Day12-ARC 本质、Weak 实现、循环引用处理

一、ARC 的本质（Automatic Reference Counting）

ARC 是编译器级别的内存管理机制，由 Clang 编译器在编译时插入 retain/release/autorelease 相关的代码。

核心机制

• 每个对象都有一个 引用计数（retain count）。
• 强引用（strong）+1（retain），释放 -1（release）。
• 引用计数为 0 时，调用 dealloc 释放对象。
• ARC 只管理对象内存，不管理 malloc/free 的非对象内存。

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二、Weak 的实现原理

__weak 不增加引用计数，用于避免循环引用，自动在对象销毁时置为 nil。

weak_table_t 全局结构

• 存储所有 weak 引用对象与对应指针地址。
• 每个对象记录在一个 weak_entry_t 中：

struct weak_entry_t {
    DisguisedPtr<objc_object> referent;
    weak_referrer_t *referrers;
};

objc_storeWeak(id *location, id obj)

1. 清除旧值
2. 设置新值，并注册到 weak_table_t

对象销毁时：

• 调用 objc_clearWeakRefs，将所有 weak 指针置 nil

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三、循环引用及处理方式

循环引用定义

• 当两个对象互相强引用，引用计数永远不为 0，导致内存泄漏。

解决方法

• 使用 __weak 或 __unsafe_unretained
• 在 block 中使用 [weak self] 或 [unowned self]
• delegate 常使用 weak

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四、底层实现：引用计数存储与操作

isa_t 结构（64 位系统）

union isa_t {
    uintptr_t bits;
    struct {
        uintptr_t nonpointer        : 1;
        uintptr_t has_assoc         : 1;
        uintptr_t has_cxx_dtor      : 1;
        uintptr_t shiftcls          : 44;
        uintptr_t magic             : 6;
        uintptr_t weakly_referenced : 1;
        uintptr_t deallocating      : 1;
        uintptr_t has_sidetable_rc  : 1;
        uintptr_t extra_rc          : 8;
    };
};

extra_rc

• 引用计数快速路径，最大 255。
• 超过后，引用计数信息存入 SideTable。

SideTable 结构

struct SideTable {
    spinlock_t slock;
    RefcountMap refcnts;
    weak_table_t weak_table;
};

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五、objc_retain 和 objc_release 底层逻辑

objc_retain(id obj)

id objc_retain(id obj) {
    if (obj == nil) return nil;
    if (obj->isa.tryRetain()) return obj;
    return retainSlow(obj);
}

objc_release(id obj)

void objc_release(id obj) {
    if (obj == nil) return;
    if (obj->isa.tryRelease()) return;
    releaseSlow(obj);
}

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六、__weak 与 __unsafe_unretained 对比

特性	__weak	__unsafe_unretained
是否增加引用计数	否	否
对象释放后指针	自动 nil	悬垂指针
安全性	高	低
性能	稍低	高

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七、调试与优化建议

调试工具

• [object retainCount]
• po [obj retainCount] (LLDB)
• 设置环境变量：

export OBJC_PRINT_RETAIN_RELEASE=YES

优化建议

• weak 有性能开销，频繁使用需谨慎。
• block 捕获 self 时建议使用 [weak self]。

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八、总结架构图示（文字版）

┌──────────────┐
│ ARC 编译器插入 │
└──────┬───────┘
       ↓
┌─────────────┐
│ isa_t 的 extra_rc │  <───<255 快路径
└──────┬──────┘
       ↓
┌──────────────┐
│ SideTable 存储引用计数 │
└──────┬───────┘
       ↓
┌─────────────┐
│ weak_table_t │ ← weak引用管理
└─────────────┘