iOS开发——ARC

什么是自动引用计数

顾名思义，自动引用计数（ARC）是指内存管理中对引用采取自动计数的技术。我们知道以前的程序员关于内存管理是手动管理的也就是MRC，在后来才引入了ARC。那么关于ARC相比于MRC最大的优化是什么呢？总结一下就是：在LLVM编译器中设置ARC为有效状态，就无需再次键入retain或者是release代码这样就会在降低程序崩溃、内存泄漏等风险的同时，很大程度上减少了开发程序的工作量。如此一来，应用程序将具有可预测性，且能流畅运行，速度也将大幅提升。

内存管理/引用计数

内存管理的四个法则

1. 自己生成的对象，自己持有。
2. 非自己生成的对象，自己也能持有。
3. 不再需要自己持有的对象时释放。
4. 非自己持有的对象无法释放。

对象操作与OC方法的对应：

__strong修饰符

__strong修饰符是id类型和对象类型默认的所有权修饰符。 以下源代码中的id变量，实际上被附加了所有权修饰符：

id obj = [[NSObject alloc] init];

id和对象类型在没有明确指定所有权修饰符时，默认为__strong修饰符。上面的源代码与以下相同：

id __strong obj = [[NSObject alloc] init];

附有__strong修饰符的变量obj在超出其变量作用域时，即在该变量被废弃时，会是放弃被赋予的对象。__strong修饰符便是对对象的“强引用”。持有强引用的变量在超出其作用域时被废弃，随着强引用的失效，引用的对象会随之释放。

__strong修饰符的变量之间相互赋值

id __strong obj0 = [[NSObject alloc] init];//生成对象A			
id __strong obj1 = [[NSObject alloc] init];//生成对象B		
id __strong obj2 = nil;
obj0 = obj1;//obj0强引用对象B；而对象A不再被ojb0引用，被废弃
obj2 = obj0;//obj2强引用对象B（现在obj0，ojb1，obj2都强引用对象B）	
obj1 = nil;//obj1不再强引用对象B	
obj0 = nil;//obj0不再强引用对象B	
obj2 = nil;//obj2不再强引用对象B，不再有任何强引用引用对象B，对象B被废弃

通过上面的代码我们可以发现，__strong修饰符的变量，不仅只在变量作用域中，在赋值上也能够正确地管理其对象的所有者。赋值的本质是强引用的转变

关于__strong导致的循环引用的问题

举个例子：
Test类中有一个强引用类型的成员变量obj_，同时设置其set方法

@interface Test : NSObject {
    id __strong obj_;
}
- (void)setObject:(id __strong)obj;
@end

#import "Test.h"

@implementation Test
- (id)init {
    self = [super init];
    return self;
}

- (void)setObject:(id __strong)obj {
    obj_ = obj;
}
@end

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        id test0 = [[Test alloc] init];//生成TestA
        id test1 = [[Test alloc] init];//生成TestB
        [test0 setObject:test1];
        [test1 setObject:test0];
        //NSLog(@"%lu",CFGetRetainCount((__bridge CFTypeRef)test0));
    }
    return 0;
}

可以看到我们声明了两个对象test0和test1，同时其内部含有自己的obj_，由于set方法同时给两个对象的成员变量分别赋值另一个对象所持有的TestA和TestB对象，所以现在的情况就是：

test0持有TestA
test1.obj也持有TestA
test1持有TestB
test0.obj也持有TestB

失效阶段的表示

testA 不能dealloc 因为test1.obj还持有testA
想要废除test1.obj就是要遵行成员变量的生命周期是与对象同步的这个观点，所以我们需要废除testB

而对于testB来说也是这样，想废除test0.obj就是要废除testA

因为都是强引用，所以就造成了谁也不愿意让步，所以造成了循环

循环引用有什么隐患？循环引用容易发生内存泄漏。所谓内存泄漏就是应当废弃的对象超出其生存周期后继续存在。

__weak修饰符

我们刚刚提到了使用__strong修饰符会造成循环引用的问题，那么如何才能避免循环引用呢？有__strong就说明肯定有__weak，也许你不用知道OC为什么会引入__weak修饰符，但你要知道使用__weak修饰符可以避免循环引用。

