ARC & MRC下string内存管理策略探究
2014-10-30 18:04
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前两天跟同事争论一个关于NSString执行copy操作以后是否会发生变化，两个人整了半天，最后写代码验证了一下，发现原来NSString操作没我们想的那么简单，下面就让我们一起看看NSString和NSMutableString在MRC下执行retain，copy，mutableCopy，以及ARC下不同的修饰__weak, __strong修饰赋值究竟发生了什么。
一、验证代码如下：
代码中最开始定义了两个int型的变量，主要是为了打印出当前函数的栈地址，顺便验证了一下内存中栈是从高地址向低地址生长的。使用预编译宏#if __has_feature(objc_arc)来检测当前是否是ARC环境，并根据不同环境写了不同的测试代码。
通过在testStringAddress最后添加断点，在lldb命令行下通过“p”命令输出变量对应的地址，例如：查看str指向的内存地址和内容，输入"p str"即可。
调试环境xCode6 beta4，iOS8 SDK。
二、MRC下执行情况
执行结果如下图所示：
解释一下上图的内容：
1、第一部分
“p &str”表示打印str这个变量本身的地址，“p str”表示打印str指向的内容的地址。如上图所示，"p &str"打印出来的结果是0xbff0aff8，局部变量b的地址为0xbff0affc，我们可以看出这两者的内存地址是相连，因为他们都是函数体内部局部变量。而“p str”打印出来的结果是0x000a7048，说明str指向的内容的存储区域和函数局部变量不在一起。
2、第二部分
c是我在函数中定义的一个static变量，“p &c”打印出来的地址为0x000a778c，观察可知变量c和函数变量也不在一起。static变量在程序运行过程中只会有一个，位于程序的静态变量区。
3、第三部分
str的定义为“NSString *str = @"Hello World";”，通过调试发现str指向的内容为0x000a7048，且此时对str执行的retain和copy操作得到的结果地址均为0x000a7028。而执行mutableCopy后得到的NSString的地址为0x7974a110，和str以及retain，copy操作得到的地址不在一起。
总结：形如@“Hello World”形式的变量在程序的常量区，而NSString在针对常量区的对象首次执行retain和copy时创建新对象，之后执行同类操作则发挥之前创建的对象，mutableCopy操作则在其他地方创建了一个对象，并使用str完成了初始化操作。
4、第四部分
str2定义为“NSString *str2 = [NSString
stringWithFormat:@"Hello world"];”，打印结果发现str2指向的内容的地址为0x79749000，执行retain操作得到的string的指向内容的地址为0x7974a5c0，copy操作得到的地址也是0x7974a5c0，测试发现之后再对str2执行copy操作均会得到相同的地址。这块儿貌似跟我们平时常念的“retain增加引用技术，copy创建新的对象”的观念不符。对str2执行mutableCopy得到的地址为0x7974a380，重新创建了一个对象，符合我们的预期。
总结：使用stringWithFormat方式创建的NSString对象默认在堆上，对这一类对象首次执行retain或copy操作时会创建一份拷贝，后续所有的retain和copy均会指向之前创建的同一个拷贝，无论何时执行mutableCopy操作均会创建新的对象。
5、第五部分
mutableStr的定义为“[NSMutableString
stringWithString:@"hello world"];”，打印结果发现对mutableStr执行retain操作得到对象的地址和mutableStr相同，执行copy操作会创建新的对象，执行mutableCopy操作也会创建新的对象。
总结：使用stringWithString方式创建的NSMutableString对象默认在堆上，对NSMutableString执行retain时不会创建新对象，执行copy和mutableCopy均会创建新的对象。
观察以上对象地址，大致可以分为四个区间0x000a70xx，0x000a78xx，0x7974xxxx，0xbff5xxxx，其实它们分别依次代表四个不同的内存段常量区，静态变量区，堆区，栈区。
三、ARC下执行情况
执行结果如下图：
分析方法和第一部分一样，这里就不重复了。
总结：
1、针对常量区的NSString对象，执行weak，strong赋值活着copy操作只会生成一份拷贝，每次执行mutableCopy时均会创建新的对象。
2、针对堆上的NSString对象执行weak，strong，copy操作时只会创建一份拷贝，后续所有操作均得到相同的对象，每次执行mutableCopy时均会创建新的对象。
3、针对NSMutableString对象首次执行weak，strong操作只会创建一份拷贝，后续所有操作均得到相同对象，每次执行copy和mutableCopy操作均会创建新的对象。
四、总结
综上ARC和MRC下NSString，NSMutableString执行retain，copy，mutableCopy，weak，strong操作时内存情况见下表格：
补充：
赋值：
NSString * str = @"123"; // 这段代码的含义其实就是附一个常量给str，该部分由系统自动管理，不需要release释放，是会autorelease的。
