インスタンスの確保/初期化/解放とAutorelease Pool
クラスのメンバー変数やインスタンスメソッドは、クラスを宣言するだけでは使えない。
実体が存在しないからである。利用時には必ず実体の確保が必要となる。
これは、基本的にはCの構造体と変わらない。
構造体の場合、その確保はグローバルまたはローカルの変数として宣言することで行う。
typedef struct {
int a;
int b;
} SINT2; // 構造体の宣言
SINT2 x; // 実体の確保
Objective-Cでも宣言に関しては(記述方法はともかく))基本的に同じであるが、実体の確保はかなり異なる。クラスを示す変数はアドレスで宣言し、実体確保もメソッドで行うである。
クラスの実体はローカルでもグローバルでも直接確保は出来ない。
なので、
// CINT2がクラスの場合 CINT2 x; // エラー
はエラーとなる。宣言時はクラス位置を示すアドレスを宣言、実体確保は別途allocメソッドで行わなければならない。
CINT2 *x; x=[INT2 alloc]; ～ [x release];
C風に書くなら、
x=malloc(sizeof(CINT2)); ～ free(x);となるだろう。
なぜこんな面倒なことをするのかであるが、Objective-Cのクラスは、実行アドレスの確定を初め動的な部分が多いので、ある特定のメモリ領域に一括して格納し、管理するためではないかと思われる。Cのヒープ領域よりもっと高度に管理されたメモリ領域を使うということだ。
そのため、位置不定のローカルや、逆に位置が完全に固定されるグローバルな確保をさせないのだと思う。
クラスの利用を宣言するとき、多くの場合2つの確保し方/され方がある。
alloc/copyなどで明確に領域の確保を指定する場合と、クラスインスタンスを使って確保する場合である。
たとえば、NSStringでは、
(1)NSString *str1=[[NSString alloc]initWithString:@"文字列"]; (2)NSString *str2=[ NSString stringWithString:@"文字列"];の２つは、どちらも領域を確保して、その実体として@"文字列"をコピーする。
もっと正確に言えば、str1/str2には確保された領域の先頭アドレスが入り、そのポインタが指し示す領域に"文字列"が格納される（ここではどのように文字列が格納されているかは言及しない）。
ではこの2つは同じなのかというと、「メソッド内で使うだけなら同じ」であるが「メソッドを抜けた後の動作が全く違う」。
(1)がmalloc相当による確保、(2)はAutorelease Poolという自動開放領域への確保となる。
(1)はメソッドを抜けてもその領域は確保されたまま=有効であるが、
(2)はメソッドを抜けると、あるタイミングで自動解放されてしまい内容が不定となる。
メソッドだけでなく、関数で使う場合も同じ。
(1)は必ず対応するreleaseが必要となる。
それは、同一関数内である必要はない、と言うか、無理な場合も多い。その場合は呼び出し側でreleaseすることを忘れてはいけない。ただし同一関数内でreleaseしないと、Analyzeを掛けたとき警告が出る。基本的にallocで確保したものをそのまま関数のリターン値に使うことは避けた方が良い、という考えなのであろう。
ちなみに、自分で翻訳しておいてなんだが、アップルのメモリ管理の規約に従えば、メソッドや関数内でallocしたままリターンし、呼び出し側でreleaseするのは御法度とされている。クラスメソッドを使って返すか、allocする場合はautoreleaseしておけと書いてある。
今度からそうしよう(^_^;)
なおreleaseは厳密にはfree()とは異なる。詳しくは次のオブジェクトの所有権に譲るが、即時解放ではなく解放要求である。
というのも、Objective-Cではオブジェクトは複数から保持要求されることがあり、その場合、全てのrelease要求が揃った時点で初めてメモリが解放されるからである。
Cocoa Touch上では、NSArray等のように要素を自動的にretainするようになっているクラスあり、
その場合、プログラムの記述上では要素に代入したら即時relaseするような、
Cで考えたら「おかしいんじゃねぇ?」と思えるような書き方も当然のように必要だったりするが、
それもreleaseが「即時解放」ではなく「解放要求」だからこそ成立する仕組みである。
(2)のようなクラスメソッドによる確保は、いちいちallocする必要もないし、終了時にreleaseも必要ない(してはいけない)。
なので、ローカルで使うには便利であるが、逆にローカルから外へは持ち出す＝リターン値として返す場合は、受け側でcopyするか、retainして明示的に解放を遅らせる必要がある。
