iOS内存管理

1.引用计数式内存管理的思考方式

• 自己生成的对象，自己持有
• 非自己生成的对象，自己也能持有
• 不在需要自己持有的对象时释放
• 非自己持有的对象无法释放

2.alloc方法

+ alloc
+ allocWithZone:
class_creatInstance
calloc

调用alloc方法首先调用allocWithZone:类方法，然后调用class_creatInstance函数，最后调用calloc来分配内存块。

3.retainCount/retain/release 方法

- retainCount
__CFDoExternRefOperation
CFBasicHashGetCountOfKey

-  retain
__CFDoExternRefOperation
CFBasicHashAddValue

- retainCount
__CFDoExternRefOperation
CFBasicHashRemoveValue //CFBasicHashRemoveValue 为0时，-release调用dealloc

各个方法都通过同一个__CFDoExternRefOperation函数，调用一系列名称相似的函数。并且从函数名看出苹果采用散列表（引用计数表）来管理引用计数，表键值为内存块地址的散列值。然而GNUStep将引用计数保存在对象占用内存块头部的变量中（objc_layout这个结构体中）。

• 内存块头部管理引用计数的好处：

  1. 少量代码皆可完成
  2. 能够统一管理引用计数内存块与对象内存块。

• 引用技术表管理引用计数的好处：
  1. 对象内存快的分配无需考虑内存块头部

  1. 引用计数表各记录中存有内存块地址，可从各个记录追溯到各个内存块。

第二条特征在调试时很重要，即使出现故障导致对象占用的内存块损坏，但只要引用计数表没有被损坏，就能够确认各个内存块的地址

4.autorelease方法

1. NSAutoreleasePool是通过以AutoreleasePoolPage为结点的双向链表来实现的。AutoreleasePoolPage是一个C++实现的类，类结构如图：
   

   • magic 用来校验 AutoreleasePoolPage 的结构是否完整。
   • next 指向最新添加的 autoreleased 对象的下一个位置，初始化时指向 begin()。
   • thread 指向当前线程。
   • parent 指向父结点，第一个结点的 parent 值为 nil。
   • child 指向子结点，最后一个结点的 child 值为 nil。
   • depth 代表深度，从 0 开始，往后递增 1。
   • hiwat 代表 high water mark。
2. AutoreleasePoolPage每个对象会开辟4096字节内存（也就是虚拟内存一页的大小），除了实例变量所占空间，剩下的空间全部用来储存autorelease对象的地址内存结构如图：
   

3. 在Cocoa框架中，NSRunloop每次循环过程中NSAutoreleasePool对象被生成或废弃。在大量产生autorelease对象时，只要不废弃NSAutoreleasePool那么生成的对象就不能被释放，在此情况下有时会产生内存不足的现象，因此有必要适当的生成，持有和废弃NSAutoreleasePool。通常在使用Objective-C,无论调用哪一个对象的autorelease/retain方法，实现上都是调用NSObject类的autorelease/retain实例方法，但是对于NSAutoreleasePool类，autorelease/retain实例方法已被重写，因此运行时会出错(exception)。autorelease实际上把对象的释放时机交给NSAutoreleasePool管理，使用方法如下：

   • 生成并持有NSAutoreleasePool对象。

     NSAutoreleasePool *pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init]; // 等同于 objc_autoreleasePoolPush()

   • 调用已分配对象的autorelease实例方法。

     id obj = [[NSObject alloc] init];
     [obj autorelease]; // 等同于 objc_autorelease()obj

   • 废弃NSAutoreleasPool对象(自动调用分配对象的release)。

     [pool drain]; // 等同于 objc_autoreleasePoolPop(pool)

5.ARC规则

ARC(Automatic Reference Counting)是编译阶段自动做了retain/release，原先需要手动添加处理引用计数的代码可以自动地由编译器完成，但实际上只有编译器是无法完全胜任的，在此基础上还需要Objective-C运行时库协助。同一程序中按文件单位可以选择ARC有效和无效。Core Foundation中的malloc()或者free()等，还是需要自己手动进行内存管理。ARC规则如下

1. 不能使用retain/release/retainCount/autorelease。
2. 不能使用NSAllocateObject/NSDeallocateObject。
3. 必须遵守内存管理的方法命名规则。
4. 不要显式调用dealloc。
5. 使用@autoreleasepool块代替NSAutoreleasePool。
6. 不能使用区域。
   虽说ARC有效时，不能使用区域（NSZone)。不管ARC是否有效，区域在现在的运行时系统（编译器宏__OBJC2__）中已单纯的被忽略

7. 对象型变量不能作为C语言结构体的成员。

   struct Data {
       NSMutableArray *array; /* error: ARC forbids Objective-C objs in structs or unions  NSMutableArray *array */
   }
   /* 要把对象型白能量加入到结构体成员中时，可强制转换为void *(见下一条规则)或是附加“__unsafe_unreatained”修饰符。但是附有“__unsafe_unreatained”修饰的变量不属于编译器的内存管理对象，可能造成内存泄露或者崩溃。*/
    struct Data {
       NSMutableArray __unsafe_unreatained *array; /
   }

