-C程序中可以嵌套创建多个autoreleasepool。在需要大量创建局部变量的时候，可以创建内嵌的autoreleasepool来及时释放内存。（感谢网友hhyytt和neogui的提醒，某些情况下，系统会自动创建autoreleasepool,请参见第四章）
intmain(intargc,constchar*argv[])
{
NSAutoreleasePool*pool=[[NSAutoreleasePoolalloc]init];
inti,j;
for(i=0;i<100;i++)
{
NSAutoreleasePool*loopPool=[[NSAutoreleasePoolalloc]init];
for(j=0;j<100000;j++)
[NSStringstringWithFormat:@"1234567890"];//产生的对象是autorelease的。
[loopPoolrelease];
}
[poolrelease];
return(0);
}//main
（可以参考附件中的示例程序memman-many-objs-many-pools.m，占用内存的变化极小）
二口诀与范式
1口诀。
1.1谁创建，谁释放（类似于“谁污染，谁治理”）。如果你通过alloc、new或copy来创建一个对象，那么你必须调用release或autorelease。换句话说，不是你创建的，就不用你去释放。
例如，你在一个函数中alloc生成了一个对象，且这个对象只在这个函数中被使用，那么你必须在这个函数中调用release或autorelease。如果你在一个class的某个方法中alloc一个成员对象，且没有调用autorelease，那么你需要在这个类的dealloc方法中调用release；如果调用了autorelease，那么在dealloc方法中什么都不需要做。
1.2除了alloc、new或copy之外的方法创建的对象都被声明了autorelease。
1.3谁retain，谁release。只要你调用了retain，无论这个对象是如何生成的，你都要调用release。有时候你的代码中明明没有retain，可是系统会在默认实现中加入retain。不知道为什么苹果公司的文档没有强调这个非常重要的一点，请参考范式2.7和第三章。
2范式。
范式就是模板，就是依葫芦画瓢。由于不同人有不同的理解和习惯，我总结的范式不一定适合所有人，但我能保证照着这样做不会出问题。
2.1创建一个对象。
ClassA*obj1=[[ClassAalloc]init];
2.2创建一个autorelease的对象。
ClassA*obj1=[[[ClassAalloc]init]autorelease];
2.3Release一个对象后，立即把指针清空。（顺便说一句，release一个空指针是合法的，但不会发生任何事情）
[obj1release];
obj1=nil;
2.4指针赋值给另一个指针。
ClassA*obj2=obj1;
[obj2retain];
//dosomething
[obj2release];
obj2=nil;
2.5在一个函数中创建并返回对象，需要把这个对象设置为autorelease
ClassA*Func1()
{
ClassA*obj=[[[ClassAalloc]init]autorelease];
returnobj;
}
2.6在子类的dealloc方法中调用基类的dealloc方法
-(void)dealloc
{
…
[superdealloc];
}
2.7在一个class中创建和使用property。
2.7.1声明一个成员变量。
ClassB*objB;
2.7.2声明property，加上retain参数。
@property(retain)ClassB*objB;
2.7.3定义property。（property的默认实现请看第三章）
@synthesizeobjB;
2.7.4除了dealloc方法以外，始终用.操作符的方式来调用property。
self.objB或者objA.objB
2.7.5在dealloc方法中release这个成员变量。
[objBrelease];
示例代码如下（详细代码请参考附件中的memman-property.m，你需要特别留意对象是在何时被销毁的。）：
@interfaceClassA:NSObject
{
ClassB*objB;
}
@property(retain)ClassB*objB;
@end
@implementationClassA
@synthesizeobjB;
-(void)dealloc
{
[objBrelease];
[superdealloc];
}
@end
2.7.6给这个property赋值时，有手动release和autorelease两种方式。
voidfuncNoAutorelease()
{
ClassB*objB1=[[ClassBalloc]init];
ClassA*objA=[[ClassAalloc]init];
objA.objB=objB1;
[objB1release];
[objArelease];
}
voidfuncAutorelease()
{
ClassB*objB1=[[[ClassBalloc]init]autorelease];
ClassA*objA=[[[ClassAalloc]init]autorelease];
objA.objB=objB1;
}
三@property(retain)和@synthesize的默认实现
在这里解释一下@property(retain)ClassB*objB;和@synthesizeobjB;背后到底发生了什么(retainproperty的默认实现)。property实际上是getter和setter，针对有retain参数的property，背后的实现如下（请参考附件中的memman-getter-setter.m，你会发现，结果和memman-property.m一样）：
@interfaceClassA:NSObject
{
ClassB*objB;
}
-(ClassB*)getObjB;
-(void)setObjB:(ClassB*)value;
@end
@implementationClassA
-(ClassB*)getObjB
{
returnobjB;
}
-(void)setObjB:(ClassB*)value
{
if(objB!=value)
{