NSString * str = [[NString alloc] initWithString :@"111"]; // 这种写法本身存在问题，因为这个代码的含义是说给str附一个常量，因此会被编译器优化，因此也是不需要release的，尽管有alloc出现。
NSString * str = [[NSString alloc] initWithFormat:@"123"] ;// 必须要进行release才可以，因为这样就会导致内存泄露。
NSString * str = [[NSString stringWithFormat:@"111"];// 则个不需要release，也不会产生内存泄露，因为该部分调用的是系统的类方法，也就是会autorelease。这种方法其实也被称之为临时的变量使用方法。
补充一点内容：
1、initWithFormat是实例方法
只能通过 NSString* str = [[NSString alloc] initWithFormat:@"%@",@"Hello World"]
调用，但是必须手动release来释放内存资源
2、stringWithFormat是类方法
可以直接用 NSString* str = [NSString stringWithFormat:@"%@",@"Hello World"]
调用，内存管理上是autorelease的，不用手动显式release
经常在uilable的填写中，使用到字符串，因此也就非常容易造成内存泄露。比较正确的方法如下两种：
解决办法有二个:
1、
NSString * str = [[NSString alloc] initWithFormat:@"%@",@"abc"];
label.text = str;
[str release]
最后在dealloc中再[label release]
2、
label.text = [NSString stringWithFormat:@"%@",@"abc"];
另外，对于函数调用，也会经常用到nsstring作为一个返回值。因此一个比较正确的函数的处理方法如下：
一个方法,返回一个ＮＳＳtring对象,在事件中调用方法.并尝试release 方法返回的ＮＳＳtring对象.
[objc]
view plaincopy
<span style="color:#454545">-(NSString*) createNewString{
//情况1 -</span><span style="color:#ff0000">- 需要自己释放</span><span style="color:#454545">。
return [[[NSString alloc] initWithFormat:@"%@",@"1223344"] autorelease];
//情况2 -</span><span style="color:#ff0000">- 系统自动释放。 这种方法因为不安全，并且存在含义模糊的情况，不建议使用。</span><span style="color:#454545">
return [[[NSString alloc] initWithString:@"1223344"] autorelease];
// 情况3 -</span><span style="color:#ff0000">- 系统自动释放。</span><span style="color:#454545">
return @"1223344";
}</span>
一、验证代码如下：
- (void)testStringAddress
{
int a = 0;
int b = 0;
static int c = 0;
NSString *str = @"Hello World";
#if __has_feature(objc_arc)
__weak NSString *weakStr = str;
__strong NSString *strongStr = str;
#else
NSString *retainStr = [str retain];
#endif
NSString *copyStr = [str copy];
NSMutableString *mutableCopyStr = [str mutableCopy];
// 验证mutableCopy出来的是否是mutableString，如果不是执行此行会Crash
[mutableCopyStr appendFormat:@".."];
str = @"i'm changed";
NSString *str2 = [NSString stringWithFormat:@"Hello world"];
#if __has_feature(objc_arc)
__weak NSString *weakStr2 = str2;
__strong NSString *strongStr2 = str2;
#else
NSString *retainStr2 = [str2 retain];
#endif
NSString *copyStr2 = [str2 copy];
NSString *copy2Str2 = [str2 copy];
NSString *mutableCopyStr2 = [str2 mutableCopy];
NSString *mutableCopy2Str2 = [str mutableCopy];
str2 = [[NSString alloc] initWithFormat:@"changed"];
NSMutableString *mutableStr = [NSMutableString stringWithString:@"hello world"];
#if __has_feature(objc_arc)
__weak NSMutableString *weakMutableStr = mutableStr;
__strong NSMutableString *strongMutableStr = mutableStr;
#else
