面试题：Objective-C 的内存管理机制及优化

Question

阐述 Objective-C 的自动引用计数（ARC）原理，以及在 ARC 环境下，循环引用是如何产生的，有哪些常见的场景（如代理、block 等）。针对这些循环引用场景，应该如何解决？另外，如果在某些特殊情况下需要手动管理内存（比如与 Core Foundation 框架交互），应该注意什么？

Answer 1

Objective-C 的自动引用计数（ARC）原理

ARC 是一种自动内存管理机制。编译器会在编译期自动在合适的位置插入 retain、release 和 autorelease 等内存管理方法。当对象的引用计数变为 0 时，ARC 会自动调用对象的 dealloc 方法释放其所占用的内存。

ARC 环境下循环引用的产生

1. 对象之间相互强引用：当两个或多个对象之间相互持有对方的强引用时，就会形成循环引用。因为每个对象的引用计数都不会降为 0，导致这些对象所占用的内存无法被释放。

常见的循环引用场景及解决方法

1. 代理（Delegate）场景
   • 产生原因：一般情况下，视图控制器（ViewController）持有视图（View）的强引用，而视图会将视图控制器设置为代理（delegate），如果代理属性使用 strong 修饰，就会形成循环引用。因为视图控制器持有视图，视图又强引用视图控制器。
   • 解决方法：将代理属性声明为 weak 或者 unsafe_unretained。weak 修饰的属性不会增加对象的引用计数，并且当对象被释放时，指向该对象的 weak 指针会自动被设置为 nil，避免野指针问题。unsafe_unretained 同样不会增加引用计数，但当对象被释放时，指针不会被置为 nil，可能会导致野指针，所以一般优先使用 weak。例如：

@property (nonatomic, weak) id<MyViewDelegate> delegate;

2. Block 场景
   • 产生原因：如果在 block 内部使用了外部对象（如视图控制器中的属性），并且 block 被该对象持有（比如作为属性），默认情况下，block 会对其捕获的外部对象进行强引用。如果该外部对象又持有这个 block，就会形成循环引用。例如：

self.block = ^{
    NSLog(@"%@", self.someProperty);
};

- **解决方法**：
    - **使用 `__weak` 修饰符**：在 block 外部使用 `__weak` 修饰外部对象，然后在 block 内部使用该弱引用对象。这样 block 不会强引用外部对象，避免循环引用。例如：

__weak typeof(self) weakSelf = self;
self.block = ^{
    NSLog(@"%@", weakSelf.someProperty);
};

    - **使用 `__block` 修饰符（ARC 环境下不常用，可能仍有循环引用风险）**：`__block` 修饰的变量在 block 内部是可变的，并且不会像默认情况那样强引用对象，但在 ARC 下，`__block` 修饰的对象可能仍会被 block 强引用，所以需要谨慎使用。例如：

__block MyViewController *blockSelf = self;
self.block = ^{
    NSLog(@"%@", blockSelf.someProperty);
    blockSelf = nil;
};

手动管理内存（与 Core Foundation 框架交互）注意事项

1. 对象所有权桥接：在 Core Foundation（CF）和 Objective-C 之间交互时，要注意对象所有权的转换。例如，使用 CFBridgingRetain 函数将 Objective-C 对象转换为 Core Foundation 对象并获取其所有权，使用 CFBridgingRelease 函数将 Core Foundation 对象转换为 Objective-C 对象并释放 Core Foundation 对象的所有权。例如：

// 将 NSString 转换为 CFString 并获取所有权
CFStringRef cfString = CFBridgingRetain(@"Hello");
// 使用完后释放所有权并转换回 NSString
NSString *str = CFBridgingRelease(cfString);

2. 引用计数匹配：对于 Core Foundation 对象，要确保 CFRetain 和 CFRelease 的调用次数匹配。如果在获取对象所有权后没有正确释放，会导致内存泄漏。例如：

CFStringRef cfString = CFStringCreateWithCString(NULL, "World", kCFStringEncodingUTF8);
CFRetain(cfString);
// 操作 cfString
CFRelease(cfString);

3. 内存管理规则一致性：在混合使用 Core Foundation 和 Objective-C 内存管理时，要保持内存管理规则的一致性。避免在同一个对象上同时使用 ARC 和手动引用计数管理，以免造成混乱和内存问题。