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ARC下dealloc过程及.cxx_destruct的探究

我是前言

这次探索源自于自己一直以来对ARC的一个疑问，在MRC时代，经常写下面的代码：

- (void)dealloc {
    self.array = nil;
    self.string = nil;
    // ... //
    // 非Objc对象内存的释放，如CFRelease(...)
    // ... //
    [super dealloc];
}

对象析构时将内部其他对象release掉，申请的非Objc对象的内存当然也一并处理掉，最后调用super，继续将父类对象做析构。而现如今到了ARC时代，只剩下了下面的代码：

- (void)dealloc
{
    // ... //
    // 非Objc对象内存的释放，如CFRelease(...)
    // ... //
}

问题来了：

  1. 这个对象实例变量（Ivars）的释放去哪儿了？
  2. 没有显示的调用[super dealloc]，上层的析构去哪儿了？

ARC文档中对dealloc过程的解释

llvm官方的ARC文档中对ARC下的dealloc过程做了简单说明，从中还是能找出些有用的信息：

  • 大概意思是：dealloc方法在最后一次release后被调用，但此时实例变量（Ivars）并未释放，父类的dealloc的方法将在子类dealloc方法返回后自动调用
  • 理解：ARC下对象的实例变量在根类[NSObject dealloc]中释放（通常root class都是NSObject），变量释放顺序各种不确定（一个类内的不确定，子类和父类间也不确定，也就是说不用care释放顺序）

所以，不用主调[super dealloc]是因为自动调了，后面再说如何实现的；ARC下实例变量在根类NSObject析构时析构，下面就探究下。

NSObject的析构过程

通过apple的runtime源码，不难发现NSObject执行dealloc时调用_objc_rootDealloc继而调用object_dispose随后调用objc_destructInstance方法，前几步都是条件判断和简单的跳转，最后的这个函数如下：

void *objc_destructInstance(id obj)
{
    if (obj) {
        Class isa_gen = _object_getClass(obj);
        class_t *isa = newcls(isa_gen);

        // Read all of the flags at once for performance.
        bool cxx = hasCxxStructors(isa);
        bool assoc = !UseGC && _class_instancesHaveAssociatedObjects(isa_gen);

        // This order is important.
        if (cxx) object_cxxDestruct(obj);
        if (assoc) _object_remove_assocations(obj);

        if (!UseGC) objc_clear_deallocating(obj);
    }

    return obj;
}

简单明确的干了三件事：

  1. 执行一个叫object_cxxDestruct的东西干了点什么事
  2. 执行_object_remove_assocations去除和这个对象assocate的对象（常用于category中添加带变量的属性，这也是为什么 (Edit: 在ARC或MRC下都不需要remove，感谢@sagles的基情提示）
  3. 执行objc_clear_deallocating，清空引用计数表并清除弱引用表，将所有weak引用指nil（这也就是weak变量能安全置空的所在）

所以，所探寻的ARC自动释放实例变量的地方就在cxxDestruct这个东西里面没跑了。

探寻隐藏的.cxx_destruct

上面找到的名为object_cxxDestruct的方法最终成为下面的调用：

static void object_cxxDestructFromClass(id obj, Class cls)
{
    void (*dtor)(id);

    // Call cls's dtor first, then superclasses's dtors.

    for ( ; cls != NULL; cls = _class_getSuperclass(cls)) {
        if (!_class_hasCxxStructors(cls)) return;
        dtor = (void(*)(id))
            lookupMethodInClassAndLoadCache(cls, SEL_cxx_destruct);
        if (dtor != (void(*)(id))_objc_msgForward_internal) {
            if (PrintCxxCtors) {
                _objc_inform("CXX: calling C++ destructors for class %s",
                             _class_getName(cls));
            }
            (*dtor)(obj);
        }
    }
}

代码也不难理解，沿着继承链逐层向上搜寻SEL_cxx_destruct这个selector，找到函数实现(void (*)(id)(函数指针)并执行。
搜索这个selector的声明，发现是名为.cxx_destruct的方法，以点开头的名字，我想和unix的文件一样，是有隐藏属性的

