iOS----ARC（自动内存管理）

1.ARC是什么呢，有什么用？

ARC是苹果官方推出的帮助我们苹果开发工程师管理内存的一种自动内存管理机制，它的前身是MRC，也就是手动内存管理；

2.ARC的基本原理是什么？

ARC是编译器（时）特性，而不是运行时特性，更不是垃圾回收器(GC)。

Automatic Reference Counting (ARC) is a compiler-level feature that simplifies the process of managing object lifetimes (memory management) in Cocoa applications.

ARC只是相对于MRC（Manual Reference Counting或称为非ARC，下文中我们会一直使用MRC来指代非ARC的管理方式）的一次改进，但它和之前的技术本质上没有区别。具体信息可以参考ARC编译器官方文档。

3.ARC怎么使用？

注意：一般，在程序员设定项目类型为ARC时，基本不用我们自己去管理内存；但为了优化项目，提高用户体验，我们还是要去手动操作的。

ARC的运用涉及到几个点

• ARC的本质（参考第2点）
• ARC的开启与关闭
• ARC的修饰符
• ARC与Block
• ARC与Toll-Free Bridging

1)ARC的本质：（参考前面的第2点）

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2)ARC多开器与关闭：

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不同于XCode4可以在创建工程时选择关闭ARC，XCode5在创建的工程是默认开启ARC，没有可以关闭ARC的选项。

如果需要对特定文件开启或关闭ARC，可以在工程选项中选择Targets -> Compile Phases -> Compile Sources，在里面找到对应文件，添加flag:

• 打开ARC：-fobjc-arc

• 关闭ARC：-fno-objc-arc

如图：

3）ARC的修饰符

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ARC主要提供了4种修饰符，他们分别是:__strong,__weak,__autoreleasing,__unsafe_unretained。

__strong

表示引用为强引用。对应在定义property时的"strong"。所有对象只有当没有任何一个强引用指向时，才会被释放。

注意：如果在声明引用时不加修饰符，那么引用将默认是强引用。当需要释放强引用指向的对象时，需要将强引用置nil。

__weak

表示引用为弱引用。对应在定义property时用的"weak"。弱引用不会影响对象的释放，即只要对象没有任何强引用指向，即使有100个弱引用对象指向也没用，该对象依然会被释放。不过好在，对象在被释放的同时，指向它的弱引用会自动被置nil，这个技术叫zeroing weak pointer。这样有效得防止无效指针、野指针的产生。__weak一般用在delegate关系中防止循环引用或者用来修饰指向由Interface Builder编辑与生成的UI控件。

__autoreleasing

表示在autorelease pool中自动释放对象的引用，和MRC时代autorelease的用法相同。定义property时不能使用这个修饰符，任何一个对象的property都不应该是autorelease型的。

一个常见的误解是，在ARC中没有autorelease，因为这样一个“自动释 放”看起来好像有点多余。这个误解可能源自于将ARC的“自动”和autorelease“自动”的混淆。其实你只要看一下每个iOS App的main.m文件就能知道，autorelease不仅好好的存在着，并且变得更fashion了：不需要再手工被创建，也不需要再显式得调用 [drain]方法释放内存池。

以下两行代码的意义是相同的。

NSString *str = [[[NSString alloc] initWithFormat:@"hehe"] autorelease]; // MRC
NSString *__autoreleasing str = [[NSString alloc] initWithFormat:@"hehe"]; // ARC

这里关于autoreleasepool就不做展开了，详细地信息可以参考官方文档或者其他文章。

__autoreleasing在ARC中主要用在参数传递返回值（out-parameters）和引用传递参数（pass-by-reference）的情况下。

__autoreleasing is used to denote arguments that are passed by reference (id *) and are autoreleased on return.

比如常用的NSError的使用：

NSError *__autoreleasing error; 
if (![data writeToFile:filename options:NSDataWritingAtomic error:&error]) 
{ 
　　NSLog(@"Error: %@", error); 
}

