17.2　引用计数

谈到基本的Objective-C对象类NSObject时，注意到可以使用alloc方法进行内存分配，并且随后可以使用release消息来释放分配的内存。遗憾的是，事情并不总是这么简单。例如，正在运行的应用程序可以在多个位置引用你创建的对象；该对象可能存储在一个数组中，也可能被其他位置的实例变量引用。只有在确定使用该对象的每个人都使用完之后，才能释放它占用的内存。

幸运的是，Foundation框架提供了一个巧妙的解决方案，用于跟踪对象的引用次数。它涉及一个相当简单直观的技术，称为引用计数。其概念如下：创建对象时，将它的引用次数设置为1。每一次必须保持该对象时，就发送一条retain消息，使其引用次数加1，如下所示：

[myFraction retain]；

Foundation框架提供的其他一些方法也可以增加对象的引用次数，例如，把对象添加到数组中时。

不再需要对象时，可以通过发送release消息，使对象的引用次数减1，如下所示：

[myFraction release]；

当对象的引用次数达到0时，系统就知道不再需要这个对象（因为在理论上它不再被引用），因此系统就会释放（deallocates）它的内存。这是通过向对象发送一条dealloc消息而实现的。

对于程序员而言，要成功地运用这个策略需要足够的勤勉，以保证在程序运行期间正确地增减对象的引用次数。你将看到，系统会自动处理一些对象的引用次数，但并不是对所有对象都是如此。

了解一下引用计数的更多细节。通过向对象发送retainCount消息，可以获得这个对象的引用（或者保持）计数。通常情况下，永远也不会需要使用这个方法，但在这里，它对于说明问题非常有用（参见代码清单17-1）。注意，它返回一个NSUInteger类型的无符号整数。

代码清单17-1

//Introduction to reference counting

import＜Foundation/NSObject.h＞

import＜Foundation/NSAutoreleasePool.h＞

import＜Foundation/NSString.h＞

import＜Foundation/NSArray.h＞

import＜Foundation/NSValue.h＞

int main（int argc, char*argv[]）

{

NSAutoreleasePool*pool=[[NSAutoreleasePool alloc]init]；

NSNumber*myInt=[NSNumber numberWithInteger：100]；

NSNumber*myInt2；

NSMutableArray*myArr=[NSMutableArray array]；

NSLog（@“myInt retain count=%lx”，

（unsigned long）[myInt retainCount]）；

[myArr addObject：myInt]；

NSLog（@“after adding to array=%lx”，

（unsigned long）[myInt retainCount]）；

myInt2=myInt；

NSLog（@“after asssignment to myInt2=%lx”，

（unsigned long）[myInt retainCount]）；

[myInt retain]；

NSLog（@“myInt after retain=%lx”，

（unsigned long）[myInt retainCount]）；

NSLog（@“myInt2 after retain=%lx”，

（unsigned long）[myInt2 retainCount]）；

[myInt release]；

NSLog（@“after release=%lx”，

（unsigned long）[myInt retainCount]）；

[myArr removeObjectAtIndex：0]；

NSLog（@“after removal from array=%lx”，

（unsigned long）[myInt retainCount]）；

[pool drain]；

return 0；

}

代码清单17-1输出

myInt retain count=1

after adding to array=2

after asssignment to myInt2=2

myInt after retain=3

myInt2 after retain=3

after release=2

after removal from array=1

NSNumber对象myInt被设置为整数100，并且程序输出显示它的初始保持计数为1。然后，使用addObject：方法将该对象加到数组myArr中。注意引用次数随之变为2。这是通过addObject：方法自动完成的。如果检查addObject：方法的文档，将发现这里说明的事实。将对象添加到任何类型的集合都会使该对象的引用次数增加。这意味着，如果随后释放了添加的对象，那么数组中仍然存在着该对象的有效引用，并且对象不会被释放。

接下来，将myInt赋值给变量myInt2。要注意这个操作并没有使myInt对象的引用次数增加，这可能会在以后造成潜在的麻烦。例如，如果对myInt的引用次数减少到0，并且它占用的空间被释放，那么myInt2将拥有无效的对象引用（请记住，将myInt赋值给myInt2的操作并没有复制实际的对象，只是指向myInt在内存中位置的指针）。

现在，因为myInt对象有另一个引用（通过myInt2），所以可以通过发送retain消息来增加它的引用次数。在代码清单17-1中使用过这个方法。可以看到，发送retain消息之后，它的引用数变为3。第一个引用是实际的对象本身，第二个是数组中的引用，第三个来自赋值引用。虽然将元素存储到数组会使对象的引用次数自动增加，但把它赋值给另一个变量时，引用次数不会自动增加，因此必须自己增加对象的引用次数。注意程序输出中myInt和myInt2的引用次数都是3，这是因为它们引用的是内存中的同一个对象。

假设在程序中已经使用完myInt对象。通过向其发送一条release消息，可以告知系统。可以看到，对象的引用次数从3降为2。因为引用次数并不为0，所以对象的其他引用（从数组和通过myInt2）仍然有效。只要对象具有非零的引用次数，系统就不会释放对象使用的内存。

如果使用removeObjectAtIndex：方法来删除数组myArr中的第一个元素，那么你将注意到对象myInt的引用值自动减为1。一般而言，从任何集合中删除对象都能够使其引用计数减小。这意味着下面的代码序列

myInt=[myArr ObjectAtIndex：0]；

……

[myArr removeObjectAtIndex：0]