それをしなかったらどうなるか。それは、str2の記憶しているポインタアドレスそのものは変化しないのに、その指し示す領域の内容が変化するということになり、デバッグ時に非常にやっかいな現象を引き起こす。Cでローカルワークに格納したものをリターン値にして、呼び出し側で受けようとしたら内容が化けてた、というのと同じである。
(1)(2)の違いを正しく把握することは、Cocoa Touch上でプログラムを組む上で、きわめて重要である。にもかかわらず、アップルのドキュメントにおいてもそれに関する記述が見つけられなかったし、インターネットで調べても書いてあるサイトが1つも見つけられなかったという始末である。
ひょっとして、誰も正しく理解してなかった？それとも理解している人は隠していたか。
Autorelease Pool(自動解放プール)とは、登録されたオブジェクトを、自動解放プールを解放したときに一括して解放する仕組みである。自動開放プールの宣言からその開放までの間に登録されたオブジェクトに対し、自動的に release メッセージを送ってくれる。
NSAutoreleasePool
| メソッド名 | 動作 |
| -(void)drain | 全強制解放する(ガベージコレクション付き) |
| -(void)release | 解放する(ガベージコレクションなし) |
+(void)addObject:(id)object -(void)addObject:(id)object | オブジェクトを追加する |
| -(id)autorelease | 解放要求＋１ |
| -(id)retain | 保存要求＋１ |
// プール作成
NSAutoreleasePool *pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];
// たくさんのオブジェクトを登録
id *anObject = [[NSObject alloc] init];
[pool addObject:anObject];
～
//プール解放時に、登録したオブジェクトにもreleaseが送信される
[pool drain]; // プールの解放 / iOSではreleaseでも同じ
このように、自動解放プールに登録したオブジェクトは、自動解放プールを解放したときと同時に解放される。
iOSではガベージコレクションを行わないので、drainとreleaseは同じである(Xcodeが自動的に作るmain.mでもreleaseを使っている)。
私は、iOSアプリを作り始めてしばらくは「クラスメソッドによる確保はローカルスタックに作られる」と理解していた。実際動作だけから見ると、その理解は「ほぼ」間違いではない。
が、もっと詳細に動作を追跡する必要が出て、それをやっている内に「Autorelease Pool領域内に確保されている」と理解した次第である。
なぜか。
Instrumentという解析ツールの中にメモリの確保状況を見る機能がある。
これで追跡していると、クラスを抜けた後にもかかわらず、クラスメソッドで確保したワークが解放されていないことが分かった。
ローカルスタックなら、リターン時に絶対に解放されるはずである(内容が破壊されるかどうかは別にして)。
試しに呼び出し前後でAutorelease poolを確保～解放したら，そのワークも解放された。
ここで「Autorelease pool内に確保される」と理解した次第である。
Autorelease poolは、iOSアプリ起動時にmain()内で自動的に確保される。
だから、ユーザープログラムの中でそれを宣言しないでもクラスインスタンスによる確保が使えるわけだが、これはメインスレッド用なので、ユーザーが別スレッドを動かす場合は、その中で明示的にAutorelease poolを確保～解放する必要がある。
これをしないと、メイン用のAutorelease PoolがあふれてiOSが異常動作を起こすこともある。
経験から言えば、アプリが落ちるのではなく、画面表示がされなくなることが多い。
非常にわかりにくいバグになるので要注意。
スレッド内でクラスインスタンスによる確保をしていないと思っても、一応AutoreleasePoolは確保しておいた方が良い。
なぜなら、アップル純正や、ちまたに流れているクラスライブラリの用意しているメソッドや関数の中には、autoreleaseオブジェクトを返してくるものがあるからである。
確認している範囲では、
- becomeFirstResponder
- UIGraphicsGetImageFromCurrentImageContext()
- UTF8String
逆に、クラスメソッドでもシステム内のアドレスを返すだけのものは例外的に自動開放プールを使わない。
まあ、なんにせよ転ばぬ先の杖。
また、for等ループの中も同様で、ループを抜けないとAutorelease Poolが解放されないため、
ループ内でクラスインスタンスによる確保を行うとあふれてしまうことがある。
ここでも、ループ内で別途Autorelease Poolの宣言が必要となる。