（在上面的writeToFile方法中error参数的类型为(NSError *__autoreleasing *)）

注意，如果你的error定义为了strong型，那么，编译器会帮你隐式地做如下事情，保证最终传入函数的参数依然是个__autoreleasing类型的引用。

NSError *error;
NSError *__autoreleasing tempError = error; // 编译器添加 
if (![data writeToFile:filename options:NSDataWritingAtomic error:&tempError]) 
{ 
　　error = tempError; // 编译器添加 
　　NSLog(@"Error: %@", error); 
}

所以为了提高效率，避免这种情况，我们一般在定义error的时候将其（老老实实地=。=）声明为__autoreleasing类型的：

NSError *__autoreleasing error;

在这里，加上__autoreleasing之后，相当于在MRC中对返回值error做了如下事情：

*error = [[[NSError alloc] init] autorelease];

*error指向的对象在创建出来后，被放入到了autoreleasing pool中，等待使用结束后的自动释放，函数外error的使用者并不需要关心*error指向对象的释放。

另外一点，在ARC中，所有这种指针的指针 （NSError **）的函数参数如果不加修饰符，编译器会默认将他们认定为__autoreleasing类型。

比如下面的两段代码是等同的：

- (NSString *)doSomething:(NSNumber **)value
{
        // do something
}

- (NSString *)doSomething:(NSNumber * __autoreleasing *)value
{
        // do something
}

除非你显式得给value声明了__strong，否则value默认就是__autoreleasing的。

最后一点，某些类的方法会隐式地使用自己的autorelease pool，在这种时候使用__autoreleasing类型要特别小心。

比如NSDictionary的[enumerateKeysAndObjectsUsingBlock]方法：

- (void)loopThroughDictionary:(NSDictionary *)dict error:(NSError **)error
{
    [dict enumerateKeysAndObjectsUsingBlock:^(id key, id obj, BOOL *stop){

          // do stuff
          if (there is some error && error != nil)
          {
                *error = [NSError errorWithDomain:@"MyError" code:1 userInfo:nil];
          }

    }];
}

会隐式地创建一个autorelease pool，上面代码实际类似于：

- (void)loopThroughDictionary:(NSDictionary *)dict error:(NSError **)error
{
    [dict enumerateKeysAndObjectsUsingBlock:^(id key, id obj, BOOL *stop){

          @autoreleasepool  // 被隐式创建
　　　　　　{
              if (there is some error && error != nil)
              {
                    *error = [NSError errorWithDomain:@"MyError" code:1 userInfo:nil];
              }
          }
    }];

    // *error 在这里已经被dict的做枚举遍历时创建的autorelease pool释放掉了 ：(
}    

为了能够正常的使用*error，我们需要一个strong型的临时引用，在dict的枚举Block中是用这个临时引用，保证引用指向的对象不会在出了dict的枚举Block后被释放，正确的方式如下：

- (void)loopThroughDictionary:(NSDictionary *)dict error:(NSError **)error
{

　　__block NSError* tempError; // 加__block保证可以在Block内被修改  
　　[dict enumerateKeysAndObjectsUsingBlock:^(id key, id obj, BOOL *stop)
　　{ 
　　　　if (there is some error) 
　　　　{ 
　　　　　　*tempError = [NSError errorWithDomain:@"MyError" code:1 userInfo:nil]; 
　　　　}  

　　}] 

　　if (error != nil) 
　　{ 
　　　　*error = tempError; 
　　} 
} 

__unsafe_unretained

ARC是在iOS 5引入的，而这个修饰符主要是为了在ARC刚发布时兼容iOS 4以及版本更低的设备，因为这些版本的设备没有weak pointer system，简单的理解这个系统就是我们上面讲weak时提到的，能够在weak引用指向对象被释放后，把引用值自动设为nil的系统。这个修饰符在定义property时对应的是"unsafe_unretained"，实际可以将它理解为MRC时代的assign：纯粹只是将引用指向对象，没有任何额外的操作，在指向对象被释放时依然原原本本地指向原来被释放的对象（所在的内存区域）。所以非常不安全。