从这篇文章中：

和《Effective Objective-C 2.0》中提到的：

可以了解到，.cxx_destruct方法原本是为了C++对象析构的，ARC借用了这个方法插入代码实现了自动内存释放的工作

通过实验找出.cxx_destruct

最好的办法还是写个测试代码把这个隐藏的方法找出来，其实在runtime中运行已经没什么隐藏可言了，简单的类结构如下：

@interface Father : NSObject
@property (nonatomic, copy) NSString *name;
@end

@interface Son : Father
@property (nonatomic, copy) NSArray *toys;
@end

只有两个简单的属性，找个地方写简单的测试代码：

// start
{
    // before new
    Son *son = [Son new];
    son.name = @"sark";
    son.toys = @[@"sunny", @"xx"];
    // after new
}
// gone

主要目的是为了让这个对象走dealloc方法，新建的son对象过了大括号作用域就会释放了，所以在after new这行son对象初始化完成，在gone这行son对象被dealloc

个人一直喜欢使用NSObject+DLIntrospection这个扩展作为调试工具，可以轻松打出一个类的方法，变量等等。

将这个扩展引入工程内，在after new处设置一个断点，run，trigger后使用lldb命令用这个扩展输出Son类所有的方法名：

ARC下dealloc过程及.cxx_destruct的探究-LMLPHP

发现了这个.cxx_destruct方法，经过几次试验，发现：

  1. 只有在ARC下这个方法才会出现（试验代码的情况下）
  2. 只有当前类拥有实例变量时（不论是不是用property）这个方法才会出现，且父类的实例变量不会导致子类拥有这个方法
  3. 出现这个方法和变量是否被赋值，赋值成什么没有关系

使用watchpoint定位内存释放时刻

依然在after new断点处，输入lldb命令：

watchpoint set variable son->_name

将name的变量加入watchpoint，当这个变量被修改时会触发trigger：

ARC下dealloc过程及.cxx_destruct的探究-LMLPHP

从中可以看出，在这个时刻，_name从0x00006b98变成了0x0，也就是nil，赶紧看下调用栈：

ARC下dealloc过程及.cxx_destruct的探究-LMLPHP

发现果然跟到了.cxx_destruct方法，而且是在objc_storeStrong的过程中释放

刨根问底.cxx_destruct

知道了ARC下对象实例变量的释放过程在.cxx_destruct内完成，但这个函数内部发生了什么，是如何调用objc_storeStrong释放变量的呢？
从上面的探究中知道，.cxx_destruct是编译器生成的代码，那它很可能在clang前端编译时完成，这让我联想到clang的Code Generation，因为之前曾经使用clang -rewrite-objc xxx.m时查看过官方文档留下了些印象，于是google：

.cxx_destruct site:clang.llvm.org

结果发现clang的doxygen文档中CodeGenModule模块正是这部分的实现代码，cxx相关的代码生成部分源码在
http://clang.llvm.org/doxygen/CodeGenModule_8cpp-source.html
位于1827行，删减掉离题部分如下：

/// EmitObjCIvarInitializations - Emit information for ivar initialization
/// for an implementation.
void CodeGenModule::EmitObjCIvarInitializations(ObjCImplementationDecl *D)
{
    DeclContext* DC = const_cast<DeclContext*>(dyn_cast<DeclContext>(D));
    assert(DC && "EmitObjCIvarInitializations - null DeclContext");
    IdentifierInfo *II = &getContext().Idents.get(".cxx_destruct");
    Selector cxxSelector = getContext().Selectors.getSelector(0, &II);
    ObjCMethodDecl *DTORMethod = ObjCMethodDecl::Create(getContext(),
                                                        D->getLocation(),
                                                        D->getLocation(), cxxSelector,
                                                        getContext().VoidTy, 0,
                                                        DC, true, false, true,
                                                        ObjCMethodDecl::Required);
   D->addInstanceMethod(DTORMethod);
   CodeGenFunction(*this).GenerateObjCCtorDtorMethod(D, DTORMethod, false);
}