NSMutableArray *array = [NSMutableArray array];
for ( int i = 0; i < 10000; i++ ) {
NSAutoreleasePool *p = [[NSAutoreleasePool alloc] init];
[array addObject:[NSNumber numberWithInt:i]];
[p drain];
}
for ( id n in array ) NSLog( @"%@", n );
for 内の[NSNumber numberWithInt:i] は、クラスメソッドによる確保であり、自動開放プールなしでループを回すと、NSNumberインスタンスが一時的に 10000個作成されることになる。
このようなところでは局所的に自動開放プールを作成・解放しておく。
allocした結果をpropertyで宣言したインスタンスに代入する場合、たとえば
@interface MyClass : NSObject
{
NSString *string;
}
proterty (nonatomic,retain) NSString *string;
@end
の場合は、確保は同じだが、解放は
self.string=nil; // [string release]; string=nil;相当
でもいいらしい。プロパティーとして作用させる必要があるので、「self.」は外してはいけない。
でも、allocしたのにreleaseがないというのはやはり美しくない。それはCでmallocしたのにfreeがないのと同様で、メモリの確保と解放は、見た目上も対で存在すべきなのだ。
世の中にはreleaseを書かないことを美しいように言っているホームページもあるようだが、メモリの確保と解放を意識しないことがメモリ漏れバグの温床であるから、むしろ「releaseは意識的に書く」方が美しく、理にかなっていると思う。
まあ、個人が「ちゃんと」理解して使っている分にはどちらでもいいのだが。
Cocoa Touchで提供されているクラスは、allocに対しては単純にreleaseを発行すれば解放される。
しかし、自分でクラスを設計するとき、その中で別の領域を確保するかもしれない。
このような場合は、単純にreleaseすると中の領域が開放されないまま残ってしまう。
このようなクラスの場合、中にdeallocメソッドを作って、独自の解放処理を記述しておく。
deallocはクラスをreleaseするときに内部的に呼び出されるメソッドである。
C++でいうところの「デストラクタ」に相当する、のだと思う。
@interface MyClass : NSObject
{
NSString *string;
}
@end
@implementation MyClass
-(NSString *)initString
{
string=[[NSString alloc]initWithString:@"初期化"];
}
-(void)dealloc
{
[string release];
}
@end
～
MyClass *my;
my=[[MyClass alloc]init];
～
[my release]; // ここでdeallocが呼び出される
なお、deallocをユーザーが呼び出してはいけない。実行エラーとなる。
それはシステムがオブジェクトを解放するときに自動的に呼び出すものだからである。
ユーザーが呼び出すのはあくまでreleaseのみである。
Google Objective-Cスタイルガイド日本語訳 では「確保する変数はautoreleaseしてから代入せよ」と書いてあるけど、これは「すべての確保系をautoreleaseで行うときのみ」にのみ使える方法であって、上記のようにallocを使っている場合にはしてはいけない。確実に落ちる。
私個人的な感想としては、Googleのスタイルガイドには従いづらい部分が多いので、基本的には無視している。クラスメンバー名の付け方とか、TABとか。
オブジェクトは多くの場合、初期化を必要とするC++ではコンストラクタと呼んでオブジェクト生成時に自動的に呼び出しがかかるが、Objective-Cでは初期化をイニシャライザまたはコンビニエンス コンストラクタと言い、明示的に呼び出す必要がある。
イニシャライザ(initializer)/コンビニエンス コンストラクタ(convenience constructor)はどちらも初期化を行うメソッドであり、よく似た機能を持つが、前者がインスタンスメソッド用、後者はクラスメソッド用で、動作も微妙に違う。
実はクラスの「内容=メンバー変数」はインスタンス化されるときに0で初期化されることが決まっている。Cはauto変数は内容不定だったのとは違う。これは、実はObjective-Cのクラスはスタック上に作られるauto変数ではなく、メモリ上に直に確保されるグローバル変数だからである。Cもグルーバル変数は0で初期化された。Objective-Cで特別に変更された仕様ではない。