现在可以完全忽略掉这个修饰符了，因为iOS 4早已退出历史舞台很多年。

*使用修饰符的正确姿势（方式=。=）

这可能是很多人都不知道的一个问题，包括之前的我，但却是一个特别要注意的问题。

苹果的文档中明确地写道：

You should decorate variables correctly. When using qualifiers in an object variable declaration,

the correct format is:

ClassName * qualifier variableName;

按照这个说明，要定义一个weak型的NSString引用，它的写法应该是：

NSString * __weak str = @"hehe"; // 正确！

而不应该是：

__weak NSString *str = @"hehe";  // 错误！

我相信很多人都和我一样，从开始用ARC就一直用上面那种错误的写法。

那这里就有疑问了，既然文档说是错误的，为啥编译器不报错呢？文档又解释道：

Other variants are technically incorrect but are “forgiven” by the compiler. To understand the issue, seehttp://cdecl.org/.

好吧，看来是苹果爸爸（=。=）考虑到很多人会用错，所以在编译器这边贴心地帮我们忽略并处理掉了这个错误：）虽然不报错，但是我们还是应该按照正确的方式去使用这些修饰符，如果你以前也常常用错误的写法，那看到这里记得以后不要这么写了，哪天编译器怒了，再不支持错误的写法，就要郁闷了。

栈中指针默认值为nil

无论是被strong，weak还是autoreleasing修饰，声明在栈中的指针默认值都会是nil。所有这类型的指针不用再初始化的时候置nil了。虽然好习惯是最重要的，但是这个特性更加降低了“野指针”出现的可能性。

在ARC中，以下代码会输出null而不是crash:)

- (void)myMethod
{
    NSString *name;
    NSLog(@"name: %@", name);
}

4）ARC与Block

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在MRC时代，Block会隐式地对进入其作用域内的对象（或者说被Block捕获的指针指向的对象）加retain，来确保Block使用到该对象时，能够正确的访问。

这件事情在下面代码展示的情况中要更加额外小心。

MyViewController *myController = [[MyViewController alloc] init…];

// 隐式地调用[myController retain];造成循环引用
myController.completionHandler =  ^(NSInteger result) {
   [myController dismissViewControllerAnimated:YES completion:nil];
};

[self presentViewController:myController animated:YES completion:^{
   [myController release]; // 注意，这里调用[myController release];是在MRC中的一个常规写法，并不能解决上面循环引用的问题
}];

在这段代码中，myController的completionHandler调用了myController的方法[dismissViewController...]，这时completionHandler会对myController做retain操作。而我们知道，myController对completionHandler也至少有一个retain（一般准确讲是copy），这时就出现了在内存管理中最糟糕的情况：循环引用！简单点说就是：myController retain了completionHandler，而completionHandler也retain了myController。循环引用导致了myController和completionHandler最终都不能被释放。我们在delegate关系中，对delegate指针用weak就是为了避免这种问题。

不过好在，编译器会及时地给我们一个警告，提醒我们可能会发生这类型的问题：

对这种情况，我们一般用如下方法解决：给要进入Block的指针加一个__block修饰符。

这个__block在MRC时代有两个作用：

• 说明变量可改
• 说明指针指向的对象不做这个隐式的retain操作

一个变量如果不加__block，是不能在Block里面修改的，不过这里有一个例外：static的变量和全局变量不需要加__block就可以在Block中修改。

使用这种方法，我们对代码做出修改，解决了循环引用的问题：

MyViewController * __block myController = [[MyViewController alloc] init…];
// ...
myController.completionHandler =  ^(NSInteger result) {
    [myController dismissViewControllerAnimated:YES completion:nil];
};
//之后正常的release或者retain

在ARC引入后，没有了retain和release等操作，情况也发生了改变：在任何情况下，__block修饰符的作用只有上面的第一条：说明变量可改。即使加上了__block修饰符，一个被block捕获的强引用也依然是一个强引用。这样在ARC下，如果我们还按照MRC下的写法，completionHandler对myController有一个强引用，而myController对completionHandler有一个强引用，这依然是循环引用，没有解决问题：（

