iOS NSString詳解

原文鏈接：https://blog.csdn.net/qq_27909209/article/details/82150856
本文鏈接：http://www.reibang.com/p/627815e1996b

一：__NSCFConstantString睡毒， __NSCFString抢肛， NSTaggedPointerString
二：weak修飾，字符串內(nèi)存管理
三：NSTaggedPointerString講解
四：面試題
五：__NSCFString：Toll-free bridgin橋接機制

OC中的NSString不論是在編譯時還是在運行時都做了很多的優(yōu)化驳糯，并不同于普通的對象，它是一個非常復(fù)雜的存在帕识。

一：__NSCFConstantString 潜腻， __NSCFString ， NSTaggedPointerString

這個證明需要再mrc環(huán)境下卡睦。
我們需要研究的NSString創(chuàng)建出來的實際的類型有:

__NSCFConstantString
__NSCFString
NSTaggedPointerString

那這三種類型分別在什么時候創(chuàng)建出來宴胧，又是什么意思呢？先看定義產(chǎn)生這三種類型分別是什么創(chuàng)建方式下產(chǎn)生的表锻∷∑耄看代碼

//宏定義
#define HXLog(_var) ({ NSString *name = @#_var; NSLog(@"變量名=%@，類型=%@瞬逊， 地址=%p显歧，引用計數(shù)=%d，值=%@", name, [_var class], _var,(int)[_var retainCount], _var); })
 
 
        NSString *a0 = [[NSString alloc] init];
        NSString *a1 = @"xiMenXiXue";
        NSString *a2 = [NSString stringWithString:@"xiMenXiXue"];
        NSString *a3 = [[NSString alloc] initWithString:@"xiMenXiXue"];
        NSString *a4 = [[NSString alloc] initWithString:a0];
 
        NSString *a5 = [[NSString alloc] initWithFormat:@"xiMenXiXue"];
        NSString *a6 = [NSString stringWithFormat:@"xiMenXiXue"];
        NSString *a7 = [NSString stringWithFormat:a5];
 
        HXLog(a0);
        HXLog(a1);
        HXLog(a2);
        HXLog(a3);
        HXLog(a4);
        HXLog(a5);
        HXLog(a6);
        HXLog(a7);

可以看出來确镊，a0追迟，a1，a2, a3, a4類型都為__NSCFConstantString類型骚腥，引用計數(shù)值為-1敦间。
a5和a7都為__NSCFString類型，引用計數(shù)值為1束铭。
a6為NSTaggedPointerString類型廓块，引用計數(shù)值為-1。

小結(jié)：
創(chuàng)建的字符串有三種類型：造成這種情況是由于 OC 對 NSString 的內(nèi)存優(yōu)化產(chǎn)生的契沫。

__NSCFConstantString
從字面就可以看出带猴，這是一個常量字符串，該類型的字符串是以字面量創(chuàng)建的懈万，是在編譯期創(chuàng)建的拴清，保存在常量區(qū)。通過a0会通，a1口予，a2, a3, a4的打印結(jié)果看出，當(dāng)創(chuàng)建的字符串變量值在常量區(qū)存在時涕侈，變量會指向那個字符串沪停，這是編譯期做的優(yōu)化。

對于 initWithString 實例方法以及 stringWithString 類方法,編譯器會給出redundant警告，原因是該方法創(chuàng)建字符串等同于直接復(fù)制字符串字面量

那 retainCount為-1是什么情況

首先retainCount是NSUInteger的類型木张，其實上面的打印是將它作為int類型打印众辨。所以它其實不是-1，它的實際值是4294967295舷礼。在objc的retainCount中.如果對象的retainCount為這個值鹃彻，就意味著“無限的retainCount”，這個對象是不能被釋放的妻献。

所有的 __NSCFConstantString對象的retainCount都為-1蛛株，這就意味著 __NSCFConstantString不會被釋放，使用第一種方法創(chuàng)建的NSString旋奢，如果值一樣泳挥，無論寫多少遍，都是同一個對象至朗。而且這種對象可以直接用 == 來比較,

文字常量區(qū)存放常量字符串屉符，程序結(jié)束后由系統(tǒng)釋放，也就是說指向常量表的指針不受引用計數(shù)管理锹引。所以對于NSCFConstantString類型的變量矗钟，OC 的內(nèi)存管理策略對其無效。

