Objective-C内存管理之引用计数

2023-07-18 11:13:40

　　初学者在学习Objective-c的时候，很容易在内存管理这一部分陷入混乱状态，很大一部分原因是没有弄清楚引用计数的原理，搞不明白对象的引用数量，这样就当然无法彻底释放对象的内存了，苹果官方文档在内存管理这一部分说的非常简单，只有三条准则：

当你使用new、alloc或copy方法创建一个对象时，该对象的保留指针为1，当不再使用该对象的时候，你应该想该对象发送一条release或autorelease消息，这样，该对象在其寿命结束时将被销毁。
当你通过其他方法获得一个对象时，假设该对象的保留计数器为1，而且已经设置为自动释放，那么你不需要执行任何操作来确保该对象被销毁。如果你打算在一段时间内拥有该对象，则需要保留它并确保它在操作完成时释放它。
如果你保留了某个对象，就需要（最终）释放或自动释放该对象。必须保持retain方法和release方法的使用次数相同。

　　如果在写代码的时候遵守这些准则，可以避免内存泄露，但是如果仅靠对这些准则的“记忆”来写代码的话，恐怕自己心里都不会有底，一旦遇到问题分析问题的时候很难从根本上找到问题出现的原因，本文分享了自己在理解引用计数时的分析过程，结合相关图形，希望能让大家深刻理解对象引用计数的原理。

遇到了问题？分析然后测试

　　当前对象的引用计数是多少呢？

为什么要提出这个问题，因为很多人会搞混对象的指针数量与引用数量的关系，不理解这个问题就弄不明白对象的引用计数到底为多少，当然就无法正确释放内存了。在说这个之前先简单了解一下堆内存与栈内存的概念，

栈内存：由编译器负责分配，存放局部环境中定义的基本变量的值，例如方法中的基本变量等，离开局部环境时会由编译器自动释放其内存空间。
堆内存：一般由程序员通过new或alloc等来手动分配，使用完后也需要程序员手动释放，若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收。注意它与数据结构中的堆是两回事。

变量名实际上是一个符号地址，在对程序编译连接时由系统给每一个变量名分配一个内存地址。在程序中从变量中取值，实际上是通过变量名找到相应的内存地址，从其存储单元中读取数据。指针是一个特殊的变量，因为它存放的是一个变量的地址。如下图所示：

　　上面这个内存模型相信大家都知道，指针与对象存在一个间接（指向）的关系，因此当指针指向一个对象的时候，很多人就会觉得这个指针引用到了该对象，进而就认为当指针指向一个对象的时候，该对象的引用计数就会加1，这种理解是一种感性的理解。实际上对于一个对象来说，它是不知道指向它的指针有多少个的，它的释放仅仅依靠的是引用计数，那么什么是引用计数呢？在objective-c中，大部分对象都继承于NSObject，NSObject包含一个用来保存引用数量的字段retainCount，说白了该字段就是引用计数，NSObject类的部分定义如下：

- (id)retain;

- (oneway void)release;

- (id)autorelease;

- (NSUInteger)retainCount;

- (NSString *)description;

因此，为了便于理解，我们可以把NSObject简化为如下模型：

　　对象能否释放就是判断其引用次数是否为零，也就是判断该对象的retainCount字段是否等于0，而指向该对象指针数量跟该对象retainCount字段的值并没有关系，因此指针数量并不等于引用数量，当指针指向该对象的时候，仅仅是给该指针变量赋值了，并没有修改对象的retainCount值，因此，指针指向一个对象的时候，该对象的引用计数是没有改变的。

　　以上面那段代码为例，我们调用Test对象的new方法的时候，会自动将retainCount的值设置为1，当我们将test1赋值给test2的时候，只是一个指针赋值，并没有修改对象的retainCount值，所以引用计数不变，依旧为1。

测试用例：

         Engine *engine1 = [Engine new];

         NSLog(@"通过new消息创建对象engine1：");

         //输出engine1指针地址

         NSLog(@"engine1 address is %p.",engine1);

         //输出engine1的retainCount

         NSLog(@"engine1 retainCount is %lu",(unsigned long)[engine1 retainCount]);

         Engine *engine2 = engine1;

         NSLog(@"将指针engine1复制给指针engine2：");

         //输出engine2指针地址

         NSLog(@"engine2 address is %p.",engine2);

         //输出engine1的retainCount

         NSLog(@"engine1 retainCount is %lu",(unsigned long)[engine1 retainCount]);

         //输出engine2的retainCount

         NSLog(@"engine2 retainCount is %lu",(unsigned long)[engine2 retainCount]);

         Engine *engine3 = [engine1 retain];

         NSLog(@"通过retain消息获得对象engine3：");

         //输出engine3指针地址

         NSLog(@"engine3 address is %p.",engine3);

         //输出engine1的retainCount

         NSLog(@"engine1 retainCount is %lu",(unsigned long)[engine1 retainCount]);

         //输出engine2的retainCount

         NSLog(@"engine2 retainCount is %lu",(unsigned long)[engine2 retainCount]);

         //输出engine3的retainCount

         NSLog(@"engine3 retainCount is %lu",(unsigned long)[engine3 retainCount]);

         [engine2 release];

         NSLog(@"给对象engine2发送消息release");

         NSLog(@"engine2 address is %p.",engine2);

         NSLog(@"engine2 retainCount is %lu.",(unsigned long)[engine2 retainCount]);

输出结果如下：

　　从上面的输出结果可以得出以下几点结论：

和本文一开始分析得出的结果一样，通过指针赋值并不能改变对象的引用计数。
不论是通过指针赋值还是通过retain获得对象，它们都指向同一个内存地址，即：指向同一个对象
在对象的引用计数归零之前，所有指向它的指针都是可用的。通过某个指针发送release消息仅仅是让引用计数减一，该指针本身不会被销毁。

　　因为这里需要输出引用计数，就没有采用ARC，所以会有一个小问题，那就是当退出局部环境的时候，即使局部指针所指向的对象已被销毁，局部指针变量的值仍然没有改变，因此需要手动赋值为nil。如果采用ARC的话，会自动回收内存并将指针赋值为nil。

总结

　　不管是直接通过指针赋值还是通过retain或者copy来保留对象，都会增加指向对象的指针数量，这些指针都指向同一块内存地址，因为对象所分配的内存地址是不变的。

　　指向对象的指针的多少跟引用计数没有任何关系，但是通过retain、copy或release可以改变对象的引用计数。

　　仅当引用计数为0时才会释放对象占用的内存空间。　　

　　哎，真是“落花有意流水无情”啊，哪怕再多的指针“爱上对象”，人家这辈子却也只认引用计数。

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总结

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