浅析cocos2dx的内存管理机制

今天研究了一下Cocos2d-x的内存管理机制，有些地方不太好懂，花了不少时间，现在感觉理解得差不多了，赶紧记录下自己的思路，和广大朋友分享。如果大家发现有错误或不理解的地方，欢迎指正！

1. C++中变量的内存空间分配

在C++中创建类对象时，有两种内存分配方式：栈上分配和堆上分配。如果类对象在栈上分配内存空间，其内存管理由系统自动完成；而在堆上分配内存空间时，则需要手动使用delete进行释放。

Cocos2d-x采用的是在堆上分配内存空间的方式。在编写程序时，我们通常通过工厂方法获取Cocos2d-x类的指针，很少见到在栈上分配内存空间的情况。既然在堆上分配内存，那么如何管理这块内存以及何时释放就成了问题。在程序中，一个对象的内存空间可能被多个对象引用，如果过早删除该对象，而还有其他对象在引用这块内存，程序就会崩溃。因此，Cocos2d-x引入了引用计数的内存管理机制。

2. 引用计数机制

当在堆上分配一块内存空间创建对象时，该对象的引用计数初始为1。每当有新对象引用这块内存时，引用计数加1；当某个对象不再引用该内存时，引用计数减1。当引用计数减为0时，使用delete删除这块内存，这样就能保证在有对象引用时可以正常访问，引用结束后也能正常回收内存。

以下代码可以帮助我们更清楚地理解引用计数：

// 对象创建的时候引用计数被设置为1，这个是在它的构造函数中完成的，它会先调用父类CCObject的构造函数
// CCObject的构造函数如下所示
// CCObject::CCObject(void)
// , m_uReference(1) {}// when the object is created, the reference count of it is 1
CCSprite * sprite = new CCSprite();

CCLog("retain count:%d", sprite->retainCount());

// 调用retain方法的时候引用计数增加1
sprite->retain();
CCLog("retain count:%d", sprite->retainCount());

// 调用release方法的时候引用计数减一，当这个引用计数减为0的时候，在release方法中会delete掉这个对象
sprite->release();
CCLog("retain count:%d", sprite->retainCount());

// 当我们调用autorelease方法的时候会调用这段代码
// CCPoolManager::sharedPoolManager()->addObject(this);
// 调用autorelease方法的时候对象会被放到自动回收池中，这个自动回收池在每帧结束的时候会调用一次对象的release方法
sprite->autorelease();
CCLog("retain count:%d", sprite->retainCount());

3. 自动回收机制

上述代码中，autorelease方法的自动回收机制不太容易理解，下面我们详细分析。

首先，需要明确“帧”的概念。我们常说的每秒多少帧，这里每帧的执行时间并不固定，它取决于每帧需要完成的任务量。如果每帧需要渲染大量内容，那么这一帧的执行时间就会变长，游戏会变得卡顿，帧率也会下降。因此，不是时间决定帧率，而是帧的执行任务量影响时间。

自动回收池在每帧结束时发挥作用。在游戏的每一帧开始前，系统会创建一个内存回收池。当我们调用autorelease方法时，对象会被放入这个内存回收池。当一帧结束时，内存回收池会释放，池中的对象会被调用一次release方法，即引用计数减1。如果此时引用计数为0，对象将被删除；如果引用计数不为0，对象不会被删除。下一帧开始时，系统会创建新的内存回收池，上一帧添加的对象不会重新添加，新的内存回收池只包含本帧调用autorelease方法的对象。

下面通过代码分析自动回收机制的工作原理：

// 在create的时候调用了sprite的autorelease方法
CCSprite * sprite = CCSprite::create("HelloWorld.png");
CCLog("retain count:%d", sprite->retainCount()); // retain 1
this->addChild(sprite);
CCLog("retain count:%d", sprite->retainCount()); // retain 2