__NSCFString （>=10位是__NSCFString類型）
表示這是一個對象類型的字符串嫌变，在運行時創(chuàng)建吨艇，存儲在堆區(qū)，服從OC 的對象內(nèi)存管理策略腾啥。該類型的字符串由 Format創(chuàng)建东涡，無論是實例方法還是類方法且其長度不能太小（內(nèi)容若包含中文字符倘待，不論長度大小疮跑，都是NSCFString），否則創(chuàng)建的是NSTaggedPointerString類型凸舵，例如上例的變量 a5 與 a6祖娘。

NSTaggedPointerString （從上面也可以看出來，0-9位是taggedpointer類型）
對于64位程序啊奄，為了節(jié)省內(nèi)存和提高運行速度渐苏，蘋果引入了 Tagged Point 技術(shù)。
NSTaggedPointerString是對NSCFString優(yōu)化后的存在菇夸，在運行時創(chuàng)建時對字符串的內(nèi)容和長度做出判斷琼富，若字符串內(nèi)容是由ASCII字符構(gòu)成且長度較小（大概十個字符以內(nèi)）峻仇，這時候創(chuàng)建的字符串就是NSTaggedPointerString類型公黑，字符串直接存儲在指針里，引用計數(shù)同樣為-1摄咆，不適用對象的內(nèi)存管理策略凡蚜。

Tagged Pointer指針的值不再是地址了，而是真正的值吭从。所以朝蜘，實際上它不再是一個對象了，它只是一個披著對象皮的普通變量而已涩金。所以谱醇，它的內(nèi)存并不存儲在堆中，OC 對象的內(nèi)存管理方式對其無效步做。

對上述a0-a7進(jìn)行copy副渴，所得到的類型還都是原來的類型，并不會改變全度，并且地址都不會改變煮剧，因為原來就是一個不可變的，因為copy的還是不可變的将鸵，所以就沒有開辟新的對象勉盅。

但是進(jìn)行mutablecopy，會發(fā)現(xiàn)

__NSCFConstantString->__NSCFString; NSTaggedPointerString->__NSCFString; __NSCFString 依舊是__NSCFString類型

同時理解了上面三個類型顶掉，也就知道了一些關(guān)于string的內(nèi)存管理的些許知識草娜，比方說，看下面痒筒，用weak來修飾宰闰，看釋放的時間。

二：weak修飾簿透，字符串內(nèi)存管理

在arc環(huán)境下移袍，

__weak id weaka1 = nil;
__weak id weaka2 = nil;
__weak id weaka3 = nil;
__weak id weaka4 = nil;
 
- (void)viewWillAppear:(BOOL)animated
{
    [super viewWillAppear:animated];
 
    NSLog(@"viewWillAppear:\n weaka1：%@ \n weaka2：%@  \n weaka3：%@ \n weaka4：%@",[weaka1 class],[weaka2 class],[weaka3 class], [weaka4 class]);
}
 
- (void)viewWillDisappear:(BOOL)animated
{
    [super viewWillDisappear:animated];
    NSLog(@"viewWillDisappear:\n weaka1：%@ \n weaka2：%@  \n weaka3：%@\n weaka4：%@",[weaka1 class],[weaka2 class],[weaka3 class], [weaka4 class]);
}
 
- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
 
    NSString *a1 = @"xiMenXiXue";
    NSString *a2 = [NSString stringWithFormat:@"xiMenXiXue"];
    NSString *a3 = [NSString stringWithFormat:@"xiMenXiXue strings"];
    NSString *a4 = [a1 mutableCopy];
 
    weaka1 = a1;
    weaka2 = a2;
    weaka3 = a3;
    weaka4 = a4;
}

打印結(jié)果如下：

2018-09-03 15:03:42.779454+0800 newstestt[5026:514384] viewWillAppear:
 weaka1：__NSCFConstantString 
 weaka2：NSTaggedPointerString  
 weaka3：__NSCFString 
 weaka4：(null)
2018-09-03 15:03:44.432565+0800 newstestt[5026:514384] viewWillDisappear:
 weaka1：__NSCFConstantString 
 weaka2：NSTaggedPointerString  
 weaka3：(null)
 weaka4：(null)

