Objective-C内存管理编程指南(3)实用内存管理

实用内存管理

本文为您提供了一种透视内存管理的实用性视角。这部分内容涵盖了“对象所有权和销毁”中介绍的基本概念，不过采用了更加面向代码实现的视角。

遵从以下几条简单的规则可以使内存管理变得更加容易，而不遵守这些规则将几乎肯定会在某些时候导致内存泄漏，或者由于消息被发送给已释放的对象而导致运行时异常。

基础知识

为了让应用程序的内存消耗尽可能低，您应该清除掉不使用的对象，但是您需要确保您清除的不是正在被使用的对象。因此，您需要一种机制，可以让您标记那些仍然有用的对象。所以，从许多方面来讲，站在“对象的所有权”的角度看内存管理是最好理解的。

§ 一个对象可以有一个或一个以上的所有者。

采用类比的方式，您可以联想一个分时租用公寓。

§ 当一个对象没有所有者的时候，它会被销毁。

继续用类比的方法，您可以联想一个分时合租的寓所，但当地居民并不喜欢它。如果没有所有者，这处合租寓所将被拆除。

§ 为了确保您感兴趣的对象不被销毁，您必须成为它的一个所有者。

您可以建造一所新公寓，或入住一所现有的公寓。

§ 为了让您不再感兴趣的对象能够被销毁，您应该释放它的所有权。

您可以出售您的分时租用公寓。

为了支持这个模型，Cocoa提供了一种被称为“引用计数”或“保留计数”的机制。每一个对象都有一个保留计数。当对象被创建的时候，其保留计数为1。当保留计数减少至0时，对象会被回收（销毁）。您可以使用各种方法来操作保留计数（即获取或释放所有权）：

alloc

为对象分配内存并返回该对象，其保留计数为1。

您拥有以单词alloc或new开头的任意方法创建的对象。

copy

为对象创建一份副本并返回该对象，其保留计数为1。

如果您复制一个对象，您就拥有了这个对象的副本。这对于任何名字中包含单词copy的方法都是适用的，这里的“copy”是指被返回的对象。

retain

使一个对象的保留计数增加1。

获得一个对象的所有权。

release

使一个对象的保留计数减少1。

释放一个对象的所有权。

autorelease

使一个对象的引用计数在未来的某个阶段减少1。

在未来的某个阶段释放一个对象的所有权。

内存管理的实用规则如下（也可以参考“内存管理规则”）：

§ 您只拥有那些您使用名字以“alloc”或“new”开头或者名字中包含“copy”的方法（例如alloc，newObject或mutableCopy）创建的对象，或者是那些收到了您发送的retain消息的对象。

许多类提供了形如+className...的方法，您可以使用它们获得该类的一个新的实例。这些方法通常被称为“简便构造函数”，它们创建一个新的类的实例，对其进行初始化并将其返回供您使用。您并不拥有从简便构造函数或其它存取方法返回的对象。

§ 一旦您使用完一个您拥有的对象，您应该使用release或autorelease释放这个对象的所有权。

通常，您应该使用release，而不是autorelease。只有在不适合立即回收对象的情况下，您才应该使用autorelease，比如您要从某个方法返回对象。（注意：这并不是说release必然会引起对象的回收—只有当保留计数减少至0时才会发生回收—但它也有可能会发生，而有时您需要防止出现这种情况，请参考“从方法返回对象”中的例子。）

§ 实现dealloc方法来释放您拥有的实例变量。

§ 您不应该直接调用dealloc（除非是您在自定义的dealloc方法中调用超类的实现）。

几个简单的例子

下面几个简单的例子对比说明了使用alloc，简便构造函数和存取方法创建一个新对象。

第一个例子使用alloc创建了一个新的字符串对象。因此，它必须被释放。

- (void)printHello {

NSString *string;

string = [[NSString alloc] initWithString:@"Hello"];

NSLog(string);

[string release];

}

第二个例子使用简便构造函数创建了一个新的字符串对象。此外没有额外的工作要做。

- (void)printHello {

NSString *string;

string = [NSString stringWithFormat:@"Hello"];