于是我们还需要对原代码做修改。简单的情况我们可以这样写：

__block MyViewController * myController = [[MyViewController alloc] init…];
// ...
myController.completionHandler =  ^(NSInteger result) {
    [myController dismissViewControllerAnimated:YES completion:nil];
    myController = nil;  // 注意这里，保证了block结束myController强引用的解除
};

在completionHandler之后将myController指针置nil，保证了completionHandler对myController强引用的解除，不过也同时解除了myController对myController对象的强引用。这种方法过于简单粗暴了，在大多数情况下，我们有更好的方法。

这个更好的方法就是使用weak。（或者为了考虑iOS4的兼容性用unsafe_unretained，具体用法和weak相同，考虑到现在iOS4设备可能已经绝迹了，这里就不讲这个方法了）（关于这个方法的本质我们后面会谈到）

为了保证completionHandler这个Block对myController没有强引用，我们可以定义一个临时的弱引用weakMyViewController来指向原myController的对象，并把这个弱引用传入到Block内，这样就保证了Block对myController持有的是一个弱引用，而不是一个强引用。如此，我们继续修改代码：

MyViewController *myController = [[MyViewController alloc] init…];
// ...
MyViewController * __weak weakMyViewController = myController;
myController.completionHandler =  ^(NSInteger result) {
    [weakMyViewController dismissViewControllerAnimated:YES completion:nil];
};

这样循环引用的问题就解决了，但是却不幸地引入了一个新的问题：由于传入completionHandler的是一个弱引用，那么当myController指向的对象在completionHandler被调用前释放，那么completionHandler就不能正常的运作了。在一般的单线程环境中，这种问题出现的可能性不大，但是到了多线程环境，就很不好说了，所以我们需要继续完善这个方法。

为了保证在Block内能够访问到正确的myController，我们在block内新定义一个强引用strongMyController来指向weakMyController指向的对象，这样多了一个强引用，就能保证这个myController对象不会在completionHandler被调用前释放掉了。于是，我们对代码再次做出修改：

MyViewController *myController = [[MyViewController alloc] init…];
// ...
MyViewController * __weak weakMyController = myController;
myController.completionHandler =  ^(NSInteger result) {
    MyViewController *strongMyController = weakMyController;

　　if (strongMyController) {
        // ...
        [strongMyController dismissViewControllerAnimated:YES completion:nil];
        // ...
    }
    else {
        // Probably nothing...
    }
};

到此，一个完善的解决方案就完成了：）

官方文档对这个问题的说明到这里就结束了，但是可能很多朋友会有疑问，不是说不希望Block对原myController对象增加强引用么，这里为啥堂而皇之地在Block内新定义了一个强引用，这个强引用不会造成循环引用么？理解这个问题的关键在于理解被Block捕获的引用和在Block内定义的引用的区别。为了搞得明白这个问题，这里需要了解一些Block的实现原理，但由于篇幅的缘故，本文在这里就不展开了，详细的内容可以参考其他的文章，这里特别推荐唐巧的文章和另外2位作者的博文：这个和这个，讲的都比较清楚。

这里假设大家已经对Block的实现原理有所了解了。我们就直入主题了！注意前方高能（=。=）

为了更清楚地说明问题，这里用一个简单的程序举例。比如我们有如下程序：

#include <stdio.h>

int main()
{
    int b = 10;

    int *a = &b;

    void (^blockFunc)() = ^(){

        int *c = a;

    };

    blockFunc();

    return 1;
}

程序中，同为int型的指针，a是被Block捕获的变量，而c是在Block内定义的变量。我们用clang -rewrite-objc处理后，可以看到如下代码：

原main函数：

int main()
{
    int b = 10;

    int *a = &b;

    void (*blockFunc)() = (void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, a);

