Cocos2d-x内存管理-绕不过去的坎
Cocos2d-x引擎的核心是用C++编写的，那对于所有使用该引擎的游戏开发人员来说，内存管理是一道绕不过去的坎。
关于Cocos2d-x内存管理，网上已经有了许多参考资料，有些资料写的颇为详实，因为在内存管理这块我不想多费笔墨，只是更多的将思路描述清 楚。
一、对象内存引用计数
Cocos2d-x内存管理的基本原理就是对象内存引用计数，Cocos2d-x将内存引用计数的实现放在了顶层父类CCObject中，这里将涉及引用计数的CCObject的成员和方法摘录出来：
class CC_DLL CCObject : public CCCopying
{
public:
… …
protected:
// count of references
unsigned int m_uReference;
// count of autorelease
unsigned int m_uAutoReleaseCount;
public:
void release(void);
void retain(void);
CCObject* autorelease(void);
… ….
}
CCObject::CCObject(void)
: m_nLuaID(0)
, m_uReference(1) // when the object is created, the reference count of it is 1
, m_uAutoReleaseCount(0)
{
… …
}
void CCObject::release(void)
{
CCAssert(m_uReference > 0, "reference count should greater than 0");
–m_uReference;
if (m_uReference == 0)
{
delete this;
}
}
void CCObject::retain(void)
{
CCAssert(m_uReference > 0, "reference count should greater than 0");
++m_uReference;
}
CCObject* CCObject::autorelease(void)
{
CCPoolManager::sharedPoolManager()->addObject(this);
return this;
}
先不考虑autorelease与m_uAutoReleaseCount（后续细说）。计数的核心字段是m_uReference，可以看到：
* 当一个Object初始化（被new出来时），m_uReference = 1；
* 当调用该Object的retain方法时，m_uReference++；
* 当调用该Object的release方法时，m_uReference–，若m_uReference减后为0，则delete该Object。
二、手工对象内存管理
在上述对象内存引用计数的原理下，我们得出以下Cocos2d-x下手工对象内存管理的基本模式：
CCObject *obj = new CCObject();
obj->init();
…. …
obj->release();
在Cocos2d-x中CCDirector就是一个手工内存管理的典型：
CCDirector* CCDirector::sharedDirector(void)
{
if (!s_SharedDirector)
{
s_SharedDirector = new CCDisplayLinkDirector();
s_SharedDirector->init();
}
return s_SharedDirector;
}
void CCDirector::purgeDirector()
{
… …
// delete CCDirector
release();
}
三、自动对象内存管理
所谓的“自动对象内存管理”，指的就是哪些不再需要的object将由Cocos2d-x引擎替你释放掉，而无需你手工再调用Release方法。
自动对象内存管理显然也要遵循内存引用计数规则，只有当object的计数变为0时，才会释放掉对象的内存。
自动对象内存管理的典型模式如下：
CCYourClass *CCYourClass::create()
{
CCYourClass*pRet = new CCYourClass();
if (pRet && pRet->init())
{
pRet->autorelease();
return pRet;
}
else
{
CC_SAFE_DELETE(pRet);
return NULL;
}
}
一般我们通过一个单例模式创建对象，与手工模式不同的地方在于init后多了一个autorelease调用。这里再把autorelease调用的实现摘录一遍：
CCObject* CCObject::autorelease(void)
{
CCPoolManager::sharedPoolManager()->addObject(this);
return this;
}
追溯addObject方法：
// cocoa/CCAutoreleasePool.cpp
void CCPoolManager::addObject(CCObject* pObject)
{
getCurReleasePool()->addObject(pObject);
}
void CCAutoreleasePool::addObject(CCObject* pObject)
{
m_pManagedObjectArray->addObject(pObject);
CCAssert(pObject->m_uReference > 1, "reference count should be greater than 1");
++(pObject->m_uAutoReleaseCount);
pObject->release(); // no ref count, in this case autorelease pool added.
