ARC下的autorelease

发现我从接触iOS开发到现在,几乎都没有使用过autorelease这个词。在ARC内存管理方式下,就像不能发送releaseretain消息一样,程序员也不能对某个对象发送autorelease消息,让我几乎忘记了它的存在。所以今天突然想起来,应该查查ARC下autorelease的正确使用姿势(¬_¬)


内存管理原则



在内存管理方面,cocoa设立了一些基本原则,其中有这样一条:

You own any object you create
You create an object using a method whose name begins with “alloc”, “new”, “copy”, or “mutableCopy”.

用以alloc/new/copy/mutableCopy为前缀的方法名创建的对象,是自己创建并持有的。

这条原则在ARC和MRC下都需要遵守。

比如cocoa中有很多工厂方法,它们不以alloc/new/copy/mutableCopy开头,所以按照约定,它们返回的对象不应该被持有。在MRC下,一种可能的实现方式大概是这样:

/*
 * MRC,此段代码摘抄自[《Objective-C 高级编程》](https://book.douban.com/subject/24720270/)
 */

- (id)object
{
    id obj = [[NSObject alloc] init];

    /*
     * 自己持有对象
     */

    [obj autorelease];

    /*
     * 取得对象的存在,但自己不持有对象
     */

    return obj;
}

但是在ARC中,程序员不能对一个对象发送autorelease消息,那么如何将一个对象注册到autorelease pool中,又如何遵循以上的这个原则呢?看来,开启ARC后,编译器帮助我们做了不少事情。


__autoreleasing修饰符



切换到ARC之后,每个指向OC对象的指针,都被赋上了所有权修饰符。一共有__strong__weak__unsafe_unretained__autoreleasing这样四种所有权修饰符。

当一个对象被赋值给一个使用__autoreleasing修饰符修饰的指针时,相当于这个对象在MRC下被发送了autorelease消息,也就是说它被注册到了autorelease pool中。

全局变量和实例变量是无法用__autoreleasing来修饰的,不然编译器会报错:

而局部变量用__autoreleasing修饰后,其指向的对象,在当前autorelease pool结束之前不会被回收:

__weak NSObject *weakObj1;
__weak NSObject *weakObj2;

{
    __autoreleasing NSObject *obj1 = [[NSObject alloc] init];
    weakObj1 = obj1; //weakObj1指向的对象已被注册到autorelease pool
    
    __strong NSObject *obj2 = [[NSObject alloc] init];
    weakObj2 = obj2;//weakObj2指向的对象没有被注册到autorelease pool
}
//局部变量obj1和obj2的作用域结束,
//此时weakObj2指向的对象不再被强引用,因此被回收;
//而obj1指向的对象仍然在autorelease pool中

NSLog(@"%@", weakObj1);//输出<NSObject: 0x100206030>,因为此刻weakObj1在autorelease pool中,不会因为obj1作用域的结束而被回收
NSLog(@"%@", weakObj2);//输出null

方法名检查



写这样一段代码:

@interface XSQObject : NSObject

+ (NSString *)newHelloWorldString;
+ (NSString *)helloWorldString;

@end

@implementation XSQObject

+ (NSString *)newHelloWorldString {
    return [[NSString alloc] initWithCString:"HelloWorld" encoding:NSUTF8StringEncoding];
}

+ (NSString *)helloWorldString {
    return [[NSString alloc] initWithCString:"HelloWorld" encoding:NSUTF8StringEncoding];
}

@end

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        
        __weak NSString *helloWorldString = [XSQObject helloWorldString];
        __weak NSString *newHelloWorldString = [XSQObject newHelloWorldString];
        //此处有warning: 
        //assigning retained object to weak variable; 
        //object will be released after assignment 

        NSLog(@"%@", helloWorldString);//输出HelloWorld
        NSLog(@"%@", newHelloWorldString);//输出null
        
