【无间落叶 专栏】Cocos2d-x 内存管理浅说

本文出自[无间落叶](转载请保留出处):http://blog.leafsoar.com/archives/2013/05-22-23.html

使用过 Cocos2d-x 都知道,其中有一套自己实现的内存管理机制,不同于一般 C++ 的编写常规,而在使用前,了解其原理是有必要的,网上已经有很多对内部实现详细解说的文章。而对于使用者而言,并不需要对其内部有很深的了解,注重其“机制”,而非内部实现,在这里只是简单的聊一聊它的管理方式以及使用,固为浅说。

无用对象 与 管理对象

Cocos2d-x 将会在下一帧自动清理无用的对象,什么是无用的对象,通过 create() 方法创建的就是无用的对象。

为了简要说明,代码的组织设计一切从简,我们创建了两个辅助类和一个容器类 BaseLayer,在 BaseLayer 之上管理内部对象,并观察它是怎么自动管理对象的。实现了其 构造函数 方法和 析构函数,并做些日志打印,以方便我们观察:

class LSLayer: public CCNode {
public:
    virtual bool init() {
        CCLog("LSLayer().init()");
        return true;
    };

    CREATE_FUNC(LSLayer);

    LSLayer(){
        CCLog("LSLayer().()");
    };
    ~LSLayer() {
        CCLog("LSLayer().~()");
    };
};

class LSSprite: public CCNode {
public:
    virtual bool init() {
        CCLog("LSSprite().init()");
        return true;
    };

    CREATE_FUNC(LSSprite);

    LSSprite(){
        CCLog("LSSprite().()");
    };
    ~LSSprite() {
        CCLog("LSSprite().~()");
    };
};

class BaseLayer: public CCLayer {
public:
    virtual bool init(){
        CCLog("BaseLayer().init()");
        // 我们创建了两个 “无用”对象
        LSLayer* layer = LSLayer::create();
        LSSprite* sprite = LSSprite::create();
        // 使用了 layer 变为受“管理”的对象
        this->addChild(layer);

        return true;
    };

    CREATE_FUNC(BaseLayer);

    BaseLayer(){
        CCLog("BaseLayer().()");
    };
    ~BaseLayer(){
        CCLog("BaseLayer().~()");
    };
};

如上所示,我们在 BaseLayer 中创建了两个对象, layer 和 sprite,而只使用了 layer ,如果要运行上面的 BaseLayer 代码,我们需要创建一个 BaseLayer 的层对象,并将它添加到运行的场景或者层中: addChild(BaseLayer::create());,以保证 BaseLayer 开始运行,现在我们分析一下运行的结果:

// 由 addChild(BaseLayer::create()); 方法开始,创建并初始化了 BaseLayer 层
cocos2d-x debug info [BaseLayer().()]
cocos2d-x debug info [BaseLayer().init()]
// BaseLayer init 方法我们创建了两个对象
cocos2d-x debug info [LSLayer().()]
cocos2d-x debug info [LSLayer().init()]
cocos2d-x debug info [LSSprite().()]
cocos2d-x debug info [LSSprite().init()]
// 对象创建完成,紧接着这“无用”对象便已经释放了,而另一个已经使用的对象没有释放
cocos2d-x debug info [LSSprite().~()]

通过上面两个例子对比,对 cocos2d-x 的对象管理有了初步的认识,它会自动清理 “无用对象”。为了区分概念,我们将另一种对象称之为 “管理对象”,它是受管理的,有用的对象。比如上文中的 layer

!!这也算初步认识,当然,这至少解决了我们这样一个疑问:我们在场景初始化的时候,通过 create() 创建了成员变量,以备需要的时候使用,但发现在使用的时候这个对象已经不存在了,从而导致程序崩溃。

管理对象不用之时立即回收

我们再继续演变 BaseLayer 的实现,以方便我们观察在每一帧对象的情况,添加实现了定时器功能:

class BaseLayer2: public CCLayer {
public:
    virtual bool init(){
        CCLog("BaseLayer2().init()");
        // 启用定时器,自动在每一帧调用 update 方法
        this->scheduleUpdate();
        return true;
    };

    // 定义 update 统计
    int updateCount;
    LSLayer* layer;
    LSSprite* sprite;

    virtual void update(float fDelta){
        // 为了方便观察,不让 update 内部无止境的打印下去
        if (updateCount < 3){
            updateCount ++;
            CCLog("update index: %d", updateCount);

            // 在不同的帧做相关操作,以便观察
            if (updateCount == 1){
                layer = LSLayer::create();
                this->addChild(layer);
                sprite = LSSprite::create();

            } else if (updateCount == 2){
                this->removeChild(layer, true);

            } else if (updateCount == 3){

            }

            CCLog("update index: %d end", updateCount);
        }
    };

    CREATE_FUNC(BaseLayer2);