這個結(jié)果說明：
a1是__NSCFConstantString，字符串常量萎战，放在常量區(qū)咐容，對其retain或者release不影響它的引用計數(shù)，程序結(jié)束后釋放蚂维。用字面量語法創(chuàng)建出來的string就是這種戳粒，所以在出了viewDidLoad方法以后在其他地方也能打印出值，根本沒有釋放虫啥。不由我們控制

a2是NSTaggedPointerString蔚约，Tagged Point，標(biāo)簽指針涂籽，蘋果在64位環(huán)境下對NSString和NSNumber做的一些優(yōu)化苹祟，簡單來說就是把對象的內(nèi)容存放在了指針里，這樣就不需要在堆內(nèi)存里在開辟一塊空間存放對象了，一般用來優(yōu)化長度較小的內(nèi)容树枫。這個根本不是對象直焙，所以也不受引用計數(shù)的計算。所以也無所謂釋放和不釋放之說砂轻。

a3 和a4 都是__NSCFString 類型奔誓， 這種string就和普通的對象很像了，儲存在堆上搔涝，有正常的引用計數(shù)厨喂，需要程序員分配釋放。所以weaka3 = a3時庄呈，會打印出null蜕煌，cstr出了方法作用域在runloop結(jié)束時就被autoreleasepool釋放了。只是這里有一點需要說明诬留，就是系統(tǒng)創(chuàng)建的stringWithFormat類型和我們創(chuàng)建的以 alloc, copy, init,mutableCopy和new這些方法打頭的方法斜纪，返回的都是 retained return value，例如[[NSString alloc] initWithFormat:]故响，而其他的則是unretained return value傀广，例如 [NSString stringWithFormat:]。對于前者調(diào)用者是要負(fù)責(zé)釋放的彩届，對于后者（系統(tǒng)穿件的那些）就不需要了伪冰。而且對于后者ARC會把對象的生命周期延長，確保調(diào)用者能拿到并且使用這個返回值樟蠕，但是并不一定會使用 autorelease贮聂，在worst case 的情況下才可能會使用，因此調(diào)用者不能假設(shè)返回值真的就在 autorelease pool中寨辩。從性能的角度吓懈，這種做法也是可以理解的。如果我們能夠知道一個對象的生命周期最長應(yīng)該有多長靡狞，也就沒有必要使用 autorelease 了耻警，直接使用 release 就可以。如果很多對象都使用 autorelease 的話甸怕，也會導(dǎo)致整個 pool 在 drain 的時候性能下降甘穿。

所以可以看到，a3剛開始沒多久就釋放了梢杭，但是a4過了好一會才釋放温兼。當(dāng)然這個在mrc下，自己釋放a3即可武契，因為是自己創(chuàng)建的募判。也會得到同樣的效果荡含。

三：NSTaggedPointerString講解

為什么字面量常量蘋果不使用NSTaggedPointerString呢？

【譯】采用Tagged Pointer的字符串中文版的 翻譯有些晦澀届垫，看了下英文版的描述比較易懂些：

although a string like @"a" could be stored as a tagged pointer, constant strings are never tagged pointers. Constant strings must remain binary compatible across OS releases, but the internal details of tagged pointers are not guaranteed.

原因是常量字符串需要在跨系統(tǒng)上保持二進(jìn)制兼容释液，而 tagged pointers在技術(shù)上并不能保證這個。因此對于這種短的字符串字面量還是使用\ __NSCFConstantString類型敦腔。

下面一個問題均澳，tagged pointers在內(nèi)存上分配在哪個區(qū)恨溜？
其實如果我們仔細(xì)在XCode中多點兩下符衔，就可以看到其實tagged pointers是沒有isa指針的，說明它根本不是一個對象糟袁。究其原因這個要說到tagged pointers是為什么被創(chuàng)造出來判族。

一般來說，對象所占內(nèi)存是和CPU位數(shù)相關(guān)的项戴。在32位的時候形帮，比如一個NSNumber對象占用的空間是4（對象指針）+4（對象的值）=8字節(jié)，升級到64位的時候周叮，邏輯不變的話辩撑，占用的空間直接翻倍，變成8+8=16字節(jié)仿耽，這樣會產(chǎn)生十分嚴(yán)重的效率問題：為了存儲和訪問一個NSNumber對象合冀，我們需要在堆上為其分配內(nèi)存，另外還要維護(hù)它的引用計數(shù)项贺，管理它的生命期君躺。這些都給程序增加了額外的邏輯，造成運行效率上的損失开缎。

在查找資料的過程中也發(fā)現(xiàn)了蘋果官方的明確說法(摘自深入理解Tagged Pointer)：
我們也可以在WWDC2013的《Session 404 Advanced in Objective-C》視頻中棕叫，看到蘋果對于Tagged Pointer特點的介紹：

