iOS中对于NSString变量引用计数的分析

最新推荐文章于 2022-08-16 17:12:10 发布

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这篇博客深入探讨了Objective-C中NSString变量的引用计数，涉及字面量初始化、便捷初始化如stringWithString:和stringWithFormat:，以及init方法。分析了不同初始化方式下，对象类型如__NSCFConstantString、NSTaggedPointerString和__NSCFString的引用计数行为，特别是对NSTaggedPointerString的特性和长度限制进行了详细说明。

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该篇博客主要讨论在Objective-C中对于NSString变量的引用计数的不同处理。

为了在测试中打印方便，我们可以简单的定义一个宏：

#define MDMLog(str) ({NSString *name = @#str; NSLog(@"%@-->%@ %p, %zd", name, [str class], str, [str retainCount]);})

以下内容的测试环境为：Xcode9.4，SDK：iOS11.4，MRC

要想获取一个NSString对象，需要进行初始化NSString，所以我们就从NSString的初始化方法入手，进行NSString变量引用计数的分析。

字面量初始化

在对NSString初始化的方式中，字面量初始化是最直接的方法，我们来对字面量初始化的NSString对象进行引用计数查看：

NSString *str1 = @"123456789";
MDMLog(str1);

此时的打印结果为：

str1-->__NSCFConstantString 0x10beab060, -1

我们可以看到，此时生成的对象是NSString类簇中的__NSCFConstantString类的对象，同时由对象所处位置可以看出，此时生成的对象位于程序的数据区域，为可以一直存在的对象，所以该对象的计数为-1（即整数最大值），至于为何要在数据区域保存字符串常量，猜测是因为为了避免使用相同字符串常量造成的多次分配内存。该猜测可以由以下代码证实：

NSString *str1 = @"123456789";
MDMLog(str1);

NSString *str2 = @"123456789";
MDMLog(str2);

NSString *str3 = @"123456789";
MDMLog(str3);

打印结果如下：

str1-->__NSCFConstantString 0x107075060, -1
str2-->__NSCFConstantString 0x107075060, -1
str3-->__NSCFConstantString 0x107075060, -1

由此可见，在使用字符串变量进行初始化的NSString变量，它会指向数据区域的一块地址，并且该地址的计数为整数最大值。

便捷初始化

NSString的便捷初始化方法分为以下两种：

+ stringWithString:

该方法也是使用一个字符串常量来进行初始化的，按照字面量初始化的设计思路，该处生成的对象也应该是__NSCFConstantString类型的对象，我们来验证一下：

NSString *str1 = [NSString stringWithString:@"123456789"];
MDMLog(str1);

NSString *str2 = @"123456789";
MDMLog(str2);

NSString *str3 = @"123";
MDMLog(str3);

NSString *str4 = [NSString stringWithString:@"123"];
MDMLog(str4);

打印结果如下：

str1-->__NSCFConstantString 0x10b091060, -1
str2-->__NSCFConstantString 0x10b091060, -1
str3-->__NSCFConstantString 0x10b0910e0, -1
str4-->__NSCFConstantString 0x10b0910e0, -1

由上述测试可见，+ stringWithString:方法创建的对象与字面量创建的对象一样，是存放在数据区的计数为整数最大值的对象。

+ stringWithFormat:

该方法为使用格式化字符串来创建字符串对象的方法，对于该方法生成的对象是什么类型，我们可以测试一下：

NSString *str1 = [NSString stringWithFormat:@"123"];
MDMLog(str1);

结果为：

str1-->NSTaggedPointerString 0xa000000003332313, -1

生成的对象引用计数为整数最大值，但是它所属的对象为NSTaggedPointerString，同时所处位置也不是数据区域。

对于NSTaggedPointerString，我们稍后再谈论它。

init初始化方法

NSString的init初始化方法分为以下两种：

- initWithString:

该方法同样是使用一个字符串常量来进行初始化的，按照字面量初始化以及+ stringWithString:方法的设计思路，该处生成的对象应该也是__NSCFConstantString类型的对象，我们来验证以下：

