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【iOS】weak的底层实现

weak底层千千万，吾竟装作看不见...

weak基本用法

weak是弱引用，用weak描述修饰或者所引用对象的计数器不会加一，并且会在引用的对象被释放的时候自动被设置为nil，大大避免了野指针访问坏内存引起崩溃的情况，另外weak还可以用于解决循环引用。

weak原理概括

weak表其实是一个hash（哈希）表，Key是所指对象的地址，Value是weak指针的地址数组。weak的底层实现的原理是什么？

Runtime维护了一个weak表，用于存储指向某个对象的所有weak指针。weak表其实是一个hash表，Key是所指对象的地址，value是weak指针的地址（这个地址的值是所指对象指针的地址）数组。

为什么value是数组？因为一个对象可能被多个弱引用指针指向

weak原理实现步骤

weak 的实现原理可概括三步：

1、初始化时：runtime会调用objc_initWeak函数，初始化一个新的weak指针指向对象的地址。

【iOS】weak的底层实现

初始化流程图

2、添加引用时：objc_initWeak函数会调用 objc_storeWeak() 函数， objc_storeWeak() 的作用是更新指针指向，创建对应的弱引用表。

【iOS】weak的底层实现

更新指针，创建弱引用表
3、释放时，调用clearDeallocating函数。clearDeallocating函数首先根据对象地址获取所有weak指针地址的数组，然后遍历这个数组把其中的数据设为nil，最后把这个entry从weak表中删除，最后清理对象的记录。

weak实现三步骤详细过程：

1、初始化时：runtime会调用objc_initWeak函数，objc_initWeak函数会初始化一个新的weak指针指向对象的地址。

示例代码：

 NSObject *obj = [[NSObject alloc] init];
 id __weak obj1 = obj;

当我们初始化一个weak变量时，runtime会调用 NSObject.mm 中的objc_initWeak函数。

这个函数在Clang中的声明如下：

id objc_initWeak(id *object, id value);

而对于 objc_initWeak() 方法的实现如下：

id objc_initWeak(id *location, id newObj) {
// 查看对象实例是否有效,无效对象直接导致指针释放
    if (!newObj) {
        *location = nil;
        return nil;
    }
    // 这里传递了三个 bool 数值
    // 使用 template 进行常量参数传递是为了优化性能
    return storeWeakfalse/*old*/, true/*new*/, true/*crash*/>
    (location, (objc_object*)newObj);
}

这里先判断了其指针指向的类对象是否有效，无效直接释放返回，不再往深层调用函数。否则，object将通过bjc_storeWeak函数被注册为一个指向value的__weak对象。

注意：objc_initWeak函数有一个前提条件：就是object必须是一个没有被注册为__weak对象的有效指针。而value则可以是null，或者指向一个有效的对象。

2、添加引用时：objc_initWeak函数会调用 objc_storeWeak() 函数， objc_storeWeak() 的作用是更新指针指向，创建对应的弱引用表。

objc_storeWeak的函数声明如下：

id objc_storeWeak(id *location, id value);

objc_storeWeak() 的具体实现,请参考weak弱引用实现的方式，这里的实现很复杂，没看懂，没看懂。

3、释放时，调用clearDeallocating函数。clearDeallocating函数首先根据对象地址获取所有weak指针地址的数组，然后遍历这个数组把其中的数据设为nil，最后把这个entry从weak表中删除，最后清理对象的记录。

当weak引用指向的对象被释放时，又是如何去处理weak指针的呢？当释放对象时，其基本流程如下：

1、调用objc_release
2、因为对象的引用计数为0，所以执行dealloc
3、在dealloc中，调用了_objc_rootDealloc函数
4、在_objc_rootDealloc中，调用了object_dispose函数
5、调用objc_destructInstance
6、最后调用objc_clear_deallocating,详细过程如下：
   a. 从weak表中获取废弃对象的地址为键值的记录
   b. 将包含在记录中的所有附有 weak修饰符变量的地址，赋值为   nil
   c. 将weak表中该记录删除
   d. 从引用计数表中删除废弃对象的地址为键值的记录

拓展补充

weak，__unsafe_unretained, unowned 与 assign区别

__unsafe_unretained: 不会对对象进行retain,当对象销毁时,会依然指向之前的内存空间(野指针)
weak: 不会对对象进行retain,当对象销毁时,会自动指向nil
assign: 实质与__unsafe_unretained等同
unsafe_unretained也可以修饰代表简单数据类型的property，weak也不能修饰用来代表简单数据类型的property。
__unsafe_unretained 与 weak 比较，使用 weak 是有代价的，因为通过上面的原理可知，__weak需要检查对象是否已经消亡，而为了知道是否已经消亡，自然也需要一些信息去跟踪对象的使用情况。也正因此，__unsafe_unretained 比 __weak快,所以当明确知道对象的生命期时，选择__unsafe_unretained 会有一些性能提升，这种性能提升是很微小的。但当很清楚的情况下，__unsafe_unretained 也是安全的，自然能快一点是一点。而当情况不确定的时候，应该优先选用 __weak 。
unowned使用在Swift中，也会分 weak 和 unowned。unowned 的含义跟 __unsafe_unretained 差不多。假如很明确的知道对象的生命期，也可以选择 unowned。

致谢

参考博客：

weak 弱引用的实现方式

iOS 底层解析weak的实现原理（包含weak对象的初始化，引用，释放的分析）

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