C语言内存分配
Objective-C从名字来看就可以知道是一门超C语言,所以了解C语言的内存模型对于理解Objective-C的内存管理有很大的帮助。C语言内存模型图如下:
1-1 C内存分配.png
从图中可以看出内存被分成了5个区,每个区存储的内容如下:
栈区(stack):存放函数的参数值、局部变量的值等,由编译器自动分配释放,通常在函数执行结束后就释放了,其操作方式类似数据结构中的栈。栈内存分配运算内置于处理器的指令集,效率很高,但是分配的内存容量有限,比如iOS中栈区的大小是2M。
堆区(heap):就是通过new、malloc、realloc分配的内存块,它们的释放编译器不去管,由我们的应用程序去释放。如果应用程序没有释放掉,操作系统会自动回收。分配方式类似于链表。
静态区:全局变量和静态变量的存储是放在一块的,初始化的全局变量和静态变量在一块区域,未初始化的全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另一块区域。程序结束后,由系统释放。
常量区:常量存储在这里,不允许修改的。
代码区:存放函数体的二进制代码。
栈区在什么时候释放内存呢?我们通过下面的一个例子来说明下:
1
2
3
4
5
|
- (void)print {
int i = 10;
int j = 20;
NSLog(@
"i+j = %d"
, (i+j));
}
|
在上面的代码中当程序执行到 } 的时候,变量i和j的作用域已经结束了,编译器就会自动释放掉i和j所占的内存,所以理解好作用域就理解了栈区的内存分配。
栈区和堆区的区别主要为以下几点:
对于栈来说,内存管理由编译器自动分配释放;对于堆来说,释放工作由程序员控制。
栈的空间大小比堆小许多。
栈是机器系统提供的数据结构,计算机会在底层对栈提供支持,所以分配效率比堆高。
栈中存储的变量出了作用域就无效了,而堆由于是由程序员进行控制释放的,变量的生命周期可以延长。
声明block属性的时候为什么用copy呢?
在说明为什么要用copy前,先思考下block是存储在栈区还是堆区呢?其实block有3种类型:
全局块(_NSConcreteGlobalBlock)
栈块(_NSConcreteStackBlock)
堆块(_NSConcreteMallocBlock)
全局块存储在静态区(也叫全局区),相当于Objective-C中的单例;栈块存储在栈区,超出作用域则马上被销毁。堆块存储在堆区中,是一个带引用计数的对象,需要自行管理其内存。
怎么判断一个block所在的存储位置呢?
block不访问外界变量(包括栈中和堆中的变量)
block既不在栈中也不在堆中,此时就为全局块,ARC和MRC下都是如此。
block访问外界变量
MRC环境下:访问外界变量的block默认存储在栈区。
ARC环境下:访问外界变量的block默认存放在堆中,实际上是先放在栈区,在ARC情况下自动又拷贝到堆区,自动释放。
使用copy修饰符的作用就是将block从栈区拷贝到堆区,为什么要这么做呢?我们看下Apple官方文档给出的答案:
1-2 block copy.png
通过官方文档可以看出,复制到堆区的主要目的就是保存block的状态,延长其生命周期。因为block如果在栈上的话,其所属的变量作用域结束,该block就被释放掉,block中的__block变量也同时被释放掉。为了解决栈块在其变量作用域结束之后被释放掉的问题,我们就需要把block复制到堆中。
不同类型的block使用copy方法的效果也不一样,如下所示:
block的类型 存储区域 复制效果
_NSConcreteStackBlock 栈 从栈复制到堆
_NSConcreteGlobalBlock 静态区(全局区) 什么也不做
_NSConcreteMallocBlock 堆 引用计数增加
在使用系统提供的block api需要考虑循环引用的问题吗?比如:
123[UIView animateWithDuration:0.5 animations:^{
[self doSomething];
}];
在这种情况下是不需要考虑循环引用的,因为这里只有block对self进行了一次强引用,属于单向的强引用,没有形成循环引用。
weak与strong有什么区别呢?先看一段代码:
12345678- (void)configureBlock {
__weak
typeof
(self) weakSelf = self;
self.block = ^{
[weakSelf doSomething];
// weakSelf != nil
// preemption(抢占) weakSelf turned nil
[weakSelf doAnotherThing];
};
}
这段代码看起来很正常呀,但是在并发执行的时候,block的执行是可以抢占的,而且对weakSelf指针的调用时序不同可以导致不同的结果,比如在一个特定的时序下weakSelf可能会变成nil,这个时候在执行doAnotherThing就会造成程序的崩溃。为了避免出现这样的问题,采用__strong的方式来进行避免,更改后的代码如下:
123456789- (void)configureBlock {
__weak
typeof
(self) weakSelf = self;
self.block = ^{
__strong
typeof
(weakSelf) strongSelf = weakSelf;
[strongSelf doSomething];
// strongSelf != nil
// 在抢占的时候,strongSelf还是非nil的。
[strongSelf doAnotherThing];
};
}
从代码中可以看出加入__strong所起的作用就是在抢占的时候strongSelf还是非nil的,避免出现nil的情况。
问题来源
这是一种 强引用 --> 弱引用 --> 强引用 的变换过程。在弄明白为什么要如此大费周章之前,我们首先来看看一般的写法会有什么问题。