    BaseLayer2():
        updateCount(0),
        layer(NULL),
        sprite(NULL)
    {
        CCLog("BaseLayer2().()");
    };
    ~BaseLayer2(){
        CCLog("BaseLayer2().~()");
    };
};

// 打印如下
cocos2d-x debug info [BaseLayer2().()]
cocos2d-x debug info [BaseLayer2().init()]
// 第一帧创建两个对象
cocos2d-x debug info [update index: 1]
cocos2d-x debug info [LSLayer().()]
cocos2d-x debug info [LSLayer().init()]
cocos2d-x debug info [LSSprite().()]
cocos2d-x debug info [LSSprite().init()]
cocos2d-x debug info [update index: 1 end]
// 我们看到 sprite 无用对象在 第一帧和第二帧之间被释放
cocos2d-x debug info [LSSprite().~()]
cocos2d-x debug info [update index: 2]
// 在第二帧移除管理对象,可以看到它是立即释放,在 index: 2 end 之前
cocos2d-x debug info [LSLayer().~()]
cocos2d-x debug info [update index: 2 end]
cocos2d-x debug info [update index: 3]
cocos2d-x debug info [update index: 3 end]

与无用对象不同的是,管理对象在不用之时,立即释放,这决定着如果想在其它地方使用此对象,在“完全”不用之前,一定要有所作为。重写 update 方法如下:

virtual void update(float fDelta){
    // 为了方便观察,不让 update 内部无止境的打印下去
    if (updateCount < 3){
        updateCount ++;
        CCLog("update index: %d", updateCount);

        // 在不同的帧做相关操作,以便观察
        if (updateCount == 1){
            layer = LSLayer::create();
            this->addChild(layer);
            sprite = LSSprite::create();
            CCLog("%d", layer);
        } else if (updateCount == 2){
            layer->retain();
            this->removeChild(layer, true);
            CCLog("%d", layer);
        } else if (updateCount == 3){
            layer->release();
            if (layer){
                CCLog("%d", layer);
            }
        }

        CCLog("update index: %d end", updateCount);
    }
};

/// 打印如下
cocos2d-x debug info [update index: 1]
cocos2d-x debug info [LSLayer().()]
cocos2d-x debug info [LSLayer().init()]
cocos2d-x debug info [LSSprite().()]
cocos2d-x debug info [LSSprite().init()]
cocos2d-x debug info [147867424]
cocos2d-x debug info [update index: 1 end]
cocos2d-x debug info [LSSprite().~()]
cocos2d-x debug info [update index: 2]
// 第二帧并没有释放 layer,因为它还是有用的管理对象
cocos2d-x debug info [147867424]
cocos2d-x debug info [update index: 2 end]
cocos2d-x debug info [update index: 3]
// 完全弃用,立即释放
cocos2d-x debug info [LSLayer().~()]
// 但是 layer 对象的地址还是可用的
cocos2d-x debug info [147867424]
cocos2d-x debug info [update index: 3 end]

在完全不用之前,要有所作为。 如果我们将第二帧中的 layer->retain(); 放在 this->removeChild(layer, true); 之后呢,我们知道在 removeChild 之后是立即释放的,此时 layer 对象已经不存在了,而 layer 所指向的内存地址是个无效地址。如果你的程序继续运行,那么一定会出现内存错误。

如果程序直接错误异常退出,倒也罢了,怕就怕,程序可能继续运行,layer 虽然是无效地址,但并不是 NULL,可能所指向的地址可用,可能还能继续执行,更可能的还能继续 layer->retain(); 操作。这会影响我们的判断,程序真的有问题么。如果留下了这种隐患,那么排除错误的难度会大大加深。比如程序莫名其妙的退出,时好时坏!(经过一叶的测试,这种情况是可能发生的,而且频率相当高,测试平台:Linux 平台,Android平台可能性稍低)

第三帧我们通过 if (layer) 判断对象是否可用,如果可用我们继续操作 layer ,这样的使用方式也将会留下内存隐患,因为这样的判断是能通过的,但却是 不一定 能够正确使用的。

一般而言,我们不一定需要 if(layer) 诸如此类的判断,这也是不推荐的。管理对象,谁使用,那么谁就是可控的!如果在对象销毁之前 谁 retain() ,那么在 release() 之前,它无需判断即可使用。谁 addXXX 使用,一般能通过 getXXX 获取。

简而言之,谁使用(引用),你就找谁就行了,不论是获取,或者移除。

我们前面所言,管理对象不用之时,立即回收,那么我们在同一帧使用,然后移除呢?我们继续改写 update 方法,验证想法:

virtual void update(float fDelta){
    // 为了方便观察,不让 update 内部无止境的打印下去
    if (updateCount < 3){
        updateCount ++;
        CCLog("update index: %d", updateCount);

        // 在不同的帧做相关操作,以便观察
        if (updateCount == 1){
            layer = LSLayer::create();
            this->addChild(layer);
            this->removeChild(layer, true);
        } else if (updateCount == 2){

