iPhone開發之深入淺出 — ARC之對象轉型


根據蘋果官方的文檔(https://developer.apple.com/library/ios/#releasenotes/ObjectiveC/RN-TransitioningToARC/Introduction/Introduction.html):

__bridge只做類型轉換,但是不修改對象(內存)管理權;

__bridge_retained(也可以使用CFBridgingRetain)將Objective-C的對象轉換為Core Foundation的對象,同時將對象(內存)的管理權交給我們,后續需要使用CFRelease或者相關方法來釋放對象;

__bridge_transfer(也可以使用CFBridgingRelease)將Core Foundation的對象轉換為Objective-C的對象,同時將對象(內存)的管理權交給ARC。


自 Xcode4.2 開始導入ARC機制后,為了支持對象間的轉型,Apple又增加了許多轉型用的關鍵字。這一講我們就來了解其用法,以及產生的理由。

引子

我們先來看一下ARC無效的時候,我們寫id類型轉void*類型的寫法:

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id obj = [[NSObject alloc] init];
void *p = obj;

反過來,當把void*對象變回id類型時,只是簡單地如下來寫,

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id obj = p;
[obj release];

但是上面的代碼在ARC有效時,就有了下面的錯誤:

    error: implicit conversion of an Objective-C pointer
        to ’void *’ is disallowed with ARC
        void *p = obj;
                  ^

    error: implicit conversion of a non-Objective-C pointer
        type ’void *’ to ’id’ is disallowed with ARC
        id o = p;
                ^

__bridge

為了解決這一問題,我們使用 __bridge 關鍵字來實現id類型與void*類型的相互轉換。看下面的例子。

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id obj = [[NSObject alloc] init];

void *p = (__bridge void *)obj;

id o = (__bridge id)p;

將Objective-C的對象類型用 __bridge 轉換為 void* 類型和使用 __unsafe_unretained 關鍵字修飾的變量是一樣的。被代入對象的所有者需要明確對象生命周期的管理,不要出現異常訪問的問題。

除過 __bridge 以外,還有兩個 __bridge 相關的類型轉換關鍵字:

  • __bridge_retained
  • __bridge_transfer

接下來,我們將看看這兩個關鍵字的區別。

__bridge_retained

先來看使用 __bridge_retained 關鍵字的例子程序:

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id obj = [[NSObject alloc] init];

void *p = (__bridge_retained void *)obj;

從名字上我們應該能理解其意義:類型被轉換時,其對象的所有權也將被變換后變量所持有。如果不是ARC代碼,類似下面的實現:

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id obj = [[NSObject alloc] init];

void *p = obj;
[(id)p retain];

可以用一個實際的例子驗證,對象所有權是否被持有。

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void *p = 0;

{
    id obj = [[NSObject alloc] init];
    p = (__bridge_retained void *)obj;
}

NSLog(@"class=%@", [(__bridge id)p class]);

出了大括號的范圍后,p 仍然指向一個有效的實體。說明他擁有該對象的所有權,該對象沒有因為出其定義范圍而被銷毀。

__bridge_transfer

相反,當想把本來擁有對象所有權的變量,在類型轉換后,讓其釋放原先所有權的時候,需要使用 __bridge_transfer 關鍵字。文字有點繞口,我們還是來看一段代碼吧。

如果ARC無效的時候,我們可能需要寫下面的代碼。

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// p 變量原先持有對象的所有權
id obj = (id)p;
[obj retain];
[(id)p release];

那么ARC有效后,我們可以用下面的代碼來替換:

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// p 變量原先持有對象的所有權
id obj = (__bridge_transfer id)p;

可以看出來,__bridge_retained 是編譯器替我們做了 retain 操作,而 __bridge_transfer 是替我們做了 release1

Toll-Free bridged

在iOS世界,主要有兩種對象:Objective-C 對象和 Core Foundation 對象0。Core Foundation 對象主要是有C語言實現的 Core Foundation Framework 的對象,其中也有對象引用計數的概念,只是不是 Cocoa Framework::Foundation Framework 的 retain/release,而是自身的 CFRetain/CFRelease 接口。

這兩種對象間可以互相轉換和操作,不使用ARC的時候,單純的用C原因的類型轉換,不需要消耗CPU的資源,所以叫做 Toll-Free bridged。比如 NSArray和CFArrayRef, NSString和CFStringRef,他們雖然屬於不同的 Framework,但是具有相同的對象結構,所以可以用標准C的類型轉換。

