Cocos2d-x 3.x基础学习：内存管理详解

在基础学习教程中，内存管理机制之前我们有过介绍。本文再次详细解说内存管理问题。首先介绍 Cocos2d-x 3.2 中内存管理的作用，以及各个作用的应用。借由通俗易懂的解释来了解内存管理的过程。其次通过源码解析介绍其内部的实现原理。加深理解，从而在有需要的时候绕开引擎建立自己的内存管理机制。

一、Cocos2d-x 3.2 内存管理的两个方面

1) 通过加入 autorelease 来自动释放那些创建后未使用的对象。

2) 通过节点管理来保证对象在弃用后及时地删除。

1、及时释放弃用的对象

使用条件：该对象是Node的子类对象

使用方法：addChild、removeChild

内存管理过程：

addChild //添加对象后，对象可以被使用removeChild //删除对象后，对象被立刻删除（通过 delete）

2、及时释放未使用的对象

简述：新创建的对象如果一帧内不使用，就会被自动释放。（所谓一帧，即是一个gameloop。）

使用条件：对象通过CREAT_FUNC()宏创建或者对象使用autorelease加入了自动释放池。

使用方法：自动实现

内存管理过程：

• 对象不使用的情况

对象创建 引用+1
对象自动释放 引用-1

• 对象使用的情况

对象创建 引用+1对象使用 引用+1 // 通过 addChild 使用对象对象自动释放 引用-1

引用的初始值为0，如果一帧结束后对象的引用值还是0，那就就会被 delete。

二、内存管理的实现原理

涉及内存管理的文件很多，仅展示直接相关的部分代码。

1、第一部分

Ref 类： 进行引用计数、提供加入自动释放池的接口。

AutoreleasePool 类： 管理一个 vector 数组来存放加入自动释放池的对象。提供对释放池的清空操作。

PoolManager 类： 管理一个 vector 数组来存放自动释放池。默认情况下引擎只创建一个自动释放池，因此这个类是提供给开发者使用的，例如出于性能考虑添加自己的自动释放池。

DisplayLinkDirector 类： 这是一个导演类，提供游戏的主循环，实现每一帧的资源释放。这个类的名字看起来有点怪，但是不用管它。因为这个类继承了 Director 类，也是唯一一个继承了 Director 的类，也就是说完全可以合并为一个类，引擎开发者在源码中有部分说明。

1.1 Ref

// 引用计数变量unsigned int _referenceCount;// 对象被构造后，引用计数值为 1Ref::Ref()
: _referenceCount(1) //当Ref对象被创建时，引用计数的值为 1{#if CC_ENABLE_SCRIPT_BINDING
    static unsigned int uObjectCount = 0;
    _luaID = 0;
    _ID = ++uObjectCount;
    _scriptObject = nullptr;#endif
    #if CC_USE_MEM_LEAK_DETECTION
    trackRef(this);#endif}// 引用+1void Ref::retain()
{
    CCASSERT(_referenceCount > 0, "reference count should greater than 0");
    ++_referenceCount;
}// 引用-1 。如果引用为0则释放对象void Ref::release()
{
    CCASSERT(_referenceCount > 0, "reference count should greater than 0");
    --_referenceCount;    if (_referenceCount == 0)
    {#if CC_USE_MEM_LEAK_DETECTION
        untrackRef(this);#endif
        delete this; // 注意这里 把对象 delete 了
    }
}// 提供加入自动释放池的接口。对象调用此函数即可加入自动释放池的管理。Ref* Ref::autorelease()
{
    PoolManager::getInstance()->getCurrentPool()->addObject(this);    return this;
}//获取引用计数值unsigned int Ref::getReferenceCount() const{    return _referenceCount;
}

1.2 AutoreleasePool

// 存放释放池对象的数组std::vector _managedObjectArray;// 往释放池添加对象void AutoreleasePool::addObject(Ref* object)
{
    _managedObjectArray.push_back(object);
}// 清空释放池，将其中的所有对象都 deletevoid AutoreleasePool::clear()
{    // 释放所有对象
    for (const auto &obj : _managedObjectArray)
    {
        obj->release();
    }    // 清空vector数组
    _managedObjectArray.clear();
}// 查看某个对象是否在释放池中bool AutoreleasePool::contains(Ref* object) const{    for (const auto& obj : _managedObjectArray)
    {        if (obj == object)            return true;
    }    return false;
}

1.3 PoolManager

// 释放池管理器单例对象static PoolManager* s_singleInstance;// 释放池数组std::vector _releasePoolStack;// 获取 释放池管理器的单例PoolManager* PoolManager::getInstance()
{    if (s_singleInstance == nullptr)
    {        // 新建一个管理器对象
        s_singleInstance = new PoolManager(); 
        