__strong修饰符是强引用，那么__weak修饰符就提供了弱引用。弱引用是什么意思呢，你可以理解为它因为弱所以不能持有对象的实例

我们看一下下面的代码：

id __weak obj = [[NSObject alloc] init];

我们编译一下就会发现，编译器会发出警告：

这是编译器在告诉你，此源代码将自己生成并持有的对象赋值给附有__weak修饰符的变量obj。即变量obj持有对持有对象的弱引用。因此，为了不以自己持有的状态来保存自己生成并持有的对象，生成的对象会立即被释放。那么如何才能使编译器不发出警告呢，我们将代码改成以下的形式：

id __strong obj0 = [[NSObject alloc] init];
id __weak obj1 = obj0;

因为带__weak修饰符的变量（即弱引用）不持有对象，所以在超出其变量作用域时，对象即被释放。如果像下面这样将先前可能发生循环引用的类成员变量改成 附有__weak修饰符的成员变量的话，就可以避免循环引用。

@interface Test : NSObject
{
	id __weak obj_;
}
- (void)setObject:(id__strong)obj;
@end

__weak修饰符还有另一优点。在持有某对象的弱引用时，若该对象被废弃，则此弱引用将自动失效且处于nil被赋值的状态（空弱引用）。

通过检查附有weak修饰符的变量是否为nil，可以判断被赋值对象是否已废弃。
遗憾的是，weak修饰符只能用于iOS5以上及OS X Lion以上版本的应用程序。在iOS4以及OS X Snow Leopard的应用程序中可使用__unsafe _unretained修饰符来代替。

__unsafe _unretained修饰符

__unsafe _unretained修饰符正如其名unsafe所示，是不安全的所有权修饰符。尽管ARC式的内存管理是编译器的工作，但附有__unsafe _unretained修饰符的变量不属于编译器的内存管理对象。这一点在使用时要注意。

weak 修饰的指针变量，在指向的内存地址销毁后，会在 Runtime 的机制下，自动置为 nil。 _Unsafe_Unretain 不会置为 nil，容易出现 悬垂指针，发生崩溃。但是 _Unsafe_Unretain 比 __weak 效率高。
悬垂指针 指针指向的内存已经被释放了，但是指针还存在，这就是一个 悬垂指针 或者说 迷途指针。野指针，没有进行初始化的指针，其实都是 野指针

附有__unsafe_unretained修饰符的变量同附有__weak修饰符的变量一样，生成的对象会立即释放。

在使用__unsafe_unretained修饰符时，赋值给附有__strong修饰符的变量时有必要确保被赋值的对象确实存在，如果不存在，那么程序就会崩溃。

__autoreleasing修饰符

在上一节内容iOS开发——MRC（手动内存管理）我解释了关于MRC中的autorelease和NSAutoreleasePool等知识，这些也是MRC情况下的方法，但是在实际情况下，ARC有效时autorelease功能也是起作用的，如图所示：

__autoreleasing修饰符自动调用

编译器在编译时会检查方法名是否以alloc/new/copy/mutableCopy开始，如果不是则自动将返回值的对象注册到autoreleasepool。
以下情况即使不使用__autoreleaseing修饰符也能使对象注册到autoreleasepool。

+ (id) array {
	return [[NSMutableArray alloc]init];
}

如下：
+ (id) array {
	id obj = [[NSMutableArray alloc]init];
	return obj;
}

以下为使用__weak修饰符的例子。虽然__weak修饰符是为了避免循环引用而使用的，但在访问附有__weak修饰符的变量时，实际上必定要访问注册到autoreleasepool的对象。

id __weak obj1 = obj0;
NSLog(@"class = %@", [obj class]);

以下源代码与此相同。

id __weak obj1 = obj0;
id __autoreleasing tmp = obj1;
NSLog(@"class = %@", [tmp class]);

那么为什么访问附有__weak修饰符的变量时必须访问注册到autoreleasepool的对象呢？
这是因为__weak修饰符只持有对象的弱引用，而在访问引用对象的过程中，该对象有可能被废弃。如果把要访问的对象注册到autoreleasepool中，那么在@autoreleasepool块结束之前都能确保该对象存在。因此，访问附有__weak修饰符的变量时必须访问注册到autoreleasepool的对象。