NSString *str1 = [[NSString alloc] initWithString:@"123"];
MDMLog(str1);

NSString *str2 = @"123";
MDMLog(str2);

NSString *str3 = @"1234";
MDMLog(str3);

NSString *str4 = [[NSString alloc] initWithString:@"1234"];
MDMLog(str4);

打印结果如下：

str1-->__NSCFConstantString 0x105f49060, -1
str2-->__NSCFConstantString 0x105f49060, -1
str3-->__NSCFConstantString 0x105f490e0, -1
str4-->__NSCFConstantString 0x105f490e0, -1

由上述测试可见，- initWithString:方法创建的对象与字面量创建的对象、+ stringWithString:创建的对象一样，是存放在数据区的计数为整数最大值的对象。

- initWithFormat:

由于在Objective-C中，便捷初始化方法一般都会调用到对应init方法中，所以对于该方法所产生的对象，我们可以根据+ stringWithString:方法生成的对象进行猜测：- initWithFormat:方法生成的对象，应当与+ stringWithString:方法一样，为NSTaggedPointerString类型的引用计数为整数最大值的对象。

我们来验证一下：

NSString *str1 = [[NSString alloc] initWithFormat:@"123"];
MDMLog(str1);

输出为：

str1-->NSTaggedPointerString 0xa000000003332313, -1

可见我们的猜想是正确的。

NSTaggedPointerString

到此为止，我们无法解释的东西就是NSTaggedPointerString类了，关于该类，有一篇研究很深的博文：Tagged Pointer Strings。

该博文的大致内容可以归为以下几点：

Tagged Pointer利用了因为使用内存对齐导致的某些高位一直为0的情况。
Tagged Pointer的设计实现大大减少了不必要的字符串的创建。
Tagged Pointer对于字符串的处理，仅局限于字符串中只包含ASCII字符的字符串。
Tagged Pointer采用4位表示类型，4位表示字符串长度，56位表示只含有ASCII字符的字符串内容。
Tagged Pointer在表示0-7位只包含ASCII字符的字符串内容时，直接使用字符的ASCII码进行保存。
Tagged Pointer在表示8-9位只包含ASCII字符的字符串内容时，使用6位编码对应于编码表eilotrm.apdnsIc ufkMShjTRxgC4013bDNvwyUL2O856P-B79AFKEWV_zGJ/HYX进行编码，如果存在无法编码的字符，那么生成NSString对应的真实类。
Tagged Pointer在表示10-11位只包含ASCII字符的字符串内容时，使用5位编码对应于编码表eilotrm.apdnsIc ufkMShjTRxgC4013进行编码，如果存在无法编码的字符，那么生成NSString对应的真实类。
在表示11位以上只包含ASCII字符的字符串内容时，由于此时在使用5位编码的情况下，56位已经不能满足位数要求。同时如果采用4位编码，则可以表示编码的字符就很少，所以这种情况就生成NSString对应的真实类。

针对NSTaggedPointerString的实现思路，我们进行一些测试：

包含ASCII码之外的字符

NSString *str1 = [[NSString alloc] initWithFormat:@"马"];
MDMLog(str1);

输出为：

str1-->__NSCFString 0x60400003f4c0, 1

由此可见，此时生成的对象为NSString对应的真实的对象，且引用计数开始遵循Objective-C中引用计数规则。

只包含ASCII码中的字符

字符串长度在0-7之间

NSString *str1 = [[NSString alloc] initWithFormat:@"abc"];
MDMLog(str1);

NSString *str2 = [[NSString alloc] initWithFormat:@"abcdefg"];
MDMLog(str2);

NSString *str3 = [[NSString alloc] initWithFormat:@"1234567"];
MDMLog(str3);

输出为：

str1-->NSTaggedPointerString 0xa000000006362613, -1
str2-->NSTaggedPointerString 0xa676665646362617, -1
str3-->NSTaggedPointerString 0xa373635343332317, -1

