【書摘】iPad應用開發實戰：記憶體管理

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【書摘】iPad應用開發實戰：記憶體管理髮表於2011-06-07 15:49| 661次閱讀| 來源CSDN| 0 條評論|
作者李晨記憶體管理應用開發書摘iPad 摘要：導讀：本文節選自《iPad應用開發實戰》的其中一章，主要對iOS的記憶體管理進行了細緻的講解。本書由資深iOS開發專家（現就任於美國Apple公司）撰寫。 1 對象所有權、引用計數與釋放 當一個所

導讀：本文節選自《iPad應用開發實戰》的其中一章，主要對iOS的記憶體管理進行了細緻的講解。本書由資深iOS開發專家李晨（現就任於美國Apple公司）撰寫。

1   對象所有權、引用計數與釋放

當一個所有者（owner，其本身可以是任何一個Objective-C對象）做了以下某個動作時，它就擁有了對一個對象的所有權（ownership）：

1）建立一個對象。包括使用任何名稱中包含“alloc”、“new”或者“copy”的方法。

2）保留（retain）一個對象。

一個對象可以有多個所有者，一個所有者也可以擁有多個對象。

相應地，引用計數（reference count）增減的基本規則是：

1）當所有者建立一個對象時，該對象的引用計數為1。

2）當所有者保留它時，該對象的引用計數加1。

3）當所有者釋放（release）它時，該對象的引用計數減1。

與此相關，當一個所有者對於一個對象的引用計數的增減總計為0時，它就放棄了對這個對象的所有權。 現在可以從兩個不同的角度來看Objective-C的記憶體管理問題。從對象所有權的角度來看，當一個對象有著至少一個所有者的時候，它依然存在；當它沒有任何所有者的時候，它會被釋放掉。從引用計數的角度看，一個對象存在時，其引用計數大於零；當一個對象的引用計數為零時，它會調用dealloc方法並被釋放掉。這兩個角度的關係是：在所有權的背後起作用的機制是引用計數機制，通過引用計數的增減來理解所有權的概念。只能使用所有權的概念來管理記憶體，如果試圖直接擷取對象的引用計數，那麼得到的數將會令人意外，因為系統的一些架構會“偷偷”增減對象的引用計數。

回顧一下，記憶體管理的目標是：當一個對象的某個所有者依然需要使用它時，要保證這個對象的存在；當一個對象的所有所有者都不再需要它時，要保證這個對象被銷毀。因此只要任何一個所有者在使用完一個對象之後釋放掉它，那麼以上記憶體管理的目標就可以實現。由此可以得出任何一個所有者（記住，所有者本身也只是一個對象）所應當遵守的基本步驟：

擁有一個對象→使用一個對象→放棄對象的所有權（釋放對象）

從引用計數的角度來看就是：

還需要這個對象時，保持對其增減為正；不再需要這個對象時，不增減其引用計數值。

如所示，所有者1和所有者2單獨地執行了擁有對象、使用對象、放棄對象所有權的步驟；當所有者1不再需要該對象時及時放棄了所有權，但此時所有者2依然擁有該對象，因此該對象依然存在，所有者2可以繼續使用它；當所有者2也不再需要該對象時，也放棄所有權，這時對象不再有任何所有者（相應的引用計數變為0），因此立刻被銷毀掉。

兩個所有者對同一個對象的記憶體管理

需要注意的是，所有者2隻是複製了該對象的指標，並沒有使用copy方法，因此複製指標這個操作本身並不增加對象的引用計數。而正因為所有者2希望能使用該對象，因此通過retain方法成為它的所有者，也保證了在所有者1放棄該對象時，該對象不被銷毀。

2   自動釋放與便捷方法

有時候，一個所有者建立一個對象後，會立刻將該對象的指標傳遞給其他所有者。這時，這個建立者不希望再擁有這個對象，但如果立刻給它發送一個release（釋放）訊息，則這個對象被立刻釋放掉，這樣會導致其他所有者還沒有來得及保留該對象。解決這個兩難問題的方法是，給對象發送一個autorelease（自動釋放）訊息，這樣建立者不再擁有該對象的所有權；該對象成為自動釋放的對象，但是不會立刻被釋放掉，其他所有者可以有時間保留或複製該對象，並成為其唯一所有者。