NSMutableString *retainMutableStr = [mutableStr retain];
#endif
NSMutableString *copyMutableStr = [mutableStr copy];
NSMutableString *copy2MutableStr = [mutableStr copy];
NSString *mutableCopyMutableStr = [mutableStr mutableCopy];
NSString *mutableCopy2MutableStr = [mutableStr mutableCopy];
[mutableStr appendFormat:@" apped something"];
#if __has_feature(objc_arc)
NSLog(@"\r str: %@,\r weakStr: %@,\r strongStr: %@,\r copyStr: %@,\r mutableCopyStr: %@", str, weakStr, strongStr, copyStr, mutableCopyStr);
NSLog(@"\r str2: %@,\r weakStr2: %@,\r strongStr: %@,\r copyStr2: %@,\r mutableCopyStr2: %@", str2, weakStr2, strongStr2, copyStr2, mutableCopyStr2);
NSLog(@"\r mutableStr: %@,\r weakMutableStr: %@\r strongMutableStr: %@,\r copyMutableStr: %@,\r mutableCopyMutableStr: %@", mutableStr, weakMutableStr, strongMutableStr, copyMutableStr, mutableCopyMutableStr);
#else
NSLog(@"\r str: %@,\r retainStr: %@,\r copyStr: %@,\r mutableCopyStr: %@", str, retainStr, copyStr, mutableCopyStr);
NSLog(@"\r str2: %@,\r retainStr2: %@,\r copyStr2: %@,\r mutableCopyStr2: %@", str2, retainStr2, copyStr2, mutableCopyStr2);
NSLog(@"\r mutableStr: %@,\r retainMutableStr: %@,\r copyMutableStr: %@,\r mutableCopyMutableStr: %@", mutableStr, retainMutableStr, copyMutableStr, mutableCopyMutableStr);
#endif
}代码中最开始定义了两个int型的变量，主要是为了打印出当前函数的栈地址，顺便验证了一下内存中栈是从高地址向低地址生长的。使用预编译宏#if __has_feature(objc_arc)来检测当前是否是ARC环境，并根据不同环境写了不同的测试代码。
通过在testStringAddress最后添加断点，在lldb命令行下通过“p”命令输出变量对应的地址，例如：查看str指向的内存地址和内容，输入"p str"即可。
调试环境xCode6 beta4，iOS8 SDK。
二、MRC下执行情况
执行结果如下图所示：
解释一下上图的内容：
1、第一部分
“p &str”表示打印str这个变量本身的地址，“p str”表示打印str指向的内容的地址。如上图所示，"p &str"打印出来的结果是0xbff0aff8，局部变量b的地址为0xbff0affc，我们可以看出这两者的内存地址是相连，因为他们都是函数体内部局部变量。而“p str”打印出来的结果是0x000a7048，说明str指向的内容的存储区域和函数局部变量不在一起。
2、第二部分
c是我在函数中定义的一个static变量，“p &c”打印出来的地址为0x000a778c，观察可知变量c和函数变量也不在一起。static变量在程序运行过程中只会有一个，位于程序的静态变量区。
3、第三部分
str的定义为“NSString *str = @"Hello World";”，通过调试发现str指向的内容为0x000a7048，且此时对str执行的retain和copy操作得到的结果地址均为0x000a7028。而执行mutableCopy后得到的NSString的地址为0x7974a110，和str以及retain，copy操作得到的地址不在一起。
总结：形如@“Hello World”形式的变量在程序的常量区，而NSString在针对常量区的对象首次执行retain和copy时创建新对象，之后执行同类操作则发挥之前创建的对象，mutableCopy操作则在其他地方创建了一个对象，并使用str完成了初始化操作。
4、第四部分
str2定义为“NSString *str2 = [NSString
stringWithFormat:@"Hello world"];”，打印结果发现str2指向的内容的地址为0x79749000，执行retain操作得到的string的指向内容的地址为0x7974a5c0，copy操作得到的地址也是0x7974a5c0，测试发现之后再对str2执行copy操作均会得到相同的地址。这块儿貌似跟我们平时常念的“retain增加引用技术，copy创建新的对象”的观念不符。对str2执行mutableCopy得到的地址为0x7974a380，重新创建了一个对象，符合我们的预期。
