__weak修饰符的实现原理

2017-06-14 本文已影响2313人 _Joeyoung_

在讲__weak修饰符之前,先送上常用的属性描述.属性用于封装数据,而数据则要有"具体的所有权语义".下面的讲解的特质仅会影响"设置方法".编译器在合成存取方法时,会根据这些修饰符决定所生成的代码.

assign: "设置方法"只会执行针对"纯量类型"(scalar type, 例如 CGFloat或NSInteger 等)的简单赋值操作;
strong: 此特质表明该属性定义了一种"拥有关系"(owning relationship).为这种属性设置新值时,设置方法会先保留新值,并释放旧值,然后再将新值设置上去.
weak: 此特质表明该属性定义了一种"非拥有关系"(nonowning relationship).为这种属性设置新值时,设置方法既不保留新值,也不释放旧值.此特质同assign类似,然而在属性所指的对象遭到摧毁时,属性值也会清空(nil out).
unsafe_unretained: 此特质的语义同assign相同,但是它适用于"对象类型"(object type),该特质表达一种"非拥有关系"("不保留",unretained),当目标对象遭到摧毁时,属性值不会自动清空("不安全",unsafe),这一点与weak有区别.
copy: 此特质所表达的所属关系与strong类似.然而设置方法并不保留新值,而是将其"拷贝"(copy).
此处总结下weak修饰符只能用于iOS5以上版本的应用程序,在iOS4用 unsafe_unretained修饰符来代替.尽管ARC式的内存管理是编译器的工作,但附有unsafe_unretained修饰符的变量不属于编译器的内存管理对象.
如果在iOS4的应用程序中必须使用 unsafe_unretained修饰符来代替weak修饰符,要确保被修饰的对象一定存在,否则crash.

如下：

id __unsafe_unretained obj1 = nil;
{
     //obj0 变量为强引用,自己生成并持有对象
     id __strong obj0 = [[NSObject alloc] init];

     //虽然 obj0 变量赋值给了 obj1, 但是 obj1 变量既不持有对象的强引用也不持有对象的弱引用,
     //(而带__weak修饰符的变量持有被修饰对象的弱引用）
     obj1 = obj0;
     //输出 obj1 变量表示的对象
     NSLog(@"__unsafe_unretained :%@",obj1);
}
//访问的对象超出作用域，crash
NSLog(@"__unsafe_unretained :%@",obj1);

接下来进入正题,期待已久的__weak修饰符.

若附有 __weak修饰符的变量所引用的对象被释放,则将nil值赋值给该变量;

使用附有__weak修饰符的变量,就是使用注册到autoreleasepool中的对象.

（1）若附有__weak修饰符的变量所引用的对象被释放,则将nil值赋值给该变量.

下面我们以一个例子来看看内部到底发生了什么

{
   //假设变量 b 附加__strong修饰符且对象被赋值.
    id __weak a = b;
}

//编译器的模拟代码实现如下:
{
   id a;
   //(1).通过objc_initWeak()函数初始化__weak修饰符的变量;
   objc_initWeak(&a , b);
   //(2).当变量作用域结束时,通过objc_destroyWeak()函数释放该变量;
   objc_destroyWeak(&a);
}

(1). objc_initWeak(&a , b);


而在上面编译器模拟代码中对应转换如下:
objc_initWeak(&a , b);   
转换为下面代码    

 a = 0;                          
 objc_storeWeak(&a , b);

objc_initWeak()函数将附有__weak修饰符的变量初始化为0后,
将赋值对象b作为参数调用objc_storeWeak()函数.
objc_storeWeak函数把第二个参数（赋值对象b）的内存地址作为键值key，将第一个参数（weak修饰的属性变量a）的内存地址（&a）作为value，注册到 weak 表中。如果第二个参数（b）为0（nil），那么把变量（a）的内存地址（&a）从weak表中删除。
(也就是初始化一个新的weak指针指向对象的内存地址,objc_storeWeak()函数的作用是更新指针指向,创建对应的弱引用表.)

把objc_storeWeak(&a, b)理解为：objc_storeWeak(value, key)，并且当key变nil，将value置nil。
在b非nil时，a和b指向同一个内存地址，在b变nil时，a变nil。此时向a发送消息不会崩溃：在Objective-C中向nil发送消息是安全的。
而如果a是由assign修饰的，则：在b非nil时，a和b指向同一个内存地址，在b变nil时，a还是指向该内存地址，变野指针。此时向a发送消息极易崩溃。

(2). objc_destroyWeak(&a);

objc_destroyWeak(&a);  =>  objc_storeWeak(&a , 0);

objc_destroyWeak()函数将 0 (nil) 作为参数调用objc_storeWeak()函数.(释放该变量)

即上面的编译器模拟代码等效于下面的代码


//编译器的模拟代码实现如下:
{
    id a;
    //初始化__weak修饰符的变量
    a = 0;
    objc_storeWeak(&a , b);
    //释放该变量
    objc_storeWeak(&a , 0);
}

在此讲解一下objc_storeWeak()这个函数,该函数把第二个参数的对象的内存地址作为哈希表的键,将第一个参数即附有 weak修饰符的变量的地址注册到哈希表中.如果第二个参数为0,则把变量的地址从哈希表中删除.
由于一个对象可同时赋值给多个附有weak修饰符的变量中,所以对于一个键,可注册多个变量的地址.

释放对象程序是怎么实现的呢?如下所示:

(1) objc_release
(2) 因为引用计数为0所以执行dealloc
(3) _objc_rootDealloc
(4) object_dispose
(5) objc_destructInstance
(6) objc_clear_deallocating

对象被释放时最后调用objc_clear_deallocating()函数的动作如下:

(1) 从weak表中获取废弃对象的地址为键值的记录.
(2) 将包含在记录中的所有附有__weak修饰符的变量的地址,赋值为nil.
(3) 从weak表中删除该记录.
(4) 从引用计数表中删除废弃对象的地址为键值的记录.

如果大量使用附有 weak修饰符的变量,则会消耗相应的CPU资源.良策是只在需要避免循环引用时使用__weak修饰符.

（2）使用附有__weak修饰符的变量,就是使用注册到autoreleasepool中的对象.

(因为__weak修饰符只持有对象的弱引用，而在访问引用对象的过程中，该对象有可能被废弃。如果把要访问的对象注册到autoreleasepool中，那么在@autoreleasepool块结束之前都能确保该对象的存在。)

以下面的代码为例:
{
   id __weak a = b;
   NSLog(@"%@", a);
}

该源代码可转换如下:

//编译器模拟代码
{
   id a;
   objc_initWeak(&a , b);
   id tmp = objc_loadWeakRetained(&a);
   objc_autorelease(tmp);
   NSLog(@"%@", tmp);
   objc_destroyWeak(&a);
}

分析:

(1) objc_loadWeakRetained()函数取出附有__weak修饰符变量所引用的对象并 retain.
(2) objc_autorelease()函数将对象注册到autoreleasepool中.

由此可知,因为附有__weak修饰符的变量所引用的对象像这样被注册到autoreleasepool中,所以在 @aotoreleasepool 块结束之前都可以放心使用.但是,如果大量地使用附有__weak修饰符的变量,注册到autoreleasepool的对象也会大量地增加,因此在使用附有__weak修饰符的变量时,最好先暂时赋值给附有__strong修饰符的变量后再使用.

千里之行,始于足下.