比如不使用ARC時,我們用下面的代碼:

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NSString *string = [NSString stringWithFormat:...];
CFStringRef cfString = (CFStringRef)string;

同樣,Core Foundation類型向Objective-C類型轉換時,也是簡單地用標准C的類型轉換即可。

但是在ARC有效的情況下,將出現類似下面的編譯錯誤:

    Cast of Objective-C pointer type ‘NSString *’ to C pointer type ‘CFStringRef’ (aka ‘const struct __CFString *’) requires a bridged cast
    Use __bridge to convert directly (no change in ownership)
    Use __bridge_retained to make an ARC object available as a +1 ‘CFStringRef’ (aka ‘const struct __CFString *’)

錯誤中已經提示了我們需要怎樣做:用 __bridge 或者 __bridge_retained 來轉型,其差別就是變更對象的所有權。

正因為Objective-C是ARC管理的對象,而Core Foundation不是ARC管理的對象,所以才要特意這樣轉換,這與id類型向void*轉換是一個概念。也就是說,當這兩種類型(有ARC管理,沒有ARC管理)在轉換時,需要告訴編譯器怎樣處理對象的所有權。

上面的例子,使用 __bridge/__bridge_retained 后的代碼如下:

__bridge
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NSString *string = [NSString stringWithFormat:...];
CFStringRef cfString = (__bridge CFStringRef)string;

只是單純地執行了類型轉換,沒有進行所有權的轉移,也就是說,當string對象被釋放的時候,cfString也不能被使用了。

__bridge_retained
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NSString *string = [NSString stringWithFormat:...];
CFStringRef cfString = (__bridge_retained CFStringRef)string;
...
CFRelease(cfString); // 由於Core Foundation的對象不屬於ARC的管理范疇,所以需要自己release

使用 __bridge_retained 可以通過轉換目標處(cfString)的 retain 處理,來使所有權轉移。即使 string 變量被釋放,cfString 還是可以使用具體的對象。只是有一點,由於Core Foundation的對象不屬於ARC的管理范疇,所以需要自己release。

實際上,Core Foundation 內部,為了實現Core Foundation對象類型與Objective-C對象類型的相互轉換,提供了下面的函數。

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CFTypeRef  CFBridgingRetain(id  X)  {
    return  (__bridge_retained  CFTypeRef)X;
}

id  CFBridgingRelease(CFTypeRef  X)  {
    return  (__bridge_transfer  id)X;
}

所以,可以用 CFBridgingRetain 替代 __bridge_retained 關鍵字:

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NSString *string = [NSString stringWithFormat:...];
CFStringRef cfString = CFBridgingRetain(string);
...
CFRelease(cfString); // 由於Core Foundation不在ARC管理范圍內,所以需要主動release。
__bridge_transfer

所有權被轉移的同時,被轉換變量將失去對象的所有權。當Core Foundation對象類型向Objective-C對象類型轉換的時候,會經常用到 __bridge_transfer 關鍵字。

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CFStringRef cfString = CFStringCreate...();
NSString *string = (__bridge_transfer NSString *)cfString;

// CFRelease(cfString); 因為已經用 __bridge_transfer 轉移了對象的所有權,所以不需要調用 release

同樣,我們可以使用 CFBridgingRelease() 來代替 __bridge_transfer 關鍵字。

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CFStringRef cfString = CFStringCreate...();
NSString *string = CFBridgingRelease(cfString);

總結

由上面的學習我們了解到 ARC 中類型轉換的用法,那么我們實際使用中按照怎樣的原則或者方法來區分使用呢,下面我總結了幾點關鍵要素。

  • 明確被轉換類型是否是 ARC 管理的對象
    • Core Foundation 對象類型不在 ARC 管理范疇內
    • Cocoa Framework::Foundation 對象類型(即一般使用到的Objectie-C對象類型)在 ARC 的管理范疇內
  • 如果不在 ARC 管理范疇內的對象,那么要清楚 release 的責任應該是誰
  • 各種對象的生命周期是怎樣的

1. 聲明 id obj 的時候,其實是缺省的申明了一個 __strong 修飾的變量,所以編譯器自動地加入了 retain 的處理,所以說 __bridge_transfer 關鍵字只為我們做了 release 處理。


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