}
// cocoa/CCArray.cpp
void CCArray::addObject(CCObject* object)
{
ccArrayAppendObjectWithResize(data, object);
}
// support/data_support/ccCArray.cpp
void ccArrayAppendObjectWithResize(ccArray *arr, CCObject* object)
{
ccArrayEnsureExtraCapacity(arr, 1);
ccArrayAppendObject(arr, object);
}
void ccArrayAppendObject(ccArray *arr, CCObject* object)
{
CCAssert(object != NULL, "Invalid parameter!");
object->retain();
arr->arr[arr->num] = object;
arr->num++;
}
调用层次挺深，涉及的类也众多，这里归纳总结一下。
Cocos2d-x的自动对象内存管理基于对象引用计数以及CCAutoreleasePool（自动释放池）。引用计数前面已经说过了，这里单说自动释放池。Cocos2d-x关于自动对象内存管理的基本类层次结构如下：
CCPoolManager类 (自动释放池管理器)
– CCArray* m_pReleasePoolStack; （自动释放池栈，存放CCAutoreleasePool类实例）
CCAutoreleasePool类
– CCArray* m_pManagedObjectArray; （受管对象数组）
CCObject关于内存计数以及自动管理有两个字段：m_uReference和m_uAutoReleaseCount。前面在手工管理模式下，我只提及了m_uReference，是m_uAutoReleaseCount该亮相的时候了。我们沿着自动释放对象的创建步骤来看看不同阶段，这两个重要字段的值都是啥，代表的是啥含义：
CCYourClass*pRet = new CCYourClass(); m_uReference = 1； m_uAutoReleaseCount = 0；
pRet->init()； m_uReference = 1； m_uAutoReleaseCount = 0；
pRet->autorelease();
m_pManagedObjectArray->addObject(pObject); m_uReference = 2； m_uAutoReleaseCount = 0；
++(pObject->m_uAutoReleaseCount); m_uReference = 2； m_uAutoReleaseCount = 1；
pObject->release(); m_uReference = 1； m_uAutoReleaseCount = 1；
在调用autorelease之前，两个值与手工模式并无差别，在autorelease后，m_uReference值没有变，但m_uAutoReleaseCount被加1。
m_uAutoReleaseCount这个字段的名字很容易让人误解，以为是个计数器，但实际上绝大多数时刻它是一个标识的角色，以前版本代码中有一个布尔字段m_bManaged，似乎后来被m_uAutoReleaseCount替换掉了，因此m_uAutoReleaseCount兼有m_bManaged的含义， 也就是说该object是否在自动释放池的控制之下，如果在自动释放池的控制下，自动释放池会定期调用该object的release方法，直到该 object内存计数降为0，被真正释放。否则该object不能被自动释放池自动释放内寸，需手工release。这个理解非常重要，再后面我们能用到 这个理解。
四、自动释放时机
通过autorelease我们已经将object放入autoreleasePool中，那究竟何时对象会被释放呢？答案是每帧执行一次自动内存对象释放操作。
在“Hello，Cocos2d-x”一文中，我们讲过整个Cocos2d-x引擎的驱动机制在于GLThread的guardedRun函数，后者会 “死循环”式（实际帧绘制频率受到屏幕vertsym信号的影响）的调用Render的onDrawFrame方法实现，而最终程序会进入 CCDirector::mainLoop方法中，也就是说mainLoop的执行频率是每帧一次。我们再来看看mainLoop的实现：
void CCDisplayLinkDirector::mainLoop(void)
{
if (m_bPurgeDirecotorInNextLoop)
{
m_bPurgeDirecotorInNextLoop = false;
purgeDirector();
}
else if (! m_bInvalid)
{
drawScene();
// release the objects
CCPoolManager::sharedPoolManager()->pop();
}
}
这次我们要关注的不是drawScene，而是 CCPoolManager::sharedPoolManager()->pop()，显然在游戏未退出 (m_bPurgeDirecotorInNextLoop决定）的条件下，CCPoolManager的pop方法每帧执行一次，这就是自动释放池执行 的起点。
void CCPoolManager::pop()
{
if (! m_pCurReleasePool)
{
return;
}
int nCount = m_pReleasePoolStack->count();
m_pCurReleasePool->clear();
if(nCount > 1)
{
m_pReleasePoolStack->removeObjectAtIndex(nCount-1);
m_pCurReleasePool = (CCAutoreleasePool*)m_pReleasePoolStack->objectAtIndex(nCount – 2);
}
}
真正释放对象的方法是m_pCurReleasePool->clear()。
void CCAutoreleasePool::clear()
{
if(m_pManagedObjectArray->count() > 0)
{
CCObject* pObj = NULL;
CCARRAY_FOREACH_REVERSE(m_pManagedObjectArray, pObj)
{
if(!pObj)
break;
–(pObj->m_uAutoReleaseCount);
}
m_pManagedObjectArray->removeAllObjects();
}
}
void CCArray::removeAllObjects()
{
ccArrayRemoveAllObjects(data);
}
void ccArrayRemoveAllObjects(ccArray *arr)
{
while( arr->num > 0 )
{
