iOS: ARC & MRC下string內存管理策略探究

ARC & MRC下string內存管理策略探究 

　　

　　前兩天跟同事爭論一個關於NSString執行copy操作以后是否會發生變化，兩個人整了半天，最后寫代碼驗證了一下，發現原來NSString操作沒我們想的那么簡單，下面就讓我們一起看看NSString和NSMutableString在MRC下執行retain，copy，mutableCopy，以及ARC下不同的修飾__weak, __strong修飾賦值究竟發生了什么。

 

一、驗證代碼如下：

- (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];
    
    // 驗證mutableCopy出來的是否是mutableString，如果不是執行此行會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
}

　　代碼中最開始定義了兩個int型的變量，主要是為了打印出當前函數的棧地址，順便驗證了一下內存中棧是從高地址向低地址生長的。使用預編譯宏#if __has_feature(objc_arc)來檢測當前是否是ARC環境，並根據不同環境寫了不同的測試代碼。

　　通過在testStringAddress最后添加斷點，在lldb命令行下通過“p”命令輸出變量對應的地址，例如：查看str指向的內存地址和內容，輸入"p str"即可。

　　調試環境xCode6 beta4，iOS8 SDK。

 

二、MRC下執行情況

　　執行結果如下圖所示：

　　解釋一下上圖的內容：

　　1、第一部分

　　“p &str”表示打印str這個變量本身的地址，“p str”表示打印str指向的內容的地址。如上圖所示，"p &str"打印出來的結果是0xbff0aff8，局部變量b的地址為0xbff0affc，我們可以看出這兩者的內存地址是相連，因為他們都是函數體內部局部變量。而“p str”打印出來的結果是0x000a7048，說明str指向的內容的存儲區域和函數局部變量不在一起。

　　2、第二部分

　　c是我在函數中定義的一個static變量，“p &c”打印出來的地址為0x000a778c，觀察可知變量c和函數變量也不在一起。static變量在程序運行過程中只會有一個，位於程序的靜態變量區。

　　3、第三部分

　　str的定義為“NSString *str = @"Hello World";”，通過調試發現str指向的內容為0x000a7048，且此時對str執行的retain和copy操作得到的結果地址均為0x000a7028。而執行mutableCopy后得到的NSString的地址為0x7974a110，和str以及retain，copy操作得到的地址不在一起。

　　總結：形如@“Hello World”形式的變量在程序的常量區，而NSString在針對常量區的對象首次執行retain和copy時創建新對象，之后執行同類操作則發揮之前創建的對象，mutableCopy操作則在其他地方創建了一個對象，並使用str完成了初始化操作。

　　4、第四部分

　　str2定義為“NSString *str2 = [NSString stringWithFormat:@"Hello world"];”，打印結果發現str2指向的內容的地址為0x79749000，執行retain操作得到的string的指向內容的地址為0x7974a5c0，copy操作得到的地址也是0x7974a5c0，測試發現之后再對str2執行copy操作均會得到相同的地址。這塊兒貌似跟我們平時常念的“retain增加引用技術，copy創建新的對象”的觀念不符。對str2執行mutableCopy得到的地址為0x7974a380，重新創建了一個對象，符合我們的預期。

　　總結：使用stringWithFormat方式創建的NSString對象默認在堆上，對這一類對象首次執行retain或copy操作時會創建一份拷貝，后續所有的retain和copy均會指向之前創建的同一個拷貝，無論何時執行mutableCopy操作均會創建新的對象。

　　5、第五部分

　　mutableStr的定義為“[NSMutableString stringWithString:@"hello world"];”，打印結果發現對mutableStr執行retain操作得到對象的地址和mutableStr相同，執行copy操作會創建新的對象，執行mutableCopy操作也會創建新的對象。

　　總結：使用stringWithString方式創建的NSMutableString對象默認在堆上，對NSMutableString執行retain時不會創建新對象，執行copy和mutableCopy均會創建新的對象。

　　觀察以上對象地址，大致可以分為四個區間0x000a70xx，0x000a78xx，0x7974xxxx，0xbff5xxxx，其實它們分別依次代表四個不同的內存段常量區，靜態變量區，堆區，棧區。

 

三、ARC下執行情況

　　執行結果如下圖：

　　分析方法和第一部分一樣，這里就不重復了。

　　總結：

　　1、針對常量區的NSString對象，執行weak，strong賦值活着copy操作只會生成一份拷貝，每次執行mutableCopy時均會創建新的對象。

　　2、針對堆上的NSString對象執行weak，strong，copy操作時只會創建一份拷貝，后續所有操作均得到相同的對象，每次執行mutableCopy時均會創建新的對象。

　　3、針對NSMutableString對象首次執行weak，strong操作只會創建一份拷貝，后續所有操作均得到相同對象，每次執行copy和mutableCopy操作均會創建新的對象。

 

四、總結

　　綜上ARC和MRC下NSString，NSMutableString執行retain，copy，mutableCopy，weak，strong操作時內存情況見下表格：

 

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