Cocos2d-x的内存管理总结
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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