iOS 应用程序中的内存管理

在当今科技世界，没有内存的增强是不可想象的。内存包括用于在设备上存储信息的硬件。就 iPhone 而言，它使用两种主要方式存储数据：1. 磁盘，2. 随机存取存储器。但是，当应用程序在 iPhone 设备上运行时，一个包含所有可执行指令的文件会被加载到RAM 中。

应用程序还需要一些内存来维护堆（heap），因为我们类的所有对象都驻留在其中。内存管理就是管理堆内存的过程。它包括堆对象的生命周期管理，以便在不再需要它们时释放对象以节省内存。然而，在 Swift 中，引用类型分配在堆内存上，而值类型不分配在堆内存上。

维护堆内存是一项重要任务，因为我们的对象足够大，如果它们不被释放，可能会占用内存的大部分。如果应用程序持续内存不足，可能会导致崩溃。

Swift 中的自动引用计数 (ARC)

Swift 使用一种更智能的内存管理方式，即自动引用计数 (ARC)。当我们不再需要类实例时，它会自动释放它们占用的内存。然而，正如我们在本文前面所提到的，自动引用计数 (ARC) 仅适用于类实例。结构体和枚举在 Swift 中是值类型，因此它们的实例不会被计数。

ARC 在我们的应用程序代码中创建实例时，会分配一块内存来存储有关该实例的信息。这些信息包含实例的类型，包括与该实例关联的任何存储属性的值。

当实例不再需要时，ARC 也会释放内存。在这种情况下，该实例使用的内存将被释放并用于其他目的。这也确保了在不使用实例时，它们不会占用不必要的内存空间。

但是，如果 ARC 释放了一个仍在使用的实例，我们将无法检索它的任何属性以及与之关联的方法。尽管如此，如果我们尝试这样做，应用程序将会崩溃。

我们还需要确保实例在使用时不会被释放。为此，ARC 会跟踪当前引用每个类实例的属性、常量和变量的数量。只要对该实例至少存在一个活动的引用，ARC 就不会释放该实例。为了实现这一点，每当实例被属性、常量或变量引用时，它就会创建一个对该实例的强引用。这种引用称为强引用，因为它只要强引用仍然存在，就不会导致该实例被释放。

带示例的自动引用计数

在这里，我们将通过一个例子来讨论 ARC 的工作原理。让我们创建一个名为 Employee 的简单类，它定义一个名为 Name 的存储常量属性。

Employee 类包含一个初始化器，用于将 name 属性初始化为某个值。它还会打印一条消息，表明实例正在被初始化。然而，Employee 类还包含一个反初始化器，该反初始化器通过打印一条消息来通知用户。

让我们定义三个 Employee 类型的变量，它们将为我们创建的新 Employee 实例设置多个引用。

我们可以创建一个新的 Employee 实例来为其分配我们迄今为止创建的其中一个引用。

这里，我们必须注意到，当我们初始化 Employee 类时，消息会被打印出来。变量 ref1 持有对 Employee 实例的强引用；ARC 确保 Employee 实例保留在内存中。

但是，如果我们为另外两个引用变量分配同一个 Employee，我们将获得另外两个指向 Employee 实例的强引用。

但是，如果我们为我们刚刚为 Employee 实例创建的三个强引用分配 nil，ARC 将会释放它，这意味着我们不再使用该 Employee 实例。

这里，我们必须注意到，在实例被反初始化时，消息会打印在控制台上。

类实例之间的强引用循环

在上面的例子中，ARC 会跟踪对 Employee 实例的引用数量。然而，可能会出现一种情况，即类实例的强引用数永远不会降至零。当两个类实例相互持有强引用时会发生这种情况。这种情况称为强引用循环，其中每个实例都使另一个实例保持活跃。

让我们创建一个这样的例子，其中有两个实例之间存在强引用。

在上面的代码中，Employee 实例包含一个 name 属性和一个 Department 实例，该实例最初为 nil。这里，dep（部门）属性为 nil，因为 Employee 可能不总是有部门。

另一方面，Department 实例有一个 name 属性和一个 Employee 数组，代表在该部门工作的员工。employees 属性是可选的，因为部门有可能没有员工。

这两个类都定义了初始化器和反初始化器，以告知用户实例是否正在被初始化或反初始化。现在，让我们定义两个可选类型的变量 Mike 和 IT，它们的类型分别为 Employee 和 Department。

