Objective-C:@property探究

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@property是OC开发中常用到的关键字,今天这篇文章就为它做一个较为系统全面的总结

主要包含下图内容,接下来我会分别解析

@property.png

存取器方法

一般访问存取器方法只需要使用.propertyName即可,需要特别指定存取器方法时可通过getter=getterNamesetter=setterName,具体示例如下:

// 指定getter访问名为isOpen

@property (nonatomic, assign, getter=isOpen) BOOL open;

// 指定setter方法名为setNickName:

@property (nonatomic, copy, setter=setNickName:) NSString *name;

读写权限

  • readwrite:表示自动生成对应的 getter 和 setter 方法,即可读可写权限, readwrite是编译器的默认选项。
  • readonly:表示只生成 getter ,不需要生成 setter ,即只可读,不可以修改。

内存管理

  • strong:指定与目标对象存在强(拥有)的关系,修饰对象的引用计数会+1,通常用来修饰对象类型,可变集合及可变字符串类型。当对象引用计数为0,即不被任何对象持有,对象就会从内存中释放

  • assign:不改变修饰对象的引用计数,通常用来修饰基本数据类型(NSInteger,NSNumberCGRect,CGFloat等),也是默认属性。需要特别注意的一点是当修饰的对象的引用计数为0对象被销毁的时候,对象指针不会自动清空成为野指针,后续再次访问会产生野指针错误:EXC_BAD_ACCESS

  • copy:对象会在内存中拷贝一个副本,副本引用计数为1。一般用于不可变对象的集合类型,这是为了保证进行copy操作的时候生成的都是不可变类型。 copy分深拷贝与浅拷贝,对可变与不可变对象进行copy操作结果如下:

    源对象类型拷贝方式目标对象类型拷贝类型(深|浅)
    mutable对象copy不可变深拷贝
    mutable对象mutableCopy可变深拷贝
    immutable对象copy不可变浅拷贝
    immutable对象mutableCopy可变深拷贝

    可以总结以下两点:

    1. 对mutable对象的拷贝都是深拷贝
    2. 所有对象的copy结果都是不可变
  • weak:弱引用关系,修饰对象的引用计数不会增加,当修饰对象被销毁的时候,对象指针会自动置为 nil,主要可以用于避免循环引用;weak 只能用来修饰对象类型,且是在 ARC 下新引入的修饰词,只能修饰对象,MRC 下相当于使用 assign

    1. 数据结构
    struct SideTable {
        spinlock_t slock;// 用于给原子性操作加锁
        RefcountMap refcnts;// 引用计数hash表
        weak_table_t weak_table;// weak对象指针hash表
    }
    
    /**
    * The global weak references table. Stores object ids as keys,
    * and weak_entry_t structs as their values.
    */
    struct weak_table_t {
        weak_entry_t *weak_entries;// 存储 weak 对象信息的 hash 数组
        size_t    num_entries;// 数组中元素的个数,数组初始化的时候默认4个,占用达到3/4会翻倍扩容
        uintptr_t mask;// 计数辅助量
        uintptr_t max_hash_displacement;// hash 元素最大偏移值
    };
    
    1. 清除weak

    对象dealloc的时候,会调用weak_clear_no_lock函数将指向该对象的弱引用指针置为nil,具体实现如下

    // objc-weak.mm
    /** 
     * Called by dealloc; nils out all weak pointers that point to the 
     * provided object so that they can no longer be used.
     * 
     * @param weak_table 
     * @param referent The object being deallocated. 
     */
    void 
    weak_clear_no_lock(weak_table_t *weak_table, id referent_id) 
    {
        // 获得 weak 指向的地址,即对象内存地址
        objc_object *referent = (objc_object *)referent_id; 
    
        // 找到管理 referent 的 entry 容器
        weak_entry_t *entry = weak_entry_for_referent(weak_table, referent); 
        // 如果 entry == nil,表示没有弱引用需要置为 nil,直接返回
        if (entry == nil) { 
            /// XXX shouldn't happen, but does with mismatched CF/objc
            //printf("XXX no entry for clear deallocating %p\n", referent);
            return;
        }
    
        // zero out references
        weak_referrer_t *referrers;
        size_t count;
    
        if (entry->out_of_line()) { 
            // referrers 是一个数组,存储所有指向 referent_id 的弱引用
            referrers = entry->referrers; 
            // 弱引用数组长度
            count = TABLE_SIZE(entry);    
        } 
        else {
            referrers = entry->inline_referrers;
            count = WEAK_INLINE_COUNT;
        }
    