最后一个可非显示地使用__autoreleasing修饰符的例子，同前面讲述的id obj和id __storng obj完全一样。那么id的指针id *obj又如何呢？可以由id __strong obj的例子类推出id __strong *obj吗？其实，推出来的是id __autoreleasing *obj。同样地，对象的指针NSObject **obj便成为了NSObject *__autoreleasing *obj。

像这样，id的指针或对象的指针在没有显示指定时会被附加上__autoreleasing修饰符。

ARC规则

1. 在ARC环境下编译源代码，必须要遵守一定的规则。具体ARC规则如下：
2. 不能使用retain/release/retainCount/autorelease
3. 不能使用NSAllocateObject/NSDeallocateObject
4. 必须遵守内存管理的方法名规则
5. 不要显式调用dealloc
6. 使用@autorelease块代替NSAutoreleasePool
7. 不能使用区域（NSZone）
8. 对象型变量不能作为C语言结构体的成员
9. 显式转换id和void*

不能使用 retain/release/retainCount/autorelease

设置ARC有效时，无需再次键入retain或release代码

前面我们介绍了retain/release/retainCount/autorelease这些方法是MRC里使用的，在我们设置ARC有效时，再使用的话编译器就会报错，所以总结一下：设置ARC有效时，禁止再次键入retain或者是release代码。

不能使用NSAllocateObject/NSDeallocateObject

一般情况下，通过调用NSObject类的alloc类方法来生成并持有OC对象：

id obj = [NSObject alloc];

但是就如GNUstep的alloc实现所示，实际上是通过直接点用NSAllocateObject函数来生成并持有对象的。
在ARC有效时，禁止使用NSAllocateObject函数。同retain等方法一样，如果使用会报错，所以禁止使用。

须遵守内存管理的方法命名规则

在ARC无效时，用于对象生成/持有的方法必须遵守以下的命名规则。

1. alloc
2. new
3. copy
4. mutableCopy

关于init
以init开始的方法的规则要比alloc/new/copy/mutableCopy更严格。该方法必须是实例方法，并且必须要返回对象。返回的对象应为id类型或该方法声明类的对象类型，返回的对象并不注册到autoreleasepool上。基本桑拿只是对alloc方法返回值的对象进行初始化处理并返回该对象。

不能显示调用dealloc

dealloc无法释放不属于该对象的一些东西，需要我们重写时加上去，例如：

1. 通知的观察者,或KVO的观察者
2. 对象强委托/引用的解除(例如XMPPMannerger的delegateQueue)
3. 做一些其他的注销之类的操作(关闭程序运行期间没有关闭的资源)

__bridge

属性

属性关键字与所有权修饰符

ARC的实现

__strong修饰符

表示引用为强引用。在ARC模式下，只要一个变量有__strong标识了，就标识拥有了赋值的对象，不管赋值的对象是怎么来的。也可理解为只要见到__strong标识，编译器就会给那些不是你持有的对象自动加上retain，并且在变量超出作用域后自动调用了一次release。

那么赋值给附有__strong修饰符的变量在实际的程序中到底是怎样运行的呢？

//编译器的模拟代码
id obj = objc_msgSend(NSObject, @selector(alloc));
objc_msgSend(obj, @selector(init));
objc_release(obj);

如原源代码所示，两次调用objc_msgSend方法(alloc方法和init方法），变量作用域结束时通过objc_release释放对象。虽然ARC不能使用release方法，但由此可知编译器自动插入了release。

像该源代码这样，返回注册到 autoreleasepool 中对象的方法使用了objc_autoreleaseReturnValue 函数返回注册到autoreleasepool中的对象。但是 objc_autoreleaseReturnValue函数同 objc_autorelease 函数不同般不仅限于注册对象到autoreleasepool中。
objc_autoreleaseReturnValue 两数会检查使用该函数的方法或函数调用方的执行命令列表，如果方法或函数的调国方在调用了方法或函数后紧接着调用 objc_retainAutoreleasedReturnValue函数，那么就不将返回的对象注册到autoreleasepool中，而是直接传递到方法或函数的调用方。objc_retainAutoreleasedReturnValue 函数与 objc_retain 函数不同，它即便不注册到 autoreleasepool中而返回对象，也能够正确地获取对象。通过objc_autoreleaseReturnValue 函数和objc_retainAutoreleasedReturnValue 函数的协作，可以不将对象注册到autoreleasepool中而直按传递，这一过程达到了最优化。如图所示：