    ((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)blockFunc)->FuncPtr)((__block_impl *)blockFunc);

    return 1;
}

Block的结构：

struct __main_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __main_block_desc_0* Desc;

  int *a; // 被捕获的引用 a 出现在了block的结构体里面

  __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, int *_a, int flags=0) : a(_a) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};

实际执行的函数：

static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
  int *a = __cself->a; // bound by copy

        int *c = a; // 在block中声明的引用 c 在函数中声明，存在于函数栈上

    }

我们可以清楚得看到，a和c存在的位置完全不同，如果Block存在于堆上（在ARC下Block默认在堆上），那么a作为Block结构体的一个成员，也自然会存在于堆上，而c无论如何，永远位于Block内实际执行代码的函数栈内。这也导致了两个变量生命周期的完全不同：c在Block的函数运行完毕，即会被释放，而a呢，只有在Block被从堆上释放的时候才会释放。

回到我们的MyViewController的例子中，同上理，如果我们直接让Block捕获我们的myController引用，那么这个引用会被复制后（引用类型也会被复制）作为Block的成员变量存在于其所在的堆空间中，也就是为Block增加了一个指向myController对象的强引用，这就是造成循环引用的本质原因。对于MyViewController的例子，Block的结构体可以理解是这个样子：（准确的结构体肯定和以下这个有区别，但也肯定是如下这种形式：）

struct __main_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __main_block_desc_0* Desc;

  MyViewController * __strong myController;  // 被捕获的强引用myController

  __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, int *_a, int flags=0) : a(_a) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};

而反观我们给Block传入一个弱引用weakMyController，这时我们Block的结构：

struct __main_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __main_block_desc_0* Desc;

  MyViewController * __weak weakMyController;  // 被捕获的弱引用weakMyController

  __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, int *_a, int flags=0) : a(_a) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};

再看在Block内声明的强引用strongMyController，它虽然是强引用，但存在于函数栈中，在函数执行期间，它一直存在，所以myController对象也一直存在，但是当函数执行完毕，strongMyController即被销毁，于是它对myController对象的强引用也被解除，这时Block对myController对象就不存在强引用关系了！加入了strongMyController的函数大体会是这个样子：

static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {

  MyViewController * __strong strongMyController = __cself->weakMyController; 

    // ....
    }

综上所述，在ARC下（在MRC下会略有不同），Block捕获的引用和Block内声明的引用无论是存在空间与生命周期都是截然不同的，也正是这种不同，造成了我们对他们使用方式的区别。

以上就解释了之前提到的所有问题，希望大家能看明白：）

好的，最后再提一点，在ARC中，对Block捕获对象的内存管理已经简化了很多，由于没有了retain和release等操作，实际只需要考虑循环引用的问题就行了。比如下面这种，是没有内存泄露的问题的：

TestObject *aObject = [[TestObject alloc] init];

aObject.name = @"hehe";

self.aBlock = ^(){

    NSLog(@"aObject's name = %@",aObject.name);

};

我们上面提到的解决方案，只是针对Block产生循环引用的问题，而不是说所有的Block捕获引用都要这么处理，一定要注意！

5）ARC与Toll-Free Bridging

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There are a number of data types in the Core Foundation framework and the Foundation framework that can be used interchangeably. This capability, called toll-free bridging, means that you can use the same data type as the parameter to a Core Foundation function call or as the receiver of an Objective-C message.

Toll-Free Briding保证了在程序中，可以方便和谐的使用Core Foundation类型的对象和Objective-C类型的对象。详细的内容可参考官方文档。以下是官方文档中给出的一些例子：

NSLocale *gbNSLocale = [[NSLocale alloc] initWithLocaleIdentifier:@"en_GB"];
CFLocaleRef gbCFLocale = (CFLocaleRef) gbNSLocale;
CFStringRef cfIdentifier = CFLocaleGetIdentifier (gbCFLocale);
NSLog(@"cfIdentifier: %@", (NSString *)cfIdentifier);
// logs: "cfIdentifier: en_GB"
CFRelease((CFLocaleRef) gbNSLocale);

