如何实现ARC中weak功能？

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原文链接

我们都知道ARC中weak与assign或者说unsafe_unretained最大的不同就是设置weak属性后，系统会在对象被释放后自动将指向对象的指针置为nil，而assign则会产生一个悬空指针，那么系统是如何实现这一机制呢？我们能否自己模拟系统对weak的实现呢？

通过查看runtime源码中objc-accessors.h和objc-weak.h部分，我们大概可以了解系统针对weak的实现方式与strong或者copy的实现方式是不同的。
对于注册为weak的对象，系统会以weak指向的对象内存地址作为key，将之放入到一个hash表之中，当此对象的引用计数为0时会调用dealloc，之后遍历hash表中此key所对应的对象，将之置为nil，关于这部分详细内容可以自行查看源代码，在此不进行扩展。我们这里重点介绍下如何自行模拟系统这一机制。

分析

首先我们回想一下weak机制的几个步骤，其中真正与assign不相同的部分在于当对象调用dealloc之后对对象指针置空操作。那么我们很容易联想到Objective-C中关联对象的使用，关联对象也是在对象调用dealloc之后被移除，这样我们是否可以通过对对象添加一个关联对象来模拟weak的实现呢？

探究

下面我们通过代码来说明下如何自行实现一个类似weak机制的对象管理机制，本文中所用到的代码存放在https://github.com/samwei12/WeakDemo ：

unsafe_unretained和weak具体使用中的差异

  1. 首先，创建一个ClassA类，

  2. 创建一个ClassB类，并在里面添加一个测试方法print，用于等下向ClassB实例对象发送消息，确认对象是否仍在使用

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    - (void)print {
        NSLog(@"Object is %@", self);
    }

  3. 给ClassA添加一个ClassB对象属性，并设置为unsafe_unretained

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    @property (nonatomic, unsafe_unretained) ClassB *objectB;

  4. 在main函数中添加如下代码：

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    @autoreleasepool {
        ClassA *instanceA = [ClassA new];

        ClassB *instanceB = [ClassB new];
        instanceA.objectB = instanceB;

        [instanceA.objectB print];
            // release instanceB
        instanceB = nil;


        [instanceA.objectB print];
    }

    // prevent process be killed immediately
    sleep(3);
    return 0;

  5. 运行一下代码，不出意外的话，程序会挂掉，因为instanceA.objectB所指向的内存已经在instanceB = nil;时候被释放掉，instanceA.objectB仅指向一个悬空指针：

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    2016-03-09 15:25:10.427 WeakDemo[98402:1613532] Object is 0x7fa080d0f100
    2016-03-09 15:25:10.432 WeakDemo[98402:1613532] Object is 0x7fa080d0f100

    Process finished with exit code 139

    当然，也有可能不会挂，这取决于执行print函数时，instanceB所在的内存是否完全释放掉。

  6. 如果将ClassA中的属性改为@property (nonatomic, weak) ClassB *objectB;则不会出现crash，这就是weak的作用了，objectB对象如果被释放掉，则该指针变为nil，而向nil发送消息是不会出现问题的。

如何给unsafe_unretained添加weak功能

下面我们就使用unsafe_unretained来一步一步模拟weak修饰符：

  1. 创建一个DeallocBlock类，代码如下：

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    typedef void (^voidBlock)();
    @interface DeallocBlock : NSObject

    @property(nonatomic, copy) voidBlock block;

    - (instancetype)initWithBlock:(voidBlock)block1;

    @end

    @implementation DeallocBlock
    - (instancetype)initWithBlock:(voidBlock)block1 {
        self = [super init];
        if (self) {
            _block = [block1 copy];
        }
        return self;
    }


    - (void)dealloc {
        if (_block) {
            NSLog(@"DeallocBlock dealloc!");
            _block();
        }
    }
    @end

    覆盖它的dealloc函数，这样就实现了该对象被释放时执行外部传入的block功能。

  2. 添加一个NSObject的category，如下：

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    #import <Foundation/Foundation.h>
    #import "DeallocBlock.h"
    #import <objc/runtime.h>
    @interface NSObject (deallocBlock)
    - (void)runBlockOnDealloc:(voidBlock)block;
    @end

    @implementation NSObject (deallocBlock)
    - (void)runBlockOnDealloc:(voidBlock)block {
        if (block) {
            DeallocBlock *deallocBlock = [[DeallocBlock alloc] initWithBlock:block];
            objc_setAssociatedObject(self, _cmd, deallocBlock, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
        }
    }
    @end

    这里主要实现的功能是，给所有的NSObject对象添加一个传入block的方法，这个方法的作用就是在其中根据传入的block生成一个DeallocBlock实例，并使用关联对象将这个实例关联到自身。之后当这个对象被释放时候，会自动移除所有的关联对象，也就会触发DeallocBlock实例的dealloc方法，执行我们传入的block。

  3. 接下来，我们重载ClassA的setObjectB方法：

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    - (void)setObjectB:(ClassB *)objectB {
        _objectB = objectB;
        // 仅对objectB != nil case做处理
        if (_objectB) {
            [_objectB runBlockOnDealloc:^{
                NSLog(@"_objectB dealloc");
                _objectB = nil;
            }];
        }
    }

    这段代码主要作用就是给_objectB添加一个deallocBlock,这样，如果_objectB所指向的内存已经被释放掉，则会调用我们传递进去的block来将此悬空指针置为空

  4. 再次运行程序：

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    2016-03-09 15:53:36.881 WeakDemo[99270:1639867] Object is 0x7fad79c0f310
    2016-03-09 15:53:36.882 WeakDemo[99270:1639867] DeallocBlock dealloc!
    2016-03-09 15:53:36.882 WeakDemo[99270:1639867] _objectB dealloc

    Process finished with exit code 0

    由此可知，在main函数中执行instanceB = nil;之后，开始执行deallocBlock，之后由于instanceA.objectB已经为nil，print方法不执行操作。

总结

至此，我们已经实现了自己模拟系统weak机制的运行，给一个本会产生悬空指针的unsafe_unretained修饰符加上了weak的功能。大家可以自行尝试https://github.com/samwei12/WeakDemo,如果有任何问题，欢迎指正。

参考文档