调用create工厂方法时，内部先new一个CCSprite对象，引用计数加1，然后调用autorelease方法将对象放入自动回收池。由于这一帧还未结束，引用计数仍为1，所以第一次打印结果为1。调用addChild方法时，当前层接收该对象并将其引用计数加1，表示当前层正在使用这块内存，此时引用计数变为2。当这一帧结束时，自动回收池将对象的引用计数减1，此时只有CCLayer在引用该对象。当CCLayer析构时，会调用对象的release方法，从而删除CCSprite对象。

所谓自动回收机制，就是在每帧结束时，将对象创建时增加的引用计数减掉，让引擎中持有对象引用的其他类负责管理对象，当持有者析构时删除引用。引擎中的类通过retain和release方法来管理对象的生命周期，这就是自动回收的含义。

4. 内存管理机制实例分析

4.1 程序崩溃案例分析

bool HelloWorld::init()
{
if (!CCLayer::init())
{
return false;
}

CCMenuItemImage *pCloseItem = CCMenuItemImage::create(
"CloseNormal.png",
"CloseSelected.png",
this,
menu_selector(HelloWorld::menuCloseCallback));

CCMenu* pMenu = CCMenu::create(pCloseItem, NULL);
this->addChild(pMenu, 1);

this->m_sprite = CCSprite::create("HelloWorld.png");
CCLog("%d", this->m_sprite->retainCount());

return true;
}

// 按钮的响应事件
void HelloWorld::menuCloseCallback(CCObject* pSender)
{
CCLog("%d", this->m_sprite->retainCount());
this->m_sprite->getPosition();
}

运行上述程序会崩溃。创建CCSprite对象时，引用计数为1，且对象被放入内存回收池。这一帧结束后，对象会被release一次，引用计数变为0，对象被释放。当按下按钮调用该对象时，由于内存已释放，程序就会崩溃。

4.2 修正后的代码分析

this->m_sprite = CCSprite::create("HelloWorld.png");
CCLog("%d", this->m_sprite->retainCount());
this->m_sprite->retain();
CCLog("%d", this->m_sprite->retainCount());

修改后的代码手动调用了retain方法，虽然自动回收池会将对象release一次，但引用计数仍为1。因此，在按钮的回调函数中调用该对象时，程序不会崩溃。需要注意的是，由于手动调用了retain，在层析构时要记得调用release，以避免内存泄漏。

4.3 CCArray的例子

bool HelloWorld::init()
{
bool bRet = false;
do
{
// 父类初始化
CC_BREAK_IF(!CCLayer::init());

CCSprite* bomb1 = CCSprite::create("CloseNormal.png");
CCSprite* bomb2 = CCSprite::create("CloseNormal.png");
CCSprite* bomb3 = CCSprite::create("CloseNormal.png");
CCSprite* bomb4 = CCSprite::create("CloseNormal.png");
CCSprite* bomb5 = CCSprite::create("CloseNormal.png");
CCSprite* bomb6 = CCSprite::create("CloseNormal.png");

addChild(bomb1, 1);
addChild(bomb2, 1);
addChild(bomb3, 1);
addChild(bomb4, 1);
addChild(bomb5, 1);
addChild(bomb6, 1);

m_pBombsDisplayed = CCArray::create(bomb1, bomb2, bomb3, bomb4, bomb5, bomb6, NULL);

this->scheduleUpdate();

bRet = true;
} while (0);

return bRet;
}

void HelloWorld::update(ccTime dt)
{
refreshData();
}

在这个例子中，创建多个CCSprite对象并添加到当前层，同时将这些对象添加到CCArray中。在使用CCArray管理对象时，同样要遵循引用计数的规则，确保对象的引用计数正确管理，避免内存泄漏。

通过以上分析，我们对Cocos2d-x的内存管理机制有了更深入的理解。在开发过程中，要合理使用retain、release和autorelease方法，确保对象的生命周期得到正确管理。