        // 添加一个自动释放池
        new AutoreleasePool("cocos2d autorelease pool");// 内部使用了释放池管理器的push，这里的调用很微妙，读者可以动手看一看
    }    return s_singleInstance;
}// 获取当前的释放池AutoreleasePool* PoolManager::getCurrentPool() const{    return _releasePoolStack.back();
}// 查看对象是否在某个释放池内bool PoolManager::isObjectInPools(Ref* obj) const{    for (const auto& pool : _releasePoolStack)
    {        if (pool->contains(obj))            return true;
    }    return false;
}// 添加释放池对象void PoolManager::push(AutoreleasePool *pool)
{
    _releasePoolStack.push_back(pool);
}// 释放池对象出栈void PoolManager::pop()
{
    CC_ASSERT(!_releasePoolStack.empty());
    _releasePoolStack.pop_back();
}

1.4 DisplayLinkDirector

void DisplayLinkDirector::mainLoop()
{    //第一次当导演
    if (_purgeDirectorInNextLoop)
    {
        _purgeDirectorInNextLoop = false;
        purgeDirector();//进行清理工作
    }    else if (! _invalid)
    {        // 绘制场景，游戏主要工作都在这里完成
        drawScene();     
        // 清空资源池
        PoolManager::getInstance()->getCurrentPool()->clear();
    }
}

根据目前的分析，我们先来捋一捋，待会儿再进一步深入。内存管理的过程是怎么样的呢？首先，创建了一个 Node 对象A，Node 继承Ref，因此 Ref 的引用计数为1；然后，A通过 autorelease 将自己放入自动释放池；drawScene() 完成后，一帧结束，Director 通过释放池将池中的对象 clear()，即对 Node 对象A进行 release() 操作。A的引用计数变为0，执行 delete 释放A对象。

接下来我们继续介绍另外几个与内存管理有关的类。

2、第二部分

Node 类：提供了 addChild 和 removeChild 方法来创建游戏的节点树。

Vector 类：封装了对于对象的 retain 操作和 release 操作。

2.1 Node

// 添加节点void Node::addChild(Node *child)
{
    CCASSERT( child != nullptr, "Argument must be non-nil");
    this->addChild(child, child->_localZOrder, child->_name); // 经过这个方法-->addChildHelper-->insertChild，完成retain操作}// 移除节点void Node::removeChild(Node* child, bool cleanup /* = true */)
{    //
    if (_children.empty())
    {        return;
    }    // 
    ssize_t index = _children.getIndex(child);    if( index != CC_INVALID_INDEX )
        this->detachChild( child, index, cleanup );//注意这个函数}// 插入节点void Node::insertChild(Node* child, int z)
{
    _transformUpdated = true;
    _reorderChildDirty = true;
    _children.pushBack(child);// pushBack方法对节点进行了retain
    child->_setLocalZOrder(z);
}// 剥离节点void Node::detachChild(Node *child, ssize_t childIndex, bool doCleanup)
{    
    ...// 部分省略

    _children.erase(childIndex);// erase方法对节点进行了release}

2.2 Vector

// 这里仅展示与Node类相关的内存管理的部分

// 将对象入栈，引用+1void pushBack(T object)
{    CCASSERT(object != nullptr, "The object should not be nullptr");
    _data.push_back( object );    object->retain(); // 进行了retain
}

// 将目标位置的对象移除iterator erase(ssize_t index)
{    CCASSERT(!_data.empty() && index >=0 && index release(); // 进行了release    return _data.erase(it);
}

到这里，终于可以把故事完整地讲一遍了。内存管理的过程是怎么样的呢？首先，创建了一个 Node 对象A， Node 继承 Ref，因此 Ref 的引用计数为1；然后A又通过 autorelease 将自己放入自动释放池；接着，有个 Node 对象B，B通过 addChild(A) 使得A的引用+1；几个 mainLoop 后，B通过 removeChild(A) 使得A的引用-1；这个 mainLoop 的 drawScene() 完成后，一帧结束， Director 通过释放池将池中的对象 clear()，即对 Node 对象A进行 release 操作。A的引用计数变为0，执行 delete 释放A对象。

3、高阶用法

之所以称为高阶用法，是因为，如果开发者对 Cocos 的内存管理机制理解不够深刻，那么很可能会用错而导致损失大于收益。另一方面，这类用法在平时很少会用到。

3.1 使用 retain 来延长对象的生存时间

在开发过程中，如果需要使用一个节点对象，但是又不想把它放到节点树里面去。那么就可以使用 retain 来避免对象被自动释放掉。

3.2 使用 PoolManager 的 push 来延长对象的生存时间

有些情况下，希望闲置对象晚一帧进行销毁，可以使用 push 把当前释放池推入栈底，那么这一帧结束的时候只会释放刚 push 进去的释放池。

笔者本身还没有机会使用过高阶用法，如果有小伙伴发现了高阶用法在实际问题中的应用，敬请留言交流。