由此可见，满足该情况的NSString变量均为NSTaggedPointerString类的实例，同时在对应的内存位置中，最高位a表示NSTaggedPointerString类型，最低位数字表示字符串长度，中间位数用来存储字符串内容。

字符串长度在8-9之间

NSString *str1 = [[NSString alloc] initWithFormat:@"abcdefgh"];
MDMLog(str1);

NSString *str2 = [[NSString alloc] initWithFormat:@"abcdefghi"];
MDMLog(str2);

NSString *str3 = [[NSString alloc] initWithFormat:@"abcdefghiq"];
MDMLog(str3);

输出为：

str1-->NSTaggedPointerString 0xa0022038a0116958, -1
str2-->NSTaggedPointerString 0xa0880e28045a5419, -1
str3-->__NSCFString 0x600000220860, 1

我们可以看到，str1与str2为NSTaggedPointerString类的实例，同时在对应的内存位置中，最高位a表示NSTaggedPointerString类型，最低位数字表示字符串长度，中间位数用来存储经过6位编码的字符串内容。

对于str3来说，由于字符串中含有不在编码表中的q字符，所以无法生成对应的NSTaggedPointer类，最终生成遵循Objective-C引用计数规则的真正__NSCFString对应的实例。

字符串长度在10-11之间

NSString *str1 = [[NSString alloc] initWithFormat:@"acdefghijk"];
MDMLog(str1);

NSString *str2 = [[NSString alloc] initWithFormat:@"acdefghijkl"];
MDMLog(str2);

NSString *str3 = [[NSString alloc] initWithFormat:@"acdefghijklb"];
MDMLog(str3);

输出为：

str1-->NSTaggedPointerString 0xa010e5023aa86d2a, -1
str2-->NSTaggedPointerString 0xa21ca047550da42b, -1
str3-->__NSCFString 0x60400023ae40, 1

str1与str2为NSTaggedPointerString类的实例，同时在对应的内存位置中，最高位a表示NSTaggedPointerString类型，最低位数字表示字符串长度，中间位数用来存储经过5位编码的字符串内容。

对于str3来说，由于字符串中含有不在编码表中的b字符，所以无法生成对应的NSTaggedPointer类，最终生成遵循Objective-C引用计数规则的真正__NSCFString对应的实例。

字符串长度大于11

NSString *str1 = [[NSString alloc] initWithFormat:@"aaaaaaaaaaaa"];
MDMLog(str1);

输出为：

str1-->__NSCFString 0x60000042a340, 1

可见，当字符串长度大于11时，即使所含字符在5位编码表之内，由于56位不能满足位数要求，只能去生成遵循Objective-C引用计数的真正__NSCFString对应的实例。

总结

当使用字符串常量生成NSString对象，例如字面量、+ stringWithString:、- initWithString:方法时，生成的NSString对象为__NSCFConstantString类型，且计数为整数最大值，并一直存在于内存中。
当使用格式化字符且字符中包含非ASCII字符生成NSString对象，例如+ stringWithFormat:、- initWithFormat:时。生成的NSString为__NSCFString类型，且遵循引用计数规则。
当使用格式化字符且只包含ASCII字符生成NSString对象时：
- 字符数在0-7之间，生成NSTaggedPointerString对象并计数为整数最大值且一直存在内存中。
- 字符数在8-9时，字符全部在6位编码表中时，生成NSTaggedPointerString对象并计数为整数最大值且一直存在内存中。
- 字符数在8-9时，字符存在不在6位编码表中时，生成的NSString为__NSCFString类型，且遵循引用计数规则。
- 字符数在10-11时，字符全部在5位编码表中时，生成NSTaggedPointerString对象并计数为整数最大值且一直存在内存中。
- 字符数在10-11时，字符存在不在5位编码表中时，生成的NSString为__NSCFString类型，且遵循引用计数规则。
- 字符数大于11时，生成的NSString为__NSCFString类型，且遵循引用计数规则。