        // 遍历弱引用数组,将所有指向 referent_id 的弱引用全部置为 nil
        for (size_t i = 0; i < count; ++i) {
            objc_object **referrer = referrers[i];
            if (referrer) {
                if (*referrer == referent) {
                    *referrer = nil;
                }
                else if (*referrer) {
                    _objc_inform("__weak variable at %p holds %p instead of %p. "
                                 "This is probably incorrect use of "
                                 "objc_storeWeak() and objc_loadWeak(). "
                                 "Break on objc_weak_error to debug.\n", 
                                 referrer, (void*)*referrer, (void*)referent);
                    objc_weak_error();
                }
            }
        }
    
        // 从 weak_table 中移除对应的弱引用的管理容器
        weak_entry_remove(weak_table, entry);
    }
    

    总结:

    当一个对象被销毁时,在dealloc方法内部经过一系列的函数调用栈,通过两次哈希查找,第一次根据对象的地址找到它所在的Sidetable,第二次根据对象的地址在Sidetableweak_table中找到它的弱引用表。弱引用表中存储的是对象的地址(作为key)和weak指针地址的数组(作为value)的映射。weak_clear_no_lock函数中遍历弱引用数组,将指向对象的地址的weak变量全都置为nil

    1. 添加weak

    一个被声明为__weak的指针,在经过编译之后。通过objc_initWeak函数初始化附有__weak修饰符的变量,在变量作用域结束时通过objc_destroyWeak函数销毁该变量。

    id obj = [[NSObject alloc] init];
    id __weak obj1 = obj;
    /*----- 编译 -----*/
    id obj1;
    objc_initWeak(&obj1,obj);
    objc_destroyWeak(&obj1);
    

    objc_initWeak函数调用栈如下:

    // NSObject.mm
    1. objc_initWeak
    2. storeWeak
    // objc-weak.mm
    3. weak_register_no_lock
    4. weak_unregister_no_lock
    

    总结: 一个被标记为__weak的指针,在经过编译之后会调用objc_initWeak函数,objc_initWeak函数中初始化weak变量后调用storeWeak。添加weak的过程如下:
    经过一系列的函数调用栈,最终在weak_register_no_lock()函数当中,进行弱引用变量的添加,具体添加的位置是通过哈希算法来查找的。如果对应位置已经存在当前对象的弱引用表(数组),那就把弱引用变量添加进去;如果不存在的话,就创建一个弱引用表,然后将弱引用变量添加进去。(weak相关实现较为复杂后续的文章会做专门解析)

  • retain:MRC下使用,ARC下使用strong,用来修饰对象类型,强引用对象,其修饰对象的引用计数会 +1,不会对对象分配新的内存空间。

  • unsafe_unretained:同weak类似,不会对对象的引用计数 +1,只能用来修饰对象类型,修饰的对象在被销毁时,其指针不会自动清空,指向的仍然是已销毁的对象,这时再调用该指针会产生野指针EXC_BAD_ACCESS错误。

原子性

atomic 原子性:系统会自动给生成的 getter/setter 方法进行加锁操作; nonatomic 非原子性:系统不会给自动生成的 getter/setter 方法进行加锁操作; 设置属性函数 reallySetProperty(...) 的原子性非原子性实现如下:

if (!atomic) {
    oldValue = *slot;
    *slot = newValue;
} else {
    spinlock_t& slotlock = PropertyLocks[slot];
    slotlock.lock();
    oldValue = *slot;
    *slot = newValue;        
    slotlock.unlock();
}

获取属性函数 objc_getProperty(...) 的内部实现如下:

    if (offset == 0) {
        return object_getClass(self);
    }

    // Retain release world
    id *slot = (id*) ((char*)self + offset);
    if (!atomic) return *slot;
        
    // Atomic retain release world
    spinlock_t& slotlock = PropertyLocks[slot];
    slotlock.lock();
    id value = objc_retain(*slot);
    slotlock.unlock();
    
    // for performance, we (safely) issue the autorelease OUTSIDE of the spinlock.
    return objc_autoreleaseReturnValue(value);

总结:由上面代码可见atomic只能对存取器方法加锁,并不能保障多线程下对对象的其他操作安全。