(arr->arr[--arr->num])->release();
}
}
不出预料，当前自动释放池遍历每个“受控制”Object，–m_uAutoReleaseCount，并调用该object的release方法。
我们接着按释放流程来看看m_uAutoReleaseCount和m_uReference值的变化：
CCPoolManager::sharedPoolManager()->pop()； m_uReference = 0； m_uAutoReleaseCount = 0；
五、自动释放池的初始化
自动释放池本身是何时出现的呢？回顾一下Cocos2d-x引擎的初始化过程（android版），引擎初始化实在Render的onSurfaceCreated方法中进行的，我们不难追踪到以下代码：
//hellocpp/jni/hellocpp/main.cpp
Java_org_cocos2dx_lib_Cocos2dxRenderer_nativeInit {
//这里CCDirector第一次被创建
if (!CCDirector::sharedDirector()->getOpenGLView())
{
CCEGLView *view = CCEGLView::sharedOpenGLView();
view->setFrameSize(w, h);
AppDelegate *pAppDelegate = new AppDelegate();
CCApplication::sharedApplication()->run();
}
}
CCDirector* CCDirector::sharedDirector(void)
{
if (!s_SharedDirector)
{
s_SharedDirector = new CCDisplayLinkDirector();
s_SharedDirector->init();
}
return s_SharedDirector;
}
bool CCDirector::init(void)
{
setDefaultValues();
… …
// create autorelease pool
CCPoolManager::sharedPoolManager()->push();
return true;
}
六、探寻Cocos2d-x内核对象的自动化内存释放
前面我们基本了解了Cocos2D-x的自动化内存释放原理。如果你之前翻看过一些Cocos2d-x的内核源码，你会发现很多内核对象都是通过单例模式create出来的，也就是说都使用了autorelease将自己放入自动化内存释放池中被管理。
比如我们在HelloCpp中看到过这样的代码：
//HelloWorldScene.cpp
bool HelloWorld::init() {
…. ….
// add "HelloWorld" splash screen"
CCSprite* pSprite = CCSprite::create("HelloWorld.png");
// position the sprite on the center of the screen
pSprite->setPosition(ccp(visibleSize.width/2 + origin.x, visibleSize.height/2 + origin.y));
// add the sprite as a child to this layer
this->addChild(pSprite, 0);
… …
}
CCSprite采用自动化内存管理模式create object（cocos2dx/sprite_nodes/CCSprite.cpp），之后将自己加入到HelloWorld这个CCLayer实例 中。按照上面的分析，create结束后，CCSprite object的m_uReference = 1； m_uAutoReleaseCount = 1。一旦如此，那么在下一帧时，该object就会被CCPoolManager释放掉。但我们在屏幕上依旧可以看到该Sprite的存在，这是怎么回事呢？
问题的关键就在this->addChild(pSprite, 0)这行代码中。addChild方法实现在CCLayer的父类CCNode中：
// cocos2dx/base_nodes/CCNode.cpp
void CCNode::addChild(CCNode *child, int zOrder, int tag)
{
… …
if( ! m_pChildren )
{
this->childrenAlloc();
}
this->insertChild(child, zOrder);
… …
}
void CCNode::insertChild(CCNode* child, int z)
{
m_bReorderChildDirty = true;
ccArrayAppendObjectWithResize(m_pChildren->data, child);
child->_setZOrder(z);
}
void ccArrayAppendObjectWithResize(ccArray *arr, CCObject* object)
{
ccArrayEnsureExtraCapacity(arr, 1);
ccArrayAppendObject(arr, object);
}
void ccArrayAppendObject(ccArray *arr, CCObject* object)
{
CCAssert(object != NULL, "Invalid parameter!");
object->retain();
arr->arr[arr->num] = object;
arr->num++;
}
又是一系列方法调用，最终我们来到了ccArrayAppendObject方法中，看到了陌生而又眼熟的retain方法调用。
在本文开始我们介绍CCObject时，我们知道retain是CCObject的一个方法，用于增加m_uReference计数。而实际上retain还隐含着“保留”这层意思。
在完成this->addChild(pSprite, 0)调用后，CSprite object的m_uReference = 2； m_uAutoReleaseCount = 1，这很关键。
我们在脑子里再过一下自动释放池释放object的过程：–m_uReference, –m_uAutoReleaseCount。一帧之后，两个值变成了m_uReference = 1； m_uAutoReleaseCount = 0。还记得前面说过的m_uAutoReleaseCount的另外一个非计数含义么，那就是表示该object是否“受控”，现在值为0，显然不再受自动释放池的控制了，后续即便再执行100次内存自动释放，也不会影响到该object的存活。
后续要想释放这个“精灵”，我们还是需要手工调用release，或再调用其autorelease方法。
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