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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[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。
3 Objective-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 = [[ClassA alloc] init]; //对象生成时，retaincount = 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，retaincount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
[obj2retain]; //retain count = 2
[obj1hello]; //输出hello
[obj1release]; //retain count = 2 – 1 = 1
[obj2hello]; //输出hello
[obj2release]; //retain count = 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。
5 Objective-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 = [[[ClassA alloc] 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 = [[[ClassA alloc] init] autorelease]; //retain count = 1
ClassA*obj2 = obj1; //retain count = 1
[obj2retain]; //retain count = 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]; //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 autoreleasepool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 autoreleasepool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 = [[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autoreleasepool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 (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：
intmain (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++ )
[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。
7 Objective-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 (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++ )
[NSStringstringWithFormat:@"1234567890"];//产生的对象是autorelease的。
[loopPool release];
}
[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 =[[ClassA alloc] init];
2.2 创建一个autorelease的对象。
ClassA *obj1 =[[[ClassA alloc] init] autorelease];
2.3 Release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）
[obj1 release];
obj1 = nil;
2.4 指针赋值给另一个指针。
ClassA *obj2 = obj1;
[obj2 retain];
//do something
[obj2 release];
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];
return obj;
}
2.6 在子类的dealloc方法中调用基类的dealloc方法
-(void)dealloc
{
…
[super dealloc];
}
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）
@synthesize objB;
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。
[objB release];
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;
@implementationClassA
@synthesizeobjB;
-(void)dealloc
{
[objB release];
[super dealloc];
}
2.7.6 给这个property赋值时，有手动release和autorelease两种方式。
voidfuncNoAutorelease()
{
ClassB *objB1 = [[ClassB alloc]init];
ClassA *objA = [[ClassA alloc]init];
objA.objB = objB1;
[objB1 release];
[objA release];
}
voidfuncAutorelease()
{
ClassB *objB1 = [[[ClassB alloc]init]autorelease];
ClassA *objA = [[[ClassA alloc]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(retain property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）：
ClassA : NSObject
{
ClassB *objB;
}
-(ClassB *) getObjB;
-(void) setObjB:(ClassB *) value;
@implementation ClassA
-(ClassB*) getObjB
{
return objB;
}
-(void) setObjB:(ClassB*) value
{
if (objB != value)
{
[objB release];
objB = [value retain];
}
}
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retain count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
{
[objB release];
[super dealloc];
}
四 系统自动创建新的autorelease pool
在生成新的RunLoop的时候，系统会自动创建新的autorelease pool（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autorelease pool，xcode生成的代码可以被删除，但系统自动创建的新的autorelease pool是无法删除的（对于无Garbage Collection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autorelease pool，然后生成一个autorelease的ClassA的实例，再在一个新的run loop中生成一个autorelease的ClassB的对象（注意，我们并没有手动在新run loop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(int argc, char**argv)
{
NSLog(@"create anautorelasePool\n");
NSAutoreleasePool *pool =[[NSAutoreleasePool alloc] init];
NSLog(@"create an instance ofClassA and autorelease\n");
ClassA *obj1 = [[[ClassA alloc] init]autorelease];
NSDate *now = [[NSDate alloc] init];
NSTimer *timer = [[NSTimer alloc] initWithFireDate:now
interval:0.0
target:obj1
selector:@selector(createClassB)
userInfo:nil
repeats:NO];
NSRunLoop *runLoop = [NSRunLoopcurrentRunLoop];
[runLoop addTimer:timerforMode:NSDefaultRunLoopMode];
[timer release];
[now release];
[runLoop run]; //在新loop中调用一函数，生成ClassB的autorelease实例
NSLog(@"releasing autorelasePool\n");
[pool release];
NSLog(@"autorelasePool isreleased\n");
return 0;
}
输出如下：
create anautorelasePool
create an instance ofClassA and autorelease
create an instance ofClassB and autorelease
ClassB destroyed
releasing autorelasePool
ClassA destroyed
autorelasePool isreleased
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run loop自动生成了一个新的autorelease pool，说不定还只是用了老的autorelease pool，只不过后来drain了一次而已。我们可以在main函数中不生成autorelease pool。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(int argc, char**argv)
{
NSLog(@"No autorelasePool created\n");
NSLog(@"create an instance ofClassA\n");
ClassA *obj1 = [[ClassA alloc] init];
NSDate *now = [[NSDate alloc] init];
NSTimer *timer = [[NSTimer alloc]initWithFireDate:now
interval:0.0
target:obj1
selector:@selector(createClassB)
userInfo:nil
repeats:NO];
NSRunLoop *runLoop = [NSRunLoopcurrentRunLoop];
[runLoop addTimer:timerforMode:NSDefaultRunLoopMode];
[timer release];
[now release];
[runLoop run]; //在新loop中调用一函数，生成ClassB的autorelease实例
NSLog(@"Manually release theinstance of ClassA\n");
[obj1 release];
return 0;
}
输出如下：
No autorelasePoolcreated
create an instance ofClassA
create an instance ofClassB and autorelease
ClassB destroyed
Manually release theinstance of ClassA
ClassA destroyed
我们可以看出来，我们并没有创建任何autorelease pool，可是ClassB的实例依然被自动销毁了，这说明新的run loop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 = @”constant string”;
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retain count依然为1
NSString *str2 =[NSString stringWithFormat:@”123”];