(0019)iOS 开发之关于__weak修饰NSString以及内存管理的问题

前言：写这篇文章的初衷，是对阅读别人的博客提出的疑问，一路探索得来的。同时也要加强对内存管理以及block 的管理和使用。

ARC指南1 - strong和weak指针写到：打印出来是"(null)" __weak NSString *str = [[NSString alloc] initWithFormat:@"1234"];

NSLog(@"%@", str);

粘贴代码到工程结果：打印出来并不是(null)。于是又百度一番：发现：转向ARC的说明——翻译Apple官方文档这样写：

NSString * __weak string2 = [[NSString alloc] initWithFormat:@"First Name"];

NSLog(@"string: %@", string);

打印的才是 "(null)”。

看到这个结果是不是大吃一惊，__weak 修饰的 string 不都是为null吗？为什么会前者是@“1234”。后者是"(null)”，是不是ARC 内存管理有问题呢？

于是我就查看了官方文档：https://developer.apple.com/library/content/releasenotes/ObjectiveC/RN-TransitioningToARC/Introduction/Introduction.html

Take care when using __weak variables on the stack. （要注意在栈上的变量）

Although string is used after the initial assignment, there is no other strong reference to the string object at the time of assignment; it is therefore immediately deallocated. The log statement shows that string has a null value.

结果：__weak 修饰用initWithFormat 初始化的对象时，两种写法是都是对的。重点在于打不打印 null 跟@“1234” 这个字符串的长度有关，长的话最好超过10 ，就可以打印 null ,小于9 就能正常打印。为什么会有这样的区别？

结论：

如果：用__weak 修饰 @"" 和 WithString 方式构造的字符串会正常打印的，不会@“null”。

因为：这种初始化的string是常量，编译后放到程序的常量区（属于内存静态区)，所以引用计数不会生效，放在常量区的数据是跟程序生命周期绑定的，存在内存静态区，不会被销毁，输出自然会有结果。

首先看一下NSString 的关于string初始化的方法

#pragma mark *** Initializers ***

+ (instancetype)string;

+ (instancetype)stringWithString:(NSString *)string;

+ (instancetype)stringWithFormat:(NSString *)format, ... NS_FORMAT_FUNCTION(1,2);

- (instancetype)initWithString:(NSString *)aString;

- (instancetype)initWithFormat:(NSString *)format, ... NS_FORMAT_FUNCTION(1,2);

1.1 准备（引用isa来获取其所属类）

关于isa提一点：isa是一个Class 类型的指针. 每个实例对象有个isa的指针,他指向对象的类，而Class里也有个isa的指针, 指向meteClass(元类)。对象所属类的结构体指针类型！更多isa的可以自己去了解。

// 为了方便测试，我先写了个宏，用来打印NSString的值、类、内存地址。

#define TLog1(_var) ({ NSString *name = _var; NSLog(@"%@: %@ -> %p", name, [_var class], _var);})

1.2 NSString的创建

NSString * temp000 = [NSString string];

temp000 = @"string";

NSString * temp111 = [[NSString alloc]initWithString:@"string111111"];

NSString * temp222 = [NSString stringWithString:@"string"];

NSString * temp333 = [[NSString alloc]initWithFormat:@"First Name"];

NSString * temp444 = [NSString stringWithFormat:@"string"];

TLog1(temp000);

TLog1(temp111);

TLog1(temp222);

TLog1(temp333);

TLog1(temp444);

其实上面的代码：temp111、temp222 会报 Using 'initWithString:' with a literal is redundant ，什么意思尼？

就是用这两种创建字符串的方法是多此一举，因为它有更方便的方法 NSString * temp111 ＝ @"string111111";

以下是控制台的打印：

：string: __NSCFConstantString -> 0x10f73c410

：string111111: __NSCFConstantString -> 0x10f73c430

：string: __NSCFConstantString -> 0x10f73c410

：First Name: __NSCFString -> 0x600000424800

：string: NSTaggedPointerString -> 0xa00676e697274736

看到上面这段测试代码，我们可以发现几点同我们想象不同的地方：

temp000、temp111、temp222 对象的 isa 都是__NSCFConstantString（常量字符串）；

· temp333、temp444 对象的 isa 有的是NSTaggedPointerString，有的是__NSCFString；

· 后两种在string的值长度大于某一个阀值（经测试＝ 9）时，是__NSCFString类型，(>9)时成了，NSTaggedPointerString。

· temp333、temp444 创建的NSString和创建其他objc对象类似的，在堆上分配内存。

· 前3种的内存地址码长度短；后两种长。

1.3 测试2：如果把初始化的 string 都是设置 @“string”的话，再次运行，得到以下结论：

· 前3种初始化相同的string时,它们的isa和内存地址都是一样的；后2种初始化相同的string时,它们的isa和内存地址也是一样的；

· 证明两种方式初始化相同的string并不会重新申请新的地址存放同样的字符串的。编译器不再生成一个重复的字符串而是返回该字符串的地址。

结论：

对一个__NSCFConstantString进行retain和copy操作都还是自己，没有任何变化，对其mutableCopy操作可将其拷贝到堆上，retainCount为1。对__NSCFString进行retain和mutableCopy操作时，其特性符合正常的对象特性。但是对其copy时，它却变成了一个_NSCFConstantString对象！(http://www.360doc.com/content/15/0304/17/9200790_452525916.shtml)