现在，让我们创建一个特定的 Employee 实例和 Department 实例。

我们需要将这两个实例链接起来，以便 Employee 拥有 Department，而 Department 拥有 Employees。

现在，链接这两个实例会在它们之间创建一个强引用循环。Employee 实例对 Department 引用具有强引用，同时 Department 引用对 Employee 引用也具有强引用。如果我们反初始化引用（mike 和 IT），我们会注意到引用计数不会降至零。

我们必须注意到，当我们把这些变量设置为 nil 时，反初始化器没有被调用。然而，由于引用循环阻止了实例被释放，这会导致应用程序内存泄漏。

解决强引用循环

有两种方法可以解决强引用循环：弱引用和无主引用。弱引用和无主引用允许我们引用另一个实例而不持有强引用。当另一个实例的生命周期较短时，我们可以使用弱引用。另一方面，当另一个实例具有相同的生命周期或更长的生命周期时，我们可以使用无主引用。

弱引用

弱引用被定义为不保持对其所引用实例的强引用的引用。它允许 ARC 在发生强引用循环时释放实例。它不会让引用成为强引用循环的一部分。我们可以使用 weak 关键字将变量声明为弱引用。

正如我们已经讨论过的，弱引用不会对其所引用的实例保持强引用；ARC 可以在其引用的实例被释放时将弱引用设置为 nil。

这里，我们必须确保弱引用总是被声明为变量而不是常量。弱引用也必须被声明为可选类型。

现在，让我们修改 Employee 实例并将 dep（部门）属性声明为 weak。

现在，让我们像下面一样再次创建 Department 实例。

让我们创建两个强引用以及实例之间的链接。

Employee 对 Department 实例持有弱引用，这使我们能够通过将 mike 和 IT 引用变量设置为 nil 来打破强引用。

我们必须注意到，两个实例的反初始化器都会被调用，并且消息会被打印出来。

控制台上会打印出以下输出。

"Mike gets initialized"
"IT gets initialized"
"IT gets deinitialized"
"Mike gets deinitialized"

无主引用

无主引用不像弱引用那样保持对所引用实例的强引用。它像弱引用一样引用。然而，当另一个实例具有相同的生命周期或更长的生命周期时，会使用无主引用。我们通过在变量前使用 unowned 关键字来声明一个变量为 unowned。

无主引用始终具有值；因此，声明无主变量不会使变量成为可选。ARC 不会将无主引用变量的值设置为 nil。但是，我们需要确保该引用指向一个未被释放的实例，因为如果我们尝试访问一个实例在被释放后其无主引用的值，我们会得到一个运行时错误。

让我们考虑以下示例，其中我们定义了 Employee 和 Department 之间的关系。Department 可能有也可能没有员工，但 Employee 总是与一个 Department 相关联。在这里，Employee 实例的生命周期永远不会超过它所引用的 Department。这在 Department 拥有一个可选的 Employee 属性，而 Employee 拥有一个无主的 Department 属性的情况下得到了体现。

让我们为 Department 类创建一个可选的引用变量。

现在创建一个 Department 实例，并将一个新的 Employee 实例作为 Department 的 employee 属性。

这里，我们必须注意到，Department 实例对 Employee 实例持有强引用，而 Employee 实例对 Department 实例持有无主引用。由于无主引用，如果我们断开“it”变量持有的强引用，Department 实例的强引用将变为零。

通过反初始化 Department 实例，我们必须注意到 Employee 的 deinit() 将被调用。

输出

 "IT Department Deinitialized"
"John employee is being deinitialized"

无主可选引用

我们可以将无主变量声明为可选。但是，当我们使用无主可选引用时，我们必须保证它始终指向一个有效对象或保持为 nil。让我们考虑以下示例，它扩展了 Department-Employee 关系。在这里，我们有一个不同的实体 Course，它跟踪 Department 提供的课程。

这里，我们必须注意到 Department 对其课程持有强引用。换句话说，我们可以说 Department 拥有它通过对象数组维护的所有课程。然而，Course 不拥有任何 Department，或者它对 Department 持有无主引用。在这里，每个 Course 都是某个 Department 的一部分。因此，department 属性不是可选的，尽管可能存在也可能不存在其他课程来跟随每个 Course。因此，otherCourse 属性是可选的。

让我们创建 Department 和 Course 的实例来看看其功能。

这里，我们创建了一个 Department 实例并为其分配了三门课程。Swift 和 Cocoa 课程各自的 otherCourse 属性被分配了各自的 otherCourse。正如我们已经讨论过的，无主变量不保持对其所持引用的强引用；然而，在这种情况下，无主可选引用变量可能为 nil。这里，我们必须确保 otherCourse 属性始终指向一个未被释放的 Course。