8. 显式转换“id” 和 “void”。

   • 在MRC下"id"和"void *"可以强制转换，但在ARC下编译器报错，代码如下：

     id obj = [[NSObject alloc] init];
     void *p = obj;   // ARC编译报错
     
     id o = p;  // ARC编译报错
     [o release];

   • ARC情况下要用 "bridge转换"，但是ARC不推荐此用法，这种转换经常用在Objective-C和Core Foundation对象之间的相互变换。

     • __bridge转换：只做类型转换，在不改变对象的引用计数，可能会造成悬垂指针而导致程序崩溃。

     • __bridge_retained转换：可使目标变量也持有赋值对象。对象引用计数加1。以下是ARC和MRC等价的代码

       // ARC
       id obj = [[NSObject alloc] init];
       void *p = (__bridge_retained void *)obj;
       // 等效 MRC 代码
       id obj = [NSObject alloc] init];
       void *p = (void *)obj;
       [(id)p retain];

     • __bridge_transfer转换：被转换的变量所持有的对象在赋值给目标变量后随之释放。

       // ARC 
       ① (void)(__bridge_transfer id)p; //指定返回结果为void ,不利用返回值 对象引用计数减1
       ② id obj = (__bridge_transfer id)p; // 如果返回值赋值给目标变量，转换后对象引用计数不变
       // 等效 MRC 代码
       ① [p release];
       ② id obj = (id)p; [obj retain];[(id)p release];

6.所有权修饰符

1. __strong修饰符：对对象实例的强引用，是id类型或对象类型的默认所有权修饰符。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。

   // 以下两行代码是等效的
   id obj = [[NSObject alloc] init];
   id __strong obj = [[NSObject alloc] init];

2. __weak修饰符：提供弱引用，弱引用不能持有对象实例，与__strong修饰符相反。可用来解决循环引用造成的内存泄露问与题。
3. __unsafe_unretained修饰符：不安全的所有权修饰符，尽管ARC式的内存管理属于编译器的工作，但附有__unsafe_unretained修饰符的变量不属于编译器的内存管理对象，既不持有对象的强引用也不持有对象的弱引用，对象的可能随时被释放，访问释放的对象运行时会崩溃。

4. __autoreleasing修饰符：对象变量要为自动变量（包含局部变量、函数以及方法参数）。利用“__objc_autoreleasePoolPrint()”调试autoreleasepool上的对象

   • 等价于MRC时调用对象的autorelease方法。以下两段代码等效:

     // MRC
     NSAutoreleasePool *pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];
     id obj = [[NSObject alloc] init];
     [obj autorelease];
     [pool drain];
     // ARC
     @autoreleasepool {
         id __autoreleasing obj = [[NSObject alloc] init];
     }

   • 显式的附加__autoreleasing修饰符和显式度附加__strong修饰符一样“罕见”，有些情况下非
     显式的声明__autoreleasing修饰符也是可以的,这些情况会自动将对象注册到自动释放池。
     1.非自己生成并持有的对象

     @autoreleasepool {
         id  obj = [NSMutableArray array];
         // 变量obj为对象的强引用（默认__strong），编译器判断方法名后(非alloc/new等)自动注册大autoreleasepool
     }

     2.id的指针和对象的指针（二级指针）在没有显示的指定时会被附加上__autoreleasing修饰符。

      NSError *error = nil; //所有权为__strong类型
      NSError **pError = &error; //编译出错， NSError * (对象)默认为_autoreleasing类型，赋值前后所有权不匹配。
      NSError * __strong *pError = &error; //编译正确

     3.自己生成并持有的对象作为返回值

     + (id)array {
         id obj = [[NSMutableArray alloc] init];
         return obj;
       }

     4.虽然__weak修饰符是为了避免循环引用而使用的，但访问附有__weak修饰符的变量时实j 际上必定要访问注册到autoreleasepool的对象为了避免该对象被废弃，注册到autoreleasepool之后可以保证在autoreleasepool块结束之前对象存在。

      id __weak obj1 = obj0;
      NSLog(@"class = %@",[obj1 class]);
      // 以下代码和以上代码相同
      id __weak obj1 = obj0;
      id __autoreleasing tmp = obj1;
      NSLog(@"class = %@",[tmp class]);
      

7.引用计数查看

Apple 提供一些方法查看对象的引用计数，但是并不能完全信任这些函数提供的引用计数值。对于已释放的对象一级不正确的对象地址，有时 也返回”1“，在多线程中，因为存在竞态条件的问题，所以取得的的数值不一定可信。

 [object retainCount]; //得到object的引用计数,此方法仅仅适用于MRC
  _objc_rootRetainCount(object); // ARC和MRC适用，头文件声明：OBJC_EXTERN int _objc_rootRetainCount(id);