……

可能会产生麻烦。这是因为，在这种情况下，如果在调用removeObjectAtIndex：方法之后，对象的引用值减为0，那么myInt引用的对象将成为无效的。当然，此处的解决方案是从数组检索该值后，保持myInt，这样不管其他位置这个引用发生了什么事情，都不会产生任何影响。

17.2.1　引用计数和字符串

代码清单17-2演示了如何对string对象应用引用计数。

代码清单17-2

//Reference counting with string objects

import＜Foundation/NSObject.h＞

import＜Foundation/NSAutoreleasePool.h＞

import＜Foundation/NSString.h＞

import＜Foundation/NSArray.h＞

int main（int argc, char*argv[]）

{

NSAutoreleasePool*pool=[[NSAutoreleasePool alloc]init]；

NSString*myStr1=@“Constant string”；

NSString*myStr2=[NSString stringWithString：@“string 2”]；

NSMutableString*myStr3=[NSMutableString stringWithString：@“string 3”]；

NSMutableArray*myArr=[NSMutableArray array]；

NSLog（@“Retain count：myStr1：%lx, myStr2：%lx, myStr3：%lx”，

（unsigned long）[myStr1 retainCount]，

（unsigned long）[myStr2 retainCount]，

（unsigned long）[myStr3 retainCount]）；

[myArr addObject：myStr1]；

[myArr addObject：myStr2]；

[myArr addObject：myStr3]；

NSLog（@“Retain count：myStr1：%lx, myStr2：%lx, myStr3：%lx”，

（unsigned long）[myStr1 retainCount]，

（unsigned long）[myStr2retainCount]，

（unsigned long）[myStr3 retainCount]）；

[myArr addObject：myStr1]；

[myArr addObject：myStr2]；

[myArr addObject：myStr3]；

NSLog（@“Retain count：myStr1：%lx, myStr2：%lx, myStr3：%lx”，

（unsigned long）[myStr1 retainCount]，

（unsigned long）[myStr2retainCount]，

（unsigned long）[myStr3 retainCount]）；

[myStr1 retain]；

[myStr2 retain]；

[myStr3 retain]；

NSLog（@“Retain count：myStr1：%lx, myStr2：%lx, myStr3：%lx”，

（unsigned long）[myStr1 retainCount]，

（unsigned long）[myStr2 retainCount]，

（unsigned long）[myStr3 retainCount]）；

//Bring the reference count of myStr3 back down to 2

[myStr3 release]；

[pool drain]；

return 0；

}

代码清单17-2输出

Retain count：myStr1：ffffffff, myStr2：ffffffff, myStr3：1

Retain count：myStr1：ffffffff, myStr2：ffffffff, myStr3：2

Retain count：myStr1：ffffffff, myStr2：ffffffff, myStr3：3

将NSString对象myStr1赋值为NSConstantString@“Constant string”。内存中常量字符串的空间分配与其他对象不同。它们没有引用计数机制，因为永远不能释放这些对象，这就是为什么向myStr1发送消息retainCount，而它返回0xffffffff的原因（实际上，在标准头文件＜limits.h＞中，值0xffffffff被定义为最大的无符号整数，或者UINT_MAX）。

注意显然，在某些系统上，为代码清单17-2中的常量字符串返回的保持值是0x7fffffff（不是0xffffffff），这是最大的无符号整数值，或INT_MAX。

注意，这也同样适用于使用常量字符串初始化的不可变字符串对象：这种对象也没有保持值，为myStr2显示的保持值可以证明这一点。

注意此处系统比较聪明，确定了不可变字符串对象是由常量字符串对象初始化的。Leopard发布之前，这种优化是没有的，mystr2会有一个保持值。

在语句

NSMutableString*myStr3=[NSMutableString stringWithString：@“string 3”]；

中，变量myStr3被设置为常量字符串@“string 3”的副本。制作字符串副本的原因是向NSMutableString类发送了stringWithString：消息，表明该字符串的内容可能在程序执行期间发生变化。由于常量字符串的内容是不能改变的，所以系统不能将变量myStr3设为指向常量字符串@“string 3”，而myStr2是可以的。

所以字符串对象myStr3没有引用计数，从程序输出可以证实。通过将这些字符串添加到数组中，或者向它们发送retain消息，可以更改这些引用计数，通过最后两行NSLog调用可以得到证实。在创建这两个对象时，通过Foundation的stringWithString：方法将这两个对象添加到自动释放池。通过Foundation的array方法将数组myArr添加到池中。

在释放自动释放池之前，myStr3被释放一次。这导致它的引用计数减为2。随后，自动释放池的释放使得这些对象的引用计数减为0，这导致它被释放。这是如何发生的呢？释放自动释放池时，每次向它发送autorelease消息时，池中的每个对象都会收到一条release消息。由于在stringWithString：方法创建字符串对象myStr3时，将它们添加到自动释放池，因此它们都会收到一条release消息。这导致它们的引用计数减为1。当自动释放池中的数组被释放时，数组中的每个元素也被释放。因此，从池中释放myArr时，该数字的每个元素（包括myStr3）都将收到一条release消息。这使其引用计数减为0，随之这个对象将被释放。

必须小心地不要过度释放对象。在代码清单17-2中，如果在释放该池之前，myStr3的引用计数少于2，那么该池将包含一个无效对象的引用。然后，释放该池时，无效对象的引用非常可能导致程序以一条分段识别错误而异常终止。