來看一個自動釋放的例子。一個所有者先用alloc方法建立一個對象，此時該所有者擁有這個對象，對象的引用計數為1。緊接著，所有者自動釋放該對象，即放棄了所有權，但對象的引用計數在一段時間內依然為1。我們可以看出自動釋放的另一個好處，就是不會因為在後面忘記給對象發送release訊息而造成記憶體泄露。相關代碼如下所示：

-(Object*)returnAutoreleaseObject {     Object* obj = [[Object alloc] init];     return [obj autorelease]; }

與自動釋放相關的有一大類構造方法，由它們構造的對象直接就是自動釋放的對象，這一類構造方法叫做便捷方法。比如下面這個字串就是一個自動釋放的對象，stringWithFormat:就是一個便捷方法。

NSString* string = [NSString stringWithFormat:@"autoreleaseString"];

再舉幾個便捷方法的例子，方便讀者以後的開發。

q NSArray的arrayWithObjects:和arrayWithArray。

q UIImage的imageNamed。

q NSNumber的numberWithBool。

如上所述，autorelease方法會在一段時間以後釋放掉一個對象，在這段時間內可以安全地使用該對象。那麼這段時間究竟是多久呢？我們需要先更多地瞭解自動釋放的機制，再來回答這個問題。

先來看看自動釋放池。自動釋放池是NSAutoreleasePool的執行個體，其中包含了收到autorelease訊息的對象。當一個自動釋放池自身被銷毀（dealloc）時，它會給池中每一個對象發送一個release訊息（如果給一個對象多次發送autorelease訊息，那麼當自動釋放池銷毀時，這個對象也會收到同樣數目的release訊息）。可以看出，一個自動釋放的對象，它至少能夠存活到自動釋放池銷毀的時候。

那麼自動釋放池何時被建立，又何時被銷毀呢？在每一個事件周期的開始，系統會自動建立一個自動釋放池，在每一個事件周期的結尾，系統會自動銷毀這個自動釋放池。一般情況下，可以理解為：當使用者的代碼在持續運行時，自動釋放池是不會被銷毀的，這段時間內使用者可以安全地使用自動釋放的對象。當使用者的代碼運行告一段落，開始等待使用者輸入（或者其他事件）時，自動釋放池就會被釋放掉，池中的對象都會收到一個release訊息，有的可能會因此被銷毀。

到此為止，已經對自動釋放的機制有了一個大體的瞭解。自動釋放而非直接釋放，可以節省一些代碼量，提高開發速度。但是它有一個明顯的缺點：它延緩了對象的釋放，在有大量自動釋放的對象時，會佔用大量記憶體資源。因此，需要避免將大量對象自動釋放。並且，在以下兩種情況下，需要手動建立並手動銷毀掉自動釋放池。

q 當在主線程外開啟其他線程時，系統只會在主線程中自動產生並銷毀自動釋放池。

q 在短時間內製造了大量自動釋放對象時，及時銷毀有助於有效利用iPad上有限的記憶體資源。

3   訪問器方法與屬性

當需要訪問一個對象的成員變數時，不是直接存取這個成員變數，而是藉助於訪問器方法（accessor method），這樣做的好處是協助實現了代碼的封裝。可是，在記憶體管理相對複雜的環境中，要為一個變數實現訪問器方法是一件非常煩瑣的事情，如果手動寫代碼來實現所有的訪問器方法，將會大大降低效率，並容易發生失誤。如果使用一些通用的訪問器方法在訪問成員變數時協助管理記憶體，那麼將大大提高開發的效率並可防止記憶體流失的發生。

在Objective-C中，可以很方便地為對象作出屬性聲明（property declaration），然後讓編譯器去合成（synthesize）對象的訪問器方法。比如屬性聲明如下：

@property int value;

就等價於如下兩個訪問器方法的聲明:

-(int)value;

-(void)setValue:(int)newValue;

而以下指令將告訴編譯器去合成這兩個訪問器方法:

@synthesize value;