        } else if (updateCount == 3){

        }

        CCLog("update index: %d end", updateCount);
    }
};

/// 其打印如下
cocos2d-x debug info [update index: 1]
cocos2d-x debug info [LSLayer().()]
cocos2d-x debug info [LSLayer().init()]
cocos2d-x debug info [update index: 1 end]
// layer 在两帧之间释放,也既是在一下帧自动清理
cocos2d-x debug info [LSLayer().~()]
cocos2d-x debug info [update index: 2]
cocos2d-x debug info [update index: 2 end]

这里我们在同一帧 addChild 并且随之 removeChild,那么 layer 的性质又是如何,我们知道 管理对象 在不用之时会立即释放,但在这里并没有立即释放,那说明什么,说明 layer 并不是管理对象,还只是无用对象,并且在这一帧结束时,或者说在 帧过度 的时候,并没有使用,可想而知,在 帧过度的时候,其内部做了些处理,首先自动清理无用对象,或者将以使用的无用对象变成管理对象,而在以后的帧,如果在管理对象不用之时,将会立即释放。

现在来看一看稍微复杂点的结构会如何。

// 在不同的帧做相关操作,以便观察
if (updateCount == 1){
    layer = LSLayer::create();
    sprite = LSSprite::create();
    layer->addChild(sprite);
    addChild(layer);
} else if (updateCount == 2){

    this->removeChild(layer, true);
} else if (updateCount == 3){

}

/// 打印如下
cocos2d-x debug info [update index: 2]
cocos2d-x debug info [LSLayer().~()]
cocos2d-x debug info [LSSprite().~()]
cocos2d-x debug info [update index: 2 end]

我们创建了两个对象 layer 和 sprite,将 sprite 添加到 layer,并把通过 addChild(layer) 使用 layer,可以看到,在第二帧移除 layer 的时候,立即释放了 layer 和 sprite 对象。这也是 cocos2d-x 自动管理所实现的功能,在 使用者 不用的时候,它也将会解除对其它对象的使用。

基于以上情况,做些变形:

// 在不同的帧做相关操作,以便观察
if (updateCount == 1){
    layer = LSLayer::create();
    sprite = LSSprite::create();
    layer->addChild(sprite);
} else if (updateCount == 2){
    this->removeChild(layer, true);
} else if (updateCount == 3){

}

/// 打印如下
cocos2d-x debug info [update index: 1 end]
cocos2d-x debug info [LSLayer().~()]
cocos2d-x debug info [LSSprite().~()]
cocos2d-x debug info [update index: 2]
cocos2d-x debug info [update index: 2 end]

创建了两个对象 layer 和 sprite,将 sprite 添加到 layer 之中,而对 layer 不做处理,我们知道 layer 在第一帧结束后,会自动释放,所以也会释放其所引用的 sprite,而此时 sprite 的性质就有点微妙了。它在帧过度之间是怎么处理的,它是不是我们这所说的无用对象呢?哈!如果 layer 首先被自动管理,那么它会首先回收,并取消对 sprite 的引用,那么 sprite 就是个无用对象,被自动回收。如果 sprite 首先被自动管理,那么它将会先变成一个管理对象,然后在 layer 自动释放并取消对 sprite 引用的时候,被立即释放。从效果上来说,都是一帧之内完成的。但具体是哪种情况呢?我不知晓 : p 也不用知晓 ~ 所谓不知为不知,是知也 ~

写在后面

自动管理,所谓自动管理就是通过 create() 方法创建的对象(当然其内部是通过 autorelease() 方法标示,create 只是提供一个统一的创建对象方式),而什么又是有用无用呢,文中我们看到 retain() 和 release(),而这就是有用无用的实现原理,使用就 retain ,移除使用就用 release,再细究内部,可知里面维护了一个引用计数,从而判断是否被使用 ,而前文我们知道 layer->addChild(obj),那么 obj 就为 layer 所用,究其本质,也是其内部调用了其 retain 等方法,可以阅读官方相关文档,有详细的说明,而本文多是以抽象的概念解说其设计理念,从使用者的角度分析在使用过程中可能会出现的问题,因为要想达到相同的自动管理效果,实现方式可以有很多种。别太注重细节,如果有什么疑问,可以像这样,通过几个小例程去验证我们的想法。对于本文,也只是我对 cocos2d-x 自动管理的理解,如果在实现和概念上有什么说的不对,还请指出,毕竟是 浅说 ~

cocos2d-x 主要以 CCNode 为基类的树形结构组织管理,所以本文所创建的例程,基于 CCNode 编写,当然内存的自动管理还有很多内容,比如缓存的实现,消息机制对象的生命周期等。但基于谁使用,谁处理的原则,思路倒也明晰 ~

标签: cocos2d-x, 内存管理

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