    }
    return 0;
}

虽然[XSQObject helloWorldString][XSQObject newHelloWorldString]两个方法的实现完全一样,但是它们返回的对象被赋值给__weak指针后,前者仍然存在,而后者则被销毁了。如果再加入@autorelease块做点实验,可以发现helloWorldString指向的对象其实已被注册到autorelease pool中。

对比内存管理原则,这就像是在MRC下,不以alloc/new/copy/mutableCopy开头的方法,会对返回的对象发送autorelease消息一样。而事实上,在ARC下,编译器会检查方法名是否以alloc/new/copy/mutableCopy开头,如果不是,则自动将返回的对象注册到autorelease pool中。

更接近底层一点,其实Clang使用了一些标识来决定一个方法的返回值是否应该被持有。比如Clang文档中有这样的说明:

Methods in the alloc, copy, init, mutableCopy, and new families are implicitly marked __attribute__((ns_returns_retained)).

alloc/copy/init/mutableCopy/new家族中的方法,会被隐式标记为__attribute__((ns_returns_retained))

在一些特殊的情况下,程序员也可以手动给某些方法加上其他标记,来覆盖被编译器隐式加上的标记。


id *obj的传递



上面说到,编译器会检查方法名是否以alloc/new/copy/mutableCopy开头,来判断是否需要将返回的对象注册到autorelease pool中。

函数之间如果想要传递一个对象,不仅可以通过返回值,也可以通过将一个id指针作为参数的方式。在cocoa框架中,NSError的对象经常通过这种方式来传递,比如NSManagedObjectContext中的:

- (BOOL)save:(NSError **)error;

其实,这个(NSError **)error相当于(NSError * __autoreleasing *)error,编译器默认为其生成了__autoreleasing修饰符。

编译器默认生成__autoreleasing修饰符的做法,也是在贯彻内存管理原则,即确保只有通过以alloc/new/copy/mutableCopy开头的方法返回的对象才能被持有。

虽然当我们自己定义id *obj类型的参数时,也可以显式指定它的所有权修饰符为其他,并通过编译,但为了贯彻内存管理原则,还是应该将id *obj类型的参数的所有权修饰符指定为__autoreleasing


参考

《Objective-C 高级编程》
Clang
Memory Management Policy
objc arc的简单探索


2016.03.24更新



老板看了这篇后,问我,为什么在“方法名检查”中用了initWithCString:encoding:来创建NSString对象?

哈哈,这是因为我试了别的几种创建NSString对象的方式后,发现实验结果和我预期的不符。

所以我来解释一下为什么用下面几种方法创建NSString对象,会得到与预期不符的实验结果。

  1. literal

    literal,就是指用@"xxx"的方式创建一个NSString对象。然而,literal的内存管理方式有些特别。
    官方文档明确指出了使用literal创建的NSString对象在整个程序的生命周期内都是不会被销毁的:

    Objective-C string constant is created at compile time and exists throughout your program’s execution. The compiler makes such object constants unique on a per-module basis, and they’re never deallocated.

    所以如果用literal的方式来创建NSString对象,这样得到的helloWorldStringnewHelloWorldString到输出这一步时都不会变成空。

  2. 使用initWithString:

    既然literal没法达到预期实验效果,那用initWithString:方法应该能创建出比较正常的NSString对象了吧?
    helloWorldStringnewHelloWorldString两个方法中的语句都替换为:

return [[NSString alloc] initWithString:@"HelloWorld"];

然而运行一下发现,newHelloWorldString并没有像预期的一样被销毁。

这是什么原因呢?嗯。。如果换一种写法:
NSString *s1 = @"Hello World";
NSString *s2 = [[NSString alloc] initWithString:s1];

然后运行到这里时输出s1s2指向的地址,发现这两个指针竟然指向同一个地址。看来initWithString:方法中可能做了某些处理?

  1. 使用stringWithFormat:

    老板问我用stringWithFormat:为什么不能达到预期效果,虽然我当场有点懵逼,但是回头一想,这不是显然么。
    因为stringWithFormat:这个方法,不是以alloc/new/copy/mutableCopy开头的呀,所以它返回的对象已经被注册到了autorelease pool里呀。

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