用 initWithFormat 初始化字符串：NSString *str = [[NSString alloc] initWithFormat:@"First Name"];

如果字符串的长度较短，那么的指针类型是NSTaggedPointerString，用指针地址的富余位存变量值，

实际上是把常量区的复制了一份在堆中，所以你可以release了。但是 @"First Name" 这个变量本身还是存放在常量区了，所以并没有省内存，反而是增加了内存的使用。

所以，如果直接用一个字符串产生另一个字符串，尽量少用 initWithFormat，而不是initWithString。

指针存在栈，它存的是变量的地址。变量可能在堆，可能在栈，也可能在常量区！

在栈内存。栈内存的变量由系统自动释放回收，无需担心。block在栈，可以copy到堆的，所以self ,@property (copy) 对其引用。

1.4 测试3：把

NSString * temp555 = [NSString stringWithFormat:@"string"];

NSString * temp666 = [NSString stringWithFormat:@"stringstring”];

TLog1(temp555);

TLog1(temp666);

：string: NSTaggedPointerString -> 0xa00676e697274736

：stringstring: __NSCFString -> 0x608000238880

__NSCFString 对象类型，在堆上，如果用__weak 修饰 stringWithFormat 的对象，为什么不管长短也能打印出来尼？

结论：

string的值长度大于某一个阀值（经测试＝ 9）时，是NSTaggedPointerString类型，(>9)时成了，__NSCFString。但是stringWithFormat是类办法，内存资源上是autorelease的，不会立即释放，所以能打印。

http://bbs.51cto.com/thread-843658-1.html 这个解释了__weak 修饰 stringWithFormat 的对象，为什么不管长短也能打印出来的问题？

1、initWithFormat是实例办法

只能经由过程 NSString* str = [[NSString alloc] initWithFormat:＠"％＠"，＠"Hello World"] 调用，然则必须手动release来开释内存资源

2、stringWithFormat是类办法

可以直接用 NSString* str = [NSString stringWithFormat:＠"％＠"，＠"Hello World"] 调用，内存资源上是autorelease的，并不是立即释放的，所以可以打印出来，不需要手动显式release！

Apple 的 NSTaggedPointerString？

NSTaggedPointerString 它的作用就是:节省短的变量的内存。用指针地址的富余位存变量值。

对象在内存中是对齐的，它们的地址总是指针大小的整数倍，通常为16的倍数。对象指针是一个64位的整数，而为了对齐，一些位将永远是零。Tagged Pointer利用了这一现状，它使对象指针中非零位有了特殊的含义。在苹果的64位Objective-C实现中，若对象指针的最低有效位为1(即奇数)，则该指针为Tagged Pointer。这种指针不通过解引用isa来获取其所属类，而是通过接下来三位的一个类表的索引。该索引是用来查找所属类是采用Tagged Pointer的哪个类。剩下的60位则留给类来使用。

应用：Tagged Pointer有一个简单的应用，那就是NSNumber。它使用60位来存储数值。最低位置1。剩下3位为NSNumber的标志。在这个例子中，就可以存储任何所需内存小于60位的数值。从外部看，Tagged Pointer很像一个对象。它能够响应消息，因为objc_msgSend可以识别Tagged Pointer。假设你调用integerValue，它将从那60位中提取数值并返回。这样，每访问一个对象，就省下了一次真正对象的内存分配，省下了一次间接取值的时间。同时引用计数可以是空指令，因为没有内存需要释放。对于常用的类，这将是一个巨大的性能提升。

NSString似乎并不适合Tagged Pointer，因为它的长度即可变，又可远远超过60位。然而，Tagged Pointer是可以与普通类共存的，即对一些值使用Tagged Pointer，另一些则使用一般的指针。例如，对于NSNumber，大于2^60-1的整数就不能采用Tagged Pointer来存储，而需要在内存中分配一个NSNumber的对象来存储。只要创建对象的代码编写正确，就没有问题。

NSString也是如此。对于那些所需内存小于60位的字符串，它可以创建一个Tagged Pointer。其余的则被放置在真正的NSString对象里。这使得常用的短字符串的性能得到明显的提升。实际代码就是如此吗？似乎Apple是这么认为的，因为他们这么做了并实现了它。

关于Tagged Pointer 的知识，这里有一篇文章帮助理解：采用Tagged Pointer的字符串（http://www.cocoachina.com/ios/20150918/13449.html）

参考链接：

https://blog.cnbluebox.com/blog/2014/04/16/nsstringte-xing-fen-xi-xue-xi/

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