总结：使用stringWithFormat方式创建的NSString对象默认在堆上，对这一类对象首次执行retain或copy操作时会创建一份拷贝，后续所有的retain和copy均会指向之前创建的同一个拷贝，无论何时执行mutableCopy操作均会创建新的对象。
5、第五部分
mutableStr的定义为“[NSMutableString
stringWithString:@"hello world"];”，打印结果发现对mutableStr执行retain操作得到对象的地址和mutableStr相同，执行copy操作会创建新的对象，执行mutableCopy操作也会创建新的对象。
总结：使用stringWithString方式创建的NSMutableString对象默认在堆上，对NSMutableString执行retain时不会创建新对象，执行copy和mutableCopy均会创建新的对象。
观察以上对象地址，大致可以分为四个区间0x000a70xx，0x000a78xx，0x7974xxxx，0xbff5xxxx，其实它们分别依次代表四个不同的内存段常量区，静态变量区，堆区，栈区。
三、ARC下执行情况
执行结果如下图：
分析方法和第一部分一样，这里就不重复了。
总结：
1、针对常量区的NSString对象，执行weak，strong赋值活着copy操作只会生成一份拷贝，每次执行mutableCopy时均会创建新的对象。
2、针对堆上的NSString对象执行weak，strong，copy操作时只会创建一份拷贝，后续所有操作均得到相同的对象，每次执行mutableCopy时均会创建新的对象。
3、针对NSMutableString对象首次执行weak，strong操作只会创建一份拷贝，后续所有操作均得到相同对象，每次执行copy和mutableCopy操作均会创建新的对象。
四、总结
综上ARC和MRC下NSString，NSMutableString执行retain，copy，mutableCopy，weak，strong操作时内存情况见下表格：
补充：
赋值：
NSString * str = @"123"; // 这段代码的含义其实就是附一个常量给str，该部分由系统自动管理，不需要release释放，是会autorelease的。
NSString * str = [[NString alloc] initWithString :@"111"]; // 这种写法本身存在问题，因为这个代码的含义是说给str附一个常量，因此会被编译器优化，因此也是不需要release的，尽管有alloc出现。
NSString * str = [[NSString alloc] initWithFormat:@"123"] ;// 必须要进行release才可以，因为这样就会导致内存泄露。
NSString * str = [[NSString stringWithFormat:@"111"];// 则个不需要release，也不会产生内存泄露，因为该部分调用的是系统的类方法，也就是会autorelease。这种方法其实也被称之为临时的变量使用方法。
补充一点内容：
1、initWithFormat是实例方法
只能通过 NSString* str = [[NSString alloc] initWithFormat:@"%@",@"Hello World"]
调用，但是必须手动release来释放内存资源
2、stringWithFormat是类方法
可以直接用 NSString* str = [NSString stringWithFormat:@"%@",@"Hello World"]
调用，内存管理上是autorelease的，不用手动显式release
经常在uilable的填写中，使用到字符串，因此也就非常容易造成内存泄露。比较正确的方法如下两种：
解决办法有二个:
1、
NSString * str = [[NSString alloc] initWithFormat:@"%@",@"abc"];
label.text = str;
[str release]
最后在dealloc中再[label release]
2、
label.text = [NSString stringWithFormat:@"%@",@"abc"];
另外，对于函数调用，也会经常用到nsstring作为一个返回值。因此一个比较正确的函数的处理方法如下：
一个方法,返回一个ＮＳＳtring对象,在事件中调用方法.并尝试release 方法返回的ＮＳＳtring对象.
[objc]
view plaincopy
<span style="color:#454545">-(NSString*) createNewString{
//情况1 -</span><span style="color:#ff0000">- 需要自己释放</span><span style="color:#454545">。
return [[[NSString alloc] initWithFormat:@"%@",@"1223344"] autorelease];
//情况2 -</span><span style="color:#ff0000">- 系统自动释放。 这种方法因为不安全，并且存在含义模糊的情况，不建议使用。</span><span style="color:#454545">
return [[[NSString alloc] initWithString:@"1223344"] autorelease];
// 情况3 -</span><span style="color:#ff0000">- 系统自动释放。</span><span style="color:#454545">
return @"1223344";
}</span>
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