CFLocaleRef myCFLocale = CFLocaleCopyCurrent();
NSLocale * myNSLocale = (NSLocale *) myCFLocale;
[myNSLocale autorelease];
NSString *nsIdentifier = [myNSLocale localeIdentifier];
CFShow((CFStringRef) [@"nsIdentifier: " stringByAppendingString:nsIdentifier]);
// logs identifier for current locale

在MRC时代，由于Objective-C类型的对象和Core Foundation类型的对象都是相同的release和retain操作规则，所以Toll-Free Bridging的使用比较简单，但是自从ARC加入后，Objective-C类型的对象内存管理规则改变了，而Core Foundation依然是之前的机制，换句话说，Core Foundation不支持ARC。

这个时候就必须要要考虑一个问题了，在做Core Foundation与Objective-C类型转换的时候，用哪一种规则来管理对象的内存。显然，对于同一个对象，我们不能够同时用两种规则来管理，所以这里就必须要确定一件事情：哪些对象用Objective-C（也就是ARC）的规则，哪些对象用Core Foundation的规则（也就是MRC）的规则。或者说要确定对象类型转换了之后，内存管理的ownership的改变。

If you cast between Objective-C and Core Foundation-style objects, you need to tell the compiler about the ownership semantics of the object using either a cast (defined in objc/runtime.h) or a Core Foundation-style macro (defined inNSObject.h)

于是苹果在引入ARC之后对Toll-Free Bridging的操作也加入了对应的方法与修饰符，用来指明用哪种规则管理内存，或者说是内存管理权的归属。

这些方法和修饰符分别是：

__bridge（修饰符）

只是声明类型转变，但是不做内存管理规则的转变。

比如：

CFStringRef s1 = (__bridge CFStringRef) [[NSString alloc] initWithFormat:@"Hello, %@!", name];

只是做了NSString到CFStringRef的转化，但管理规则未变，依然要用Objective-C类型的ARC来管理s1，你不能用CFRelease()去释放s1。

__bridge_retained（修饰符） or CFBridgingRetain（函数）

表示将指针类型转变的同时，将内存管理的责任由原来的Objective-C交给Core Foundation来处理，也就是，将ARC转变为MRC。

比如，还是上面那个例子

NSString *s1 = [[NSString alloc] initWithFormat:@"Hello, %@!", name];
CFStringRef s2 = (__bridge_retained CFStringRef)s1;
// do something with s2
//...
CFRelease(s2); // 注意要在使用结束后加这个

我们在第二行做了转化，这时内存管理规则由ARC变为了MRC，我们需要手动的来管理s2的内存，而对于s1，我们即使将其置为nil，也不能释放内存。

等同的，我们的程序也可以写成：

NSString *s1 = [[NSString alloc] initWithFormat:@"Hello, %@!", name];
CFStringRef s2 = (CFStringRef)CFBridgingRetain(s1);
// do something with s2
//...
CFRelease(s2); // 注意要在使用结束后加这个

__bridge_transfer（修饰符） or CFBridgingRelease（函数）

这个修饰符和函数的功能和上面那个__bridge_retained相反，它表示将管理的责任由Core Foundation转交给Objective-C，即将管理方式由MRC转变为ARC。

比如：

CFStringRef result = CFURLCreateStringByAddingPercentEscapes(. . .);
NSString *s = (__bridge_transfer NSString *)result;
//or NSString *s = (NSString *)CFBridgingRelease(result);
return s;

这里我们将result的管理责任交给了ARC来处理，我们就不需要再显式地将CFRelease()了。

对了，这里你可能会注意到一个细节，和ARC中那个4个主要的修饰符（__strong,__weak,...）不同，这里修饰符的位置是放在类型前面的，虽然官方文档中没有说明，但看官方的头文件可以知道。小伙伴们，记得别把位置写错哦：）

呼~ 好了，以上就是本篇文章的主要内容。这次采用了新的排版，感觉比以前有条理得多，希望的大家看的舒服。

文章中如果有任何错误或者问题，可以在下面留言或者给我发信，期待你们的回复。

感谢大家的收看。