Tagged Pointer專門用來存儲小的對象，例如NSNumber和NSDate
Tagged Pointer指針的值不再是地址了奕删，而是真正的值俺泣。所以，實際上它不再是一個對象了完残，它只是一個披著對象皮的普通變量而已伏钠。所以，它的內(nèi)存并不存儲在堆中坏怪，也不需要malloc和free贝润。
在內(nèi)存讀取上有著3倍的效率，創(chuàng)建時比以前快106倍铝宵。

由此看來打掘，NSTaggedPointerString根本不是對象华畏，是分配在棧區(qū)的

四：面試題

4.1：寫一個NSString類的實現(xiàn)

+ (id)initWithCString:(const char *)nullTerminatedCString encoding:(NSStringEncoding)encoding;

實現(xiàn)如下：

+ (id) stringWithCString: (const char*)nullTerminatedCString encoding:(NSStringEncoding)encoding{
  NSString  *obj;
  obj = [self allocWithZone: NSDefaultMallocZone()];
  obj = [obj initWithCString: nullTerminatedCString encoding: encoding];
  return AUTORELEASE(obj);

}

4.2：判斷兩個NSString的字面量是否相同，為什么要用isEqualToString來判斷尊蚁，而不能用==來判斷呢亡笑？
關(guān)于字符串有非常多的問題，比方說：判斷兩個NSString的字面量是否相同横朋，為什么要用isEqualToString來判斷仑乌，而不能用==來判斷呢？ 可能大多數(shù)人會回答：因為==判斷的是兩個指針是否相等琴锭，而NSString是分配到堆上的晰甚，每次創(chuàng)建的時候，指針指向的地址的不同的决帖，所以不能用==來判斷厕九。但是這樣的回答不完整。這個題感覺有點毛病地回，字面量本身就只有一種方式扁远，@""; 直接創(chuàng)建等于賦值，這種方式創(chuàng)建的類型都是__NSCFConstantString刻像，本身也不會有引用計數(shù)畅买，所以它就是一個對象，這個是可以用==來判斷的细睡，我想題的意思應(yīng)該是NSString創(chuàng)建的字符串谷羞，是否相等，要用isEqualToString來判斷纹冤，因為字符串的創(chuàng)建方式不同洒宝，類型不同，地址不同萌京，單純從==來判斷的話雁歌，不準(zhǔn)確。

深入理解Tagged Pointer知残、字符串深度剖析

五：__NSCFString：Toll-free bridgin橋接機制

Toll-free bridging,簡稱為TFB靠瞎，是一種允許某些ObjC類與其對應(yīng)的CoreFoundation類(Core Foundation框架 (CoreFoundation.framework) 是一組C語言接口，它們?yōu)閕OS應(yīng)用程序提供基本數(shù)據(jù)管理和服務(wù)功能)之間可以互換使用的機制求妹。比如 NSString與CFString是橋接(bridged)的, 這意味著可以將任意NSString當(dāng)做CFString使用，也可以將任意的CFString當(dāng)做NSString使用制恍。

官網(wǎng)也有相關(guān)描述：

There are a number of data types in the Core Foundation framework and the Foundation framework that can be used interchangeably. This capability, called toll-free bridging, means that you can use the same data type as the parameter to a Core Foundation function call or as the receiver of an Objective-C message。

原理（拿NSString舉例）大概是：NSString是一個抽象類净神，每當(dāng)你創(chuàng)建一個NSString實例溉委，實際上是創(chuàng)建的NSString的一個私有子類實例。其中一個私有子類就是NSCFString,其是CFString類的在ObjC中的對應(yīng)類爱榕。NSCFString實現(xiàn)了作為NSString需要的所有方法。
我的理解：總之黔酥，你知道有Toll-Free Bridging橋接機制，然后NSCFString是NSString的私有子類跪者，實現(xiàn)了它的所有方法。詳細(xì)解釋看官網(wǎng)坑夯。

hanlin.png

而為什么要有CFString呢？
官網(wǎng)解釋

CFString provides a suite of efficient string-manipulation and string-conversion functions. It offers seamless Unicode support and facilitates the sharing of data between Cocoa and C-based programs

Toll-Free Bridging的橋接機制柜蜈、 Toll Free Bridging的內(nèi)部原理

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