NSLog(string);

}

第三个例子使用存取方法获取一个字符串对象。与简便构造函数一样，没有额外的工作要做。

- (void)printWindowTitle {

NSString *string;

string = [myWindow title];

NSLog(string);

}

使用存取方法

虽然使用存取方法有时看似繁琐，有故意卖弄之嫌，但如果您坚持使用存取方法，则内存管理方面出现问题的可能性将大大减小。如果您在代码中对实例变量全部使用retain和release，那么几乎可以肯定您在做错误的事情。

考虑一个“计数器”对象（Counter），您要设置它的计数。

@interface Counter : NSObject {

NSNumber *count;

}

为了获取和设置计数的值，您需要定义了两个存取方法。（下面的例子给出了存取方法的简单实现。在“存取方法”中有对它们更加详细的介绍。）在get方法中，您只是回传了一个变量，所以没有必要进行retain或release：

- (NSNumber *)count {

return count;

}

在set方法中，如果其他人都按照同样的规则进行操作，则您需要假设新的计数可能会在任何时刻被销毁，因此您需要获得对象的所有权—向它发送一条retain消息—来确保它不会被销毁。在这里您还需要通过向旧的计数对象发送一条release消息来释放它的所有权。（Objective-C中允许向nil发送消息，因此在计数尚未被设置时仍然可以这么做。）您必须在[newCount retain]之后发送这个消息，以防这两者是同一个对象—您肯定不希望由于疏忽造成对象意外被回收。

- (void)setCount:(NSNumber *)newCount {

[newCount retain];

[count release];

// make the new assignment

count = newCount;

}

只有在两处地方您不该使用存取方法来设置实例变量—init方法和dealloc。为了用一个表示零的数字对象初始化一个计数对象，您可以按照下面的方式实现一个init方法：

- init {

self = [super init];

if (self) {

count = [[NSNumber alloc] initWithInteger:0];

}

return self;

}

为了用一个非零的计数初始化计数器，您可以这样实现一个initWithCount:方法：

- initWithCount:(NSNumber *)startingCount {

self = [super init];

if (self) {

count = [startingCount copy];

}

return self;

}

由于“计数器”类（Counter）有一个对象实例变量，您还必须实现一个dealloc方法。该方法应该可以通过向实例变量发送release消息来释放任何实例变量的所有权，并且最终调用超类的dealloc实现：

- (void)dealloc {

[count release];

[super dealloc];

}

实现重置方法

假设您想实现一个方法来重置计数器。那么您有两种选择，第一种是使用简便构造函数创建一个新的NSNumber对象—也因此没有必要发送任何retain或release消息。请注意，两种方法都使用了类的set存取方法。

- (void)reset {

NSNumber *zero = [NSNumber numberWithInteger:0];

[self setCount:zero];

}

第二种是使用alloc创建NSNumber实例，因此您要相应地使用release。

- (void)reset {

NSNumber *zero = [[NSNumber alloc] initWithInteger:0];

[self setCount:zero];

[zero release];

}

常见错误

下面几小节举例说明常见的错误。

没有使用存取方法

下面的例子在一些简单的情况下几乎肯定可以正常工作，但这个例子避免使用存取方法，这样做几乎肯定会在某个阶段（当您忘记保留或释放，或者当您的实例变量的内存管理语义发生变化的时候）导致错误。

- (void)reset {

NSNumber *zero = [[NSNumber alloc] initWithInteger:0];

[count release];

count = zero;

}

另外请注意，如果您正在使用键值观察（参考键值观察编程指南），那么用这种方式改变变量是不兼容KVO的。

实例泄露

- (void)reset {

NSNumber *zero = [[NSNumber alloc] initWithInteger:0];

[self setCount:zero];

}

新数字的保留计数是1（来自alloc），而且在该方法释放的作用域内没有与之对应的release。新数字是不可能被释放的，这将导致内存泄漏。

向非您所有的实例发送 release

- (void)reset {

NSNumber *zero = [NSNumber numberWithInteger:0];

[self setCount:zero];

[zero release];