这个函数大概作用是：获取.cxx_destruct的selector，创建Method，并加入到这个Class的方法列表中，最后一行的调用才是真的创建这个方法的实现。这个方法位于
http://clang.llvm.org/doxygen/CGObjC_8cpp_source.html
1354行，包含了构造和析构的cxx方法，继续跟随.cxx_destruct，最终调用emitCXXDestructMethod函数，代码如下：

static void emitCXXDestructMethod(CodeGenFunction &CGF, ObjCImplementationDecl *impl)
{
   CodeGenFunction::RunCleanupsScope scope(CGF);

   llvm::Value *self = CGF.LoadObjCSelf();

   const ObjCInterfaceDecl *iface = impl->getClassInterface();
   for (const ObjCIvarDecl *ivar = iface->all_declared_ivar_begin(); ivar; ivar = ivar->getNextIvar())
   {
     QualType type = ivar->getType();

     // Check whether the ivar is a destructible type.
     QualType::DestructionKind dtorKind = type.isDestructedType();
     if (!dtorKind) continue;

     CodeGenFunction::Destroyer *destroyer = 0;

     // Use a call to objc_storeStrong to destroy strong ivars, for the
     // general benefit of the tools.
     if (dtorKind == QualType::DK_objc_strong_lifetime) {
       destroyer = destroyARCStrongWithStore;

     // Otherwise use the default for the destruction kind.
     } else {
       destroyer = CGF.getDestroyer(dtorKind);
     }

     CleanupKind cleanupKind = CGF.getCleanupKind(dtorKind);
     CGF.EHStack.pushCleanup<DestroyIvar>(cleanupKind, self, ivar, destroyer,
                                          cleanupKind & EHCleanup);
   }

   assert(scope.requiresCleanups() && "nothing to do in .cxx_destruct?");
}

分析这段代码以及其中调用后发现：它遍历当前对象所有的实例变量（Ivars)，调用objc_storeStrong，从clang的ARC文档上可以找到objc_storeStrong的示意代码实现如下：

id objc_storeStrong(id *object, id value) {
  value = [value retain];
  id oldValue = *object;
  *object = value;
  [oldValue release];
  return value;
}

在.cxx_destruct进行形如objc_storeStrong(&ivar, null)的调用后，这个实例变量就被release和设置成nil了
注：真实的实现可以参考 http://clang.llvm.org/doxygen/CGObjC_8cpp_source.html 2078行

自动调用[super dealloc]的实现

按照上面的思路，自动调用[super dealloc]也一定是CodeGen干的工作了
位于 http://clang.llvm.org/doxygen/CGObjC_8cpp_source.html 492行
StartObjCMethod方法中：

if (ident->isStr("dealloc"))
   EHStack.pushCleanup<FinishARCDealloc>(getARCCleanupKind());

上面代码可以得知在调用dealloc方法时被插入了代码，由FinishARCDealloc结构定义：

struct FinishARCDealloc : EHScopeStack::Cleanup {
   void Emit(CodeGenFunction &CGF, Flags flags) override {
     const ObjCMethodDecl *method = cast<ObjCMethodDecl>(CGF.CurCodeDecl);

     const ObjCImplDecl *impl = cast<ObjCImplDecl>(method->getDeclContext());
     const ObjCInterfaceDecl *iface = impl->getClassInterface();
     if (!iface->getSuperClass()) return;

     bool isCategory = isa<ObjCCategoryImplDecl>(impl);

     // Call [super dealloc] if we have a superclass.
     llvm::Value *self = CGF.LoadObjCSelf();

     CallArgList args;
     CGF.CGM.getObjCRuntime().GenerateMessageSendSuper(CGF, ReturnValueSlot(),
                                                       CGF.getContext().VoidTy,
                                                       method->getSelector(),
                                                       iface,
                                                       isCategory,
                                                       self,
                                                       /*is class msg*/ false,
                                                       args,
                                                       method);
   }
};

上面代码基本上就是向父类转发dealloc的调用，实现了自动调用[super dealloc]方法。

总结

  • ARC下对象的成员变量于编译器插入的.cxx_desctruct方法自动释放
  • ARC下[super dealloc]方法也由编译器自动插入
  • 所谓编译器插入代码过程需要进一步了解，还不清楚其运作方式
  • clang的CodeGen也值得深入研究一下

References：

原创文章，转载请注明源地址，blog.sunnyxx.com

05-11 22:03
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