__weak MyViewController *wself = self;
self.completionHandler = ^(NSInteger result) {
[wself.property removeObserver: wself forKeyPath:@"pathName"];
};
这种写法可以避免循环引用,但是我们要考虑这样的问题:
假设 block 被放在子线程中执行,而且执行过程中 self 在主线程被释放了。由于 wself 是一个弱引用,因此会自动变为 nil。而在 KVO 中,这会导致崩溃。
Strong-Weak Dance
解决以上问题的方法很简单,新增一行代码即可:
__weak MyViewController *wself = self;
self.completionHandler = ^(NSInteger result) {
__strong __typeof(wself) sself = wself; // 强引用一次
[sself.property removeObserver: sself forKeyPath:@"pathName"];
};
这样一来,self 所指向对象的引用计数变成 2,即使主线程中的 self 因为超出作用于而释放,对象的引用计数依然为 1,避免了对象的销毁。
思考
在和小伙伴的讨论过程中,他提出了几个问题。虽然都不难,但是有利于把各种知识融会贯通起来。
1.Q:下面这行代码,将一个弱引用的指针赋值给强引用的指针,可以起到强引用效果么?
__strong __typeof(wself) sself = wself;
A:会的。引用计数描述的是对象而不是指针。这句话的意思是:
sself 强引用 wself 指向的那个对象
因此对象的引用计数会增加一个。
2.Q:block 内部定义了sself,会不会因此强引用了 sself?
A:不会。block 只有截获外部变量时,才会引用它。如果是内部新建一个,则没有任何问题。
3.Q:如果在 block 内部没有强引用,而是通过 if 判断,是不是也可以,比如这样写:
__weak MyViewController *wself = self;
wself.completionHandler = ^(NSInteger result) {
if (wself) { // 只有当 wself 不为 nil 时,才执行以下代码
[wself.property removeObserver: wself forKeyPath:@"pathName"];
}
};
A:不可以!考虑到多线程执行,也许在判断的时候,self 还没释放,但是执行 self 里面的代码时,就刚好释放了。
4.Q:那按照这个说法,block 内部强引用也没用啊。也许 block 执行以前,self 就释放了。
A:有用!如果在 block 执行以前,self 就释放了,那么 block 的引用计数降为 0,所以自己就会被释放。这样它根本就不会被执行。另外,如果执行一个为 nil 的闭包会导致崩溃。
5.Q:如果在执行 block 的过程中,block 被释放了怎么办?
A:简单来说,block 还会继续执行,但是它捕获的指针会具有不确定的值
@strongify 和 @weakify
这是 ReactiveCocoa 中定义的一个宏。一般可以这样使用:
@weakify(self);
self.completionHandler = ^(NSInteger result) {
@strongify(self);
[self.property removeObserver: sself forKeyPath:@"pathName"];
};
本文并非分析它们的实现原理,所以就简单解释两点:
这里的“@”没有任何用处,仅表示强调,这个宏实际上包含了一个空的 AutoreleasePool,这也就是为什么一定要加上“@”。
它的原理还是和之前一样,生成了一段形如 __weak MyViewController *wself = self; 这种格式的代码:
#define rac_strongify_(INDEX, VAR) \
__strong __typeof__(VAR) VAR = metamacro_concat(VAR, _weak_);
Swift 中的情况
感谢 @Cyrus_dev 的提醒,在 Swift 中也有 Strong-Weak Dance 的概念。最简单的方法就是直接沿用 OC 的思路:
self.completionHandler = { [weak self] in
if let strongSelf = self {
/// ....
}
};
这种写法的缺点在于,我们不能写 if let self = self,因此需要重新定义一个变量 strongSelf,命名方式显得不够优雅。
除此以外还可以使用 Swift 标准库提供的函数 withExtendedLifetime:
self.completionHandler = { [weak self] in
withExtendedLifetime(self) {
/// ...
}
};
这种写法的缺点在于,self 依然是可选类型的,还需要把它解封后才能使用。
最后,还有一种解决方案是自定义 withExtendedLifetime函数:
extension Optional {
func withExtendedLifetime(body: T -> Void) {
if let strongSelf = self {
body(strongSelf)
}
}
}
至于这种写法是否更加优雅,就见仁见智了:
self.completionHandler = { [weak self] in
self.withExtendedLifetime {
/// 这里用 $0 表示 self
}
};