30.以ARC简化引用计数

《编写高质量iOS与OS X代码的52个有效方法》--第五章 第30条
(ps:此乃读书笔记,加深记忆,仅供大家参考)


第30条 以ARC简化引用计数

使用ARC时一定要记住,引用计数实际上还是要执行的,只不过保留与释放操作现在是由ARC自动为你添加。

由于ARC会自动执行retain、release、autorelease等操作,所以直接在ARC下调用这些内存管理方法是非法的:

  • retain
  • release
  • autorelease
  • dealloc

实际上,ARC在调用这些方法时,并不通过普通的Objective-C消息派发机制,而是直接调用其底层C语言版本。这样做性能更好,因为保留及释放操作需要频繁执行,所以直接调用底层函数能节省很多CPU周期。比方说,ARC会调用与retain等价的底层函数objc-reatin。这也是不能覆写retain、release、或autorelease的缘由,因为这些方法从来不会被直接调用。

使用ARC时必须遵循的方法命名规则

若方法名以下列词语开头,则其返回值的对象归调用者所有:

  • alloc
  • new
  • copy
  • mutableCopy

归调用者所有的意思是:调用上述四种方法的那段代码要负责释放方法所返回的对象。如果还有其他对象保留此对象,并对其调用了autorelease,那么保留计数值可能比1大,这也是retainCount方法不太有用的原因之一。

ARC通过命名约定将内存管理规则标准化。

ARC还可以执行一些手工操作很难甚至无法完成的优化。如果发现在同一个对象上执行了多次“保留”与“释放”操作,那么ARC有时也可以成对地移除这两个操作。

ARC也包含运行期组件。前面讲到,某些方法在返回对象之前,为其执行了autorelease操作,而调用方法的代码可能需要将返回的对象保留,比如:

EOCPerson * tmp = [EOCPerson personWithName:@"Bob Smith"];
_myPerson = [tmp retain];

"personWithName:"方法里的autorelease与上段代码中的retain都是多余的。但是,在ARC环境下编译代码时,必须考虑“向后兼容性”(backward compatibility),以兼容那些不适用ARC的代码。

不过,ARC可以在运行期检测到这一多余的操作,也就是autorelease及紧跟其后的retain。为了优化代码,在方法中返回自动释放的对象时,要执行一个特殊函数。此时不直接调用对象的autorelease方法,而是改为调用objc_autoreleaseRetainValue。此函数会检视当前方法返回之后即将要执行的那段代码。若发现那段代码要在返回的对象上执行retain操作,则设置全局数据节后(此数据结构的具体内容因处理器而异)中的一个标志位,而不执行autorelease操作。与之相似,如果方法返回了一个自动释放的对象,而调用方法的代码要保留此对象,那么此时不直接执行retain,而是改为执行objc_retainAutoreleasedReturnValue函数。此函数要检测刚才提到的那个标志位,若已经置位,则不执行retain操作。这只并检测标志位,要比调用autorelease和retain更快。

下面代码演示ARC如何通过这些特殊函数来优化程序的:

- (EOCPerson *)personWithName:(NSString *)name
{
    EOCPerson * person = [[EOCPerson alloc] init];
    person.name = name;
    objc_autoreleaseReturnValue(person);
    return nil;
}
EOCPerson *tmp = [EOCPerson personWithName:@"Matt Galloway"];
_myPerson = objc_retainAutoreleasedReturnValue(tmp);

伪代码描述其中的步骤:

id objc_autoreleaseReturnValue(id object)
{
    if (/* caller will retain object */) {
        set_flag(object);
        return object;  ///No autorelease
    }else
    {
        return [object autorelease];
    }
}

id objc_retainAutoreleaseReturnValue(id object)
{
    if (get_flag(object)) {
        clear_flag(object);
        return object;  ///No retain
    }else
    {
        return [object retain];
    }
}

变量的内存管理语义

在应用程序中,可用下列修饰符来改变局部变量与实例变量的语义:

  • __string:默认语义,保留此值。
  • __unsafe_unretained:不保留此值,这么做可能不安全,因为等到再次使用变量时,其对象可能已经回收了。
  • __weak:不保留此值,但是变量可以安全使用,因为如果系统把这个对象回收了,那么变量也会自动清空。
  • __autoreleasing:把对象“按引用传递”(pass by reference)给方法时,使用这个特殊的修饰符。此值在方法返回时自动释放。

我们经常会给局部变量加上修饰符,用以打破由“块”(block)所引入的保留环。块会自动保留其所捕获的全部对象,而如果这其中有某个对象又保留了块本身,那么就可能导致“保留环”。可以用__weak局部变量来打破这种“保留环”

ARC如何清了实例变量

用了ARC之后,就不需要再编写来释放强引用的dealloc方法了。因为ARC会借用Objective-C++的一项特性来生成清理例程(cleanup routine)。回收Objective-C++对象时,待回收的对象会调用所有C++对象的析构函数(destructor)。编译器如果发现某个对象里含有C++对象,就会生成名为.cxx_destruce的方法。而ARC则借助此特性,在该方法中生成清理内存所需代码。

不过如果有非Objective-C的对象,比如CoreFoundation中的对象或是由malloc()分配在堆中的内存,那么仍然需要清理。然而不需要像原来马羊调用超类的dealloc方法。ARC会自动在.cxx_destruct方法中生成代码并运行此方法,而在生成的代码中会自动调用超类的dealloc方法。ARC环境下,dealloc可以这样写:

- (void)dealloc
{
    CFRelease(_coreFoundationObject);
    free(_heapAllocatedMemeoryBlob);
}

因为ARC会自动生成回收对象时所执行的代码,所以通常无需再编写dealloc方法。真能减少项目源代码大小,而且可以省去其中一些样板代码(boilerplate code)。

要点

  • 有ARC之后,程序员就无需担心内存管理问题了。使用ARC来编程,可省去类中的许多“样板代码”。
  • ARC管理对象生命期的办法基本上就是:再合适的地方插入“保留”及“释放 ”操作。在ARC环境下,变量的内存管理语义可以通过修饰符指明,而原来则需要手工执行“保留”及“释放”操作。
  • 由方法所返回的对象,其内存管理语义总是通过方法名来体现。ARC将此确定为开发者必须遵守的规则。
  • ARC只负责管理Objective-C对象的内存。尤其要注意:CoreFoundation对象不归ARC管理,开发者必须适时调用CFRetain/CFRelease。
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