[objBrelease];
objB=[valueretain];
}
}
在setObjB中，如果新设定的值和原值不同的话，必须要把原值对象release一次，这样才能保证retaincount是正确的。
由于我们在class内部retain了一次（虽然是默认实现的），所以我们要在dealloc方法中release这个成员变量。
-(void)dealloc
{
[objBrelease];
[superdealloc];
}
四系统自动创建新的autoreleasepool
在生成新的RunLoop的时候，系统会自动创建新的autoreleasepool（非常感谢网友hhyytt和neogui的提醒）。注意，此处不同于xcode在新建项目时自动生成的代码中加入的autoreleasepool，xcode生成的代码可以被删除，但系统自动创建的新的autoreleasepool是无法删除的（对于无GarbageCollection的环境来说）。Objective-C没有给出实现代码，官方文档也没有说明，但我们可以通过小程序来证明。
在这个小程序中，我们先生成了一个autoreleasepool，然后生成一个autorelease的ClassA的实例，再在一个新的runloop中生成一个autorelease的ClassB的对象（注意，我们并没有手动在新runloop中生成autoreleasepool）。精简的示例代码如下，详细代码请见附件中的memman-run-loop-with-pool.m。
intmain(intargc,char**argv)
{
NSLog(@"createanautorelasePool\n");
NSAutoreleasePool*pool=[[NSAutoreleasePoolalloc]init];
NSLog(@"createaninstanceofClassAandautorelease\n");
ClassA*obj1=[[[ClassAalloc]init]autorelease];
NSDate*now=[[NSDatealloc]init];
NSTimer*timer=[[NSTimeralloc]initWithFireDate:now
interval:0.0
target:obj1
selector:@selector(createClassB)
userInfo:nil
repeats:NO];
NSRunLoop*runLoop=[NSRunLoopcurrentRunLoop];
[runLoopaddTimer:timerforMode:NSDefaultRunLoopMode];
[timerrelease];
[nowrelease];
[runLooprun];//在新loop中调用一函数，生成ClassB的autorelease实例
NSLog(@"releasingautorelasePool\n");
[poolrelease];
NSLog(@"autorelasePoolisreleased\n");
return0;
}
输出如下：
createanautorelasePool
createaninstanceofClassAandautorelease
createaninstanceofClassBandautorelease
ClassBdestroyed
releasingautorelasePool
ClassAdestroyed
autorelasePoolisreleased
注意在我们销毁autoreleasepool之前，ClassB的autorelease实例就已经被销毁了。
有人可能会说，这并不能说明新的runloop自动生成了一个新的autoreleasepool，说不定还只是用了老的autoreleasepool，只不过后来drain了一次而已。我们可以在main函数中不生成autoreleasepool。精简的示例代码如下，详细代码请见附件中的memman-run-loop-without-pool.m。
intmain(intargc,char**argv)
{
NSLog(@"NoautorelasePoolcreated\n");
NSLog(@"createaninstanceofClassA\n");
ClassA*obj1=[[ClassAalloc]init];
NSDate*now=[[NSDatealloc]init];
NSTimer*timer=[[NSTimeralloc]initWithFireDate:now
interval:0.0
target:obj1
selector:@selector(createClassB)
userInfo:nil
repeats:NO];
NSRunLoop*runLoop=[NSRunLoopcurrentRunLoop];
[runLoopaddTimer:timerforMode:NSDefaultRunLoopMode];
[timerrelease];
[nowrelease];
[runLooprun];//在新loop中调用一函数，生成ClassB的autorelease实例
NSLog(@"ManuallyreleasetheinstanceofClassA\n");
[obj1release];
return0;
}
输出如下：
NoautorelasePoolcreated
createaninstanceofClassA
createaninstanceofClassBandautorelease
ClassBdestroyed
ManuallyreleasetheinstanceofClassA
ClassAdestroyed
我们可以看出来，我们并没有创建任何autoreleasepool，可是ClassB的实例依然被自动销毁了，这说明新的runloop自动创建了一个autoreleasepool，这个pool在新的runloop结束的时候会销毁自己（并自动release所包含的对象）。
补充说明
在研究retaincount的时候，我不建议用NSString。因为在下面的语句中，
NSString*str1=@”constantstring”;
str1的retaincount是个很大的数字。Objective-C对常量字符串做了特殊处理。
当然，如果你这样创建NSString，得到的retaincount依然为1
NSString*str2=[NSStringstringWithFormat:@”123”];