(ただし、通常はイニシャライザで必要な初期値を与えておくべきである)。
しかし、インスタンスのアドレス自体はnil(=0)ではない(そのアドレスがselfである)。
プログラム上、時にインスタンスのアドレスをnilで初期化して呼び出すことを要求しているクラスがあるので注意が必要である。
initはNSObject(NSObject)が用意しているインスタンスの初期化用の標準的にイニシャライザー(メソッド)である。多くのクラスはこれをオーバーライドして独自の初期化処理を追加している。
initは多くの場合、初期化された自身のオブジェクトのアドレス=selfを返すが、オーバーライドの実装によっては他の値を返したり、nilでエラーを返す場合もある。
従って、そのリターン値を確認することは重要である。
@interface Point : NSObject
{
int x;
int y;
}
- (id)init; // 引数なしだから変数名のように見えるけど、関数
- (id)ObjFree; // 〃
- (int)getX; // 〃
- (int)getY; // 〃
@end
@implementation Point
- (id)init // initは引数を持たせることが出来ない
{
[super init]; // 親クラスのinitを呼び出しておく；子クラスを作る時は必須
self = [super init];
if (self != nil) {
x = y = 0;
printf("init method\n");
} // self==nilの時は何らかの原因で初期化に失敗している
return(self);
}
- (id)ObjFree
{
printf("ObjFree method\n");
return [super ObjFree]; // 親クラスのObjFreeを呼び出しておく；子クラスを作る時は必須
}
- (int)getX
{
return(x);
}
- (int)getY
{
return(y);
}
@end
int main()
{
id pt = [[Point alloc]init]; // 確保して初期化
// [Point new]; と書き換えることも出来る。new=alloc+init
printf("x=%d,y=%d\n", [pt getX] , [pt getY]); // なんか変数を並べているようで違和感あるなぁ
[pt ObjFree];
return(0);
}
initはオーバーライド時にも引数を持たせることが出来ない。無理に持たせようと定義してもコンパイラがエラーを出す。これはnewというクラスメソッドが=alloc+initと定義されているので、その互換性を維持するためだろう。そういうこともあって、Point.init()は引数を取れないので=0という固定値で初期化しているが、
引数付きとして任意の値で初期化する場合は別途そういうイニシャライザを定義する。
それを「指定イニシャライザ」といい、慣習的に名称はinitWith～とする。
initと同じく、子クラスのイニシャライザでは、superで親クラスの初期化も行う必要がある。
@interface Point : NSObject
{
～
}
- (id)initWithPoint:(int)x arg2:(int)y;
～
@implementation Point
- (id)init // initは引数を持たせることが出来ない
{
[super init]; // 親クラスのinitを呼び出しておく；子クラスを作る時は必須
return [self initWithPoint:0 arg2:0];
}
- (id)initWithPoint:(int)x arg2:(int)y
{
self->x = x;
self->y = y;
return(self);
}
int main()
{
id pt1 = [Point new]; // alloc+init=new
id pt2 = [[Point alloc] initWithPoint:400 arg2:300]; // こちらはnewにはできない
//
printf("pt1.x=%d,pt1.y=%d\n" , [pt1 getX] , [pt1 getY]);
printf("pt2.x=%d,pt2.y=%d\n" , [pt2 getX] , [pt2 getY]);
[pt1 ObjFree]
[pt2 ObjFree]
return(0);
実行結果(未確認)
pt1.x=0,pt1.y=0
pt2.x=400,pt2.y=300
ObjFree method
ObjFree method
「メモリ管理」も参照のこと。
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