}

如果没有调用retain，则在当前的自动释放池被释放后，下一次您访问count会失败。简便构造方法返回一个会自动释放的对象，所以您不必再发送release。这样做意味着，当因autorelease而产生的release被发送后，保留计数会被减为0，且对象将被释放。当您下次想要访问计数时，您将向一个已经被释放的对象发送消息（这时通常您会得到一个SIGBUS 10错误）。

会造成混乱的情况

使用集合

当您把一个对象添加到一个集合，比如数组，字典或集合，集合拥有对象的所有权。当对象从集合中删除或集合本身被释放时，集合会释放所有权。因此，举例来说，如果您想创建一个数字数组，您可以选择以下方法中的一种：

NSMutableArray *array;

NSUInteger i;

// ...

for (i = 0; i < 10; i++) {

NSNumber *convenienceNumber = [NSNumber numberWithInteger:i];

[array addObject:convenienceNumber];

}

在这段代码中，您没有调用alloc，因此也没有必要调用release。没有必要保留新的数字对象（convenienceNumber），因为数组会为您代劳。

NSMutableArray *array;

NSUInteger i;

// ...

for (i = 0; i < 10; i++) {

NSNumber *allocedNumber = [[NSNumber alloc] initWithInteger: i];

[array addObject:allocedNumber];

[allocedNumber release];

}

在这段代码中，您需要在for循环的作用域内向allocedNumber发送release消息，以抵消之前的alloc。由于数组在用addObject:方法添加数字时对其进行了保留，因此只要它还在数组中就不会被释放。

要理解这一点，您要把自己放在实现这种集合类的作者的位置。您要确保交给您管理的对象不能在您的眼皮底下消失，所以您要在这些对象被加入集合中时向它们发送retain消息。如果它们被删除，您还必须相应地发送release消息，并且在您自己的dealloc方法中，您还应该向其余的对象发送release消息。

从方法返回的对象

当您从一个方法中返回一个局部变量时，您不仅要保证自己遵守了内存管理规则，而且要保证接收方在对象被释放之前一直有机会使用该对象。当您返回一个新创建的（您拥有的）对象时，您应该是用autorelease而不是release来释放所有权。

请考虑一个很简单的fullName方法，用它来连接firstName和lastName。一种可行的正确的实现方法（仅仅从内存管理的角度而言—当然从功能性的角度考虑，它仍有很多不足之处）可能如下面的代码所示：

- (NSString *)fullName {

NSString *string = [NSString stringWithFormat:@"%@ %@", firstName, lastName];

return string;

}

按照最基本的规则，您并不拥有stringWithFormat返回的字符串，所以它可以安全地从该方法中返回。

下面这种实现方法也是正确的：

- (NSString *)fullName {

NSString *string = [[[NSString alloc] initWithFormat:@"%@ %@", firstName, lastName] autorelease];

return string;

}

您拥有alloc返回的字符串，但您随后向它发送了一条autorelease消息，因此在您失去它的引用之前，您已经放弃了所有权，并且这样做也是满足内存管理规则的。这种实现方法的精髓在于使用了autorelease而不是release，要意识到这一点。

相比之下，下面的代码是错误的：

- (NSString *)fullName {

NSString *string = [[[NSString alloc] initWithFormat:@"%@ %@", firstName, lastName] release];

return string;

}

纯粹从内存管理的角度来讲，它看起来是正确的：您拥有alloc返回的字符串，并向它发送一条release的信息来释放所有权。然而从实用角度来看，该字符串很有可能在那一步就被回收了（它可能没有任何其他的所有者），因此该方法的调用者会接收到一个无效的对象。这说明了为什么autorelease非常实用—它能让您推迟释放，您可以在未来的某一时刻过后再释放对象。

为了追求完整性，下面的代码也是错误的：

- (NSString *)fullName {

NSString *string = [[NSString alloc] initWithFormat:@"%@ %@", firstName, lastName];

return string;

}

您拥有alloc返回的字符串，但是在您有机会释放所有权之前，您就失去了对该对象的引用。根据内存管理规则，这将导致内存泄漏，因为调用者没有得到任何迹象表明他们拥有返回的对象。