注意，編譯器是按照@property後面跟隨的屬性來確定如何合成訪問器方法的，因此為變數聲明屬性至關重要。下面介紹幾組屬性。

q 可寫性（Writability）

readwrite：指定這個屬性會讓編譯器合成getter和setter；如果不指定readonly，那麼readwrite將為預設屬性。

readonly：指定這個屬性會讓編譯器只合成getter，而不合成setter。在這種情況下，如果使用點文法（dot syntax）來給變數賦值，編譯器會報錯，提醒這個變數具有唯讀屬性。

在定義讀寫屬性時應當注意：對於外界唯讀取而不修改的變數，盡量使用readonly屬性；外界毫不關心的變數，則不要為其設定任何屬性。這樣封裝能增加代碼的獨立性和安全性。

q 存入器屬性（Setter Semantics）

assign：表示在setter中只使用簡單的賦值，而不會發送retain訊息給對象。這是預設屬性。當變數類型為scalar時（比如int、CGRect），應當指定這個屬性。

retain：表示在setter中將向舊值發送release訊息，向新值發送retain訊息。

copy：表示在setter中將向舊值發送release訊息，向新值發送copy訊息。

4   改變引用計數的特殊情況

在iOS開發中，當使用外部介面（IBOutlet）時，應當使用如下屬性聲明：

@property (nonatomic,retain) IBOutlet IBObject* object;

以上模式只適用於iOS開發。針對MacOS開發，應當採用assign屬性。

在nib檔案（也就是xib檔案）中的對象被建立時的引用計數為1，然後它們會被自動釋放。隨後，UIKit重建對象之間的結構，會用到可用的setter（如果沒有setter的話，會自行retain對象），這樣外部介面對象的引用計數依然為1，所以即使沒有寫代碼來初始化它們或者保留它們，仍然需要在dealloc方法中釋放它們（事實上，在前兩章的例子中已經這樣做了）。

在3.1和3.2節中提到，當一個對象被建立時引用計數為1，被retain時引用計數加1，被release時引用計數減1，被autorelease後引用計數減1。但這些不是會引起引用計數發生變化的全部情形。比如，Nib對象的使用會“悄悄”改變引用計數。事實上在其他一些特殊情況下，引用計數也會被改變。

q NSArray：當把一個對象添加到NSArray時，對象的引用計數會加1；反之當把對象從NSArray移除時，對象的引用計數會減1。同樣的規則也適用於其子類NSMutableArray。

q UIView：當一個視圖對象使用addGestureRecognizer:添加手勢辨識器時，手勢辨識器的引用計數會加1；反之使用removeGestureRecognizer:時，手勢辨識器的引用計數會減1。類似地，當視圖對象使用addSubview:和removeFromSuperView時，對象的引用計數也會發生變化。

總結一下，容器（container）使用名字中帶有“add”的方法常常會增加對象的引用計數，使用名字中帶有“remove”的方法常常會減少引用計數。容器指的是數組（NSArray）、字典（NSDictionary）、集合（NSSet）等，它們用於集中管理大量對象。

5   記憶體管理總結

下面來總結一下記憶體管理規則：

1）一個對象的引用計數為正時，它依然存在；當它的引用計數為0時，就被銷毀。

2）一個對象通過alloc、create、copy和retain等方法成為另一個對象的所有者。

3）當一個所有者使用完一個對象之後，應當放棄對這個對象的所有權。放棄所有權的方法是發送release給這個對象，使得所有者對這個對象的引用計數的增減為0。

4）一個對象可能有多個所有者。這意味著，當一個所有者放棄所有權後，對象可能依然存在。只有當全部所有者放棄所有權時，對象才被銷毀。

5）給對象發送autorelease訊息，意味著這個對象的引用計數將在未來減1。

6）使用快捷方法建立對象後，不用給對象發送release訊息。

7）使用屬性聲明，並且讓編譯器來合成訪問器方法。

8）為外部介面作出nonatomic和retain的屬性聲明，並記得release它們。

9）一些容器（如NSArray和UIView的執行個體）會通過add方法增加對象的引用計數，通過remove方法減少對象的引用計數。

10）當自己開闢線程，或者建立大量臨時的自動釋放對象時，需要手動建立自動釋放池並銷毀它。

掌握了這些規則，再通過之後的實戰加深對iOS記憶體管理的理解，就能夠開發出高效率的iPad應用了！