iPhone/Mac Objective-C内存储器管理教程和原理剖析 1
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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。
1 Objective-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 = [[ClassA alloc] init];
2 Objective-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。
[obj1 dealloc];
这带来了一个问题。下面代码中 obj2是否需要调用 dealloc？
ClassA *obj1 = [[ClassA alloc] init];
ClassA *obj2 = obj1;
[obj1 hello]; //输出 hello
[obj1 dealloc];
[obj2 hello]; //能够执行这一行和下一行吗？
[obj2 dealloc];
不能，因为 obj1和 obj2只是指针，它们指向同一个对象， [obj1 dealloc]已经销毁这个对象了，不能再调用 [obj2 hello]和 [obj2 dealloc]。 obj2实际上是个无效指针。
如何避免无效指针？请看下一条。
3 Objective-C采用了引用计数 (ref count或者 retain count)。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 retain count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 retain count减 1，只有 retain count等于 0，系统才会调用 dealloc真正销毁这个对象。
ClassA *obj1 = [[ClassA alloc] init]; //对象生成时， retain count = 1
[obj1 release]; //release使 retain count减 1， retain count = 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 = [[ClassA alloc] init]; //retain count = 1
ClassA *obj2 = obj1; //retain count = 1
[obj1 hello]; //输出 hello
[obj1 release]; //retain count = 0，对象被销毁
[obj2 hello];
[obj2 release];
[obj1 release] 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。
4 Objective-C指针赋值时， retain count不会自动增加，需要手动 retain。
ClassA *obj1 = [[ClassA alloc] init]; //retain count = 1
ClassA *obj2 = obj1; //retain count = 1
[obj2 retain]; //retain count = 2
[obj1 hello]; //输出 hello
[obj1 release]; //retain count = 2 – 1 = 1
[obj2 hello]; //输出 hello
[obj2 release]; //retain count = 0，对象被销毁
问题解决！注意，如果没有调用 [obj2 release]，这个对象的 retain count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。
5 Objective-C中引入了 autorelease pool（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。（ autorelease pool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 = [[[ClassA alloc] init] autorelease]; //retain count = 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 = [[[ClassA alloc] init] autorelease]; //retain count = 1
ClassA *obj2 = obj1; //retain count = 1
[obj2 retain]; //retain count = 2
[obj1 hello]; //输出 hello
//对于 obj1，无需调用（实际上不能调用） release
[obj2 hello]; //输出 hello
[obj2 release]; //retain count = 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。
6 autorelease pool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。）
6.1 autorelease pool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。 autorelease pool的真名是 NSAutoreleasePool。
NSAutoreleasePool *pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];
6.2 NSAutoreleasePool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 = [[[ClassA alloc] init] autorelease]; //retain count = 1，把此对象加入 autorelease pool中
6.3 NSAutoreleasePool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 retain count为 1，那么 release之后， retain count为 0，对象正式被销毁。如果此时数组中成员的 retain count大于 1，那么 release之后， retain count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 autorelease pool，通常类似于下面这个例子。
int main (int argc, const char *argv[])
{
NSAutoreleasePool *pool;
pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];
// do something
[pool release];
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：
int main (int argc, const char *argv[])
{
NSAutoreleasePool *pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];
int i, j;
for (i = 0; i < 100; i++ )
{
for (j = 0; j < 100000; j++ )
[NSString stringWithFormat:@"1234567890"];// 产生的对象是 autorelease的。
}
[pool release];
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。
7 Objective-C程序中可以嵌套创建多个 autorelease pool。在需要大量创建局部变量的时候，可以创建内嵌的 autorelease pool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 autorelease pool, 请参见第四章）
int main (int argc, const char *argv[])
{
NSAutoreleasePool *pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];
int i, j;
for (i = 0; i < 100; i++ )
{
NSAutoreleasePool *loopPool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];
for (j = 0; j < 100000; j++ )
[NSString stringWithFormat:@"1234567890"];// 产生的对象是 autorelease的。
[loopPool release];
}
[pool release];
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）