Cocos2d-x的内存管理（1）

C++的内存管理机制

优点

在C++中，开发者可以使用new操作符在运行时从堆中为程序分配一块内存空间，并直接获取该内存的地址进行操作。这种直接访问内存地址的方式极大地提高了内存使用的灵活性。当这块内存不再需要时，可以使用delete操作符将其释放。

缺点

C++的手动内存管理方式极易出错，常见的问题如下：

• 野指针：当指针指向的内存已经被释放，但其他指针可能仍然指向该内存空间。由于这块内存可能已被重新分配给其他内容，贸然使用这些指针可能会导致不可预知的结果。
• 重复释放：如果两个指针同时指向同一块内存，对这两个指针都进行内存释放操作，或者对一个指针释放两次内存，都会引发C++运行时错误。
• 内存泄漏：若使用new分配了一块内存空间，但忘记使用delete释放，这块内存将一直被占用。在游戏开发中，内存泄漏问题尤为严重。因为游戏需要频繁地创建和删除元素，涉及大量的内存操作，很容易出现忘记释放大块内存的情况。而所有设备的内存空间都是有限的，大量内存被占用可能会导致程序崩溃或退出。

C++11中的智能指针

优点

在C++中，根据内存分配方式，变量可分为三种：静态变量和常量（存储在数据区）、动态变量（存储在堆区）和局部变量（存储在栈区）。

上一节我们讨论了动态变量的优缺点。这里着重介绍局部变量：局部变量存储在栈中，创建时进行压栈操作，其作用域从定义处开始，到函数结束为止。当函数结束时，会按照顺序进行出栈操作。开发者无需手动控制局部变量的生命周期，这正是动态变量所欠缺的特性。

智能指针的设计思路是在创建动态变量时，将其与一个局部变量绑定。这样，智能指针既具备动态变量的优势（提高内存使用的灵活性），又拥有局部变量的优势（开发者无需控制其生命周期）。当局部变量离开作用域被自动释放时，动态变量对应的内存空间也会同时被释放。

分类

• unique_ptr指针
• 定义方式：unique_ptr<int> up1(new int(5));
• 特性：unique_ptr不能与其他智能指针共享内存。例如，若执行unique_ptr<int> up11 = up1;，编译时会报错。不过，可以通过std::move函数转移内存的所有权。一旦转移成功，原unique_ptr将失去对该内存的所有权，再次使用会导致错误。可以使用*up1访问内存块，当退出函数或执行变量的reset函数时，会自动释放内存。
• shared_ptr指针
• 定义方式：shared_ptr<int> up2(new int(5));
• 特性：shared_ptr可以与其他智能指针共享内存，采用引用计数的方式管理内存。只有当所有指向该内存的shared_ptr都执行reset函数，或者离开作用域时，才会真正释放内存。
• weak_ptr指针
• 定义方式：weak_ptr<int> up3 = up2;
• 特性：weak_ptr可以指向shared_ptr所管理的内存，但不拥有该内存。可以通过其lock成员函数访问该内存，当该内存无效时，lock函数将返回nullptr，常用于验证shared_ptr指针的有效性。

缺点

• shared_ptr为了保证线程安全，加入了互斥锁，这会对性能产生一定的影响。
• 创建shared_ptr时需要显式声明智能指针，使用指针时最好使用weak_ptr间接访问内存，编写代码时需要注意的事项较多。

垃圾回收机制

原理

垃圾回收机制主要基于以下两种方法：

• 引用计数：使用引用计数记录对象被引用的次数，当引用次数为0时，该对象被视为垃圾并被回收。
• 标记整理：将程序中正在使用的对象所引用的内存空间做标记，未做标记的内存进行整理回收。

需要注意的是，C++本身并不支持垃圾回收机制。

Cocos2d-x的内存管理机制

使用引用计数

无论是shared_ptr还是垃圾回收机制，都借鉴了引用计数的原理。对于学过Objective - C编程的同学来说，retain和release这两个函数应该耳熟能详。这两个函数的作用是修改引用计数，retain将引用计数加1，release将引用计数减1。

Cocos2d - X的引擎内部同样使用引用计数进行内存管理。在基类Ref中，定义了retain和release这两个函数来操作引用计数。当元素通过new创建时，其引用计数初始为1；执行一次retain操作，引用计数变为2；执行一次release操作，引用计数减为1。当引用计数为0时，会执行delete操作删除该元素。

使用“智能指针”

在Cocos2d - X中，可以对元素调用autorelease函数，将其加入AutoReleasePool。AutoReleasePool会在每一帧结束时，对池中的所有元素执行一次release函数。

例如，一个元素创建时引用计数为1，加入AutoReleasePool后，当AutoReleasePool在一帧结束时自动执行release操作，若引用计数变为0，则该元素将被删除。

为了简化代码，Cocos2d - X将new和autorelease函数封装成了一个create函数。元素直接调用create函数，即可完成创建并加入AutoReleasePool的操作。

自定义AutoReleasePool

用户可以根据自己的需求创建自定义的AutoReleasePool。AutoReleasePool由PoolManager管理，采用栈的方式存放，默认有一个AutoReleasePool，用户可以创建自己的AutoReleasePool。

创建AutoReleasePool需要分配内存，理论上需要使用new从堆区获取内存。但为了避免用户手动管理AutoReleasePool的内存，Cocos2d - X在AutoReleasePool的构造和析构函数中加入了内存分配、压栈和出栈的操作。开发者只需创建一个局部变量的AutoReleasePool，即可自动享受内存管理并控制其生命周期。

创建自定义的AutoReleasePool后，会进行压栈操作，此时当前的AutoReleasePool即为用户创建的这个。此后执行autorelease函数的元素都将加入该AutoReleasePool。当AutoReleasePool的作用域结束时，会调用其析构函数，对其中的元素执行release操作，并将AutoReleasePool出栈。