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  • 内存管理有哪方式

    千次阅读 2013-10-07 21:22:12
    常见的内存管理方式块式管理,业式管理, 段式管理, 段业式管理。 最长用的是段业式管理。 (1) 块式管理:把主存分为一块一块的,当所需的程序片段不再主存时就分配一块主存空间,把程序load入主存,就算...

    常见的内存管理方式有块式管理,业式管理, 段式管理, 段业式管理。

    最长用的是段业式管理。

    1) 块式管理:把主存分为一块一块的,当所需的程序片段不再主存时就分配一块主存空间,把程序load入主存,就算所需的程序片段只有几个字节也只能把这一块都分给他,造成很大的浪费,但易于管理。

    2) 业式管理:把主存分为一页一页的,每一页的空间要比一块小很多,显然这种分法的空间利用率要比块式管理高很多。

    3) 段式管理:把主存分为一段一段的,每一段的空间要比一页小很多,这种方法在空间利用率上比业式管理高很多,但有另外一个缺点:一个程序片段可能会被分为几十段,这样很多时间就会被浪费在计算每一段的物理地址上。

    4) 段业式管理:结合了段式和业式的优点。把主存先分为若干段,每个段又分成若干业。

    段业式管理每取一数据要访问3次内存:

    第一次是由段表地址寄存器段表始址后访问段表,由此取出对应段的页表在内存中的地址

    第二次则是访问页表得到所要访问的物理地址
    第三次才能访问真正需要访问的物理单元

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  • 主要是介绍一下常用内存管理算法以及相关的数据结构. 三类型: 1 sequential fit 包括first fit,next fit,以及best fit 这种算法的实现基本来说都是基于一个双向链表或者循环链表来保存所有的free...
    主要是介绍一下常用的内存管理算法以及相关的数据结构. 

    三种类型:
    1 sequential fit

    包括first fit,next fit,以及best fit

    这种算法的实现基本来说都是基于一个双向链表或者循环链表来保存所有的free memory.而且一般都会使用kunth的boundary tag算法来合并临近的内存(这个算法可以去网上搜索下,这里就不介绍了).

    其中free block的顺序一般为FIFO,LIFO或者address order(AO).

    而从free list中分配block则有三种方法. 第一种 就是 first fit,也就是从头开始搜索,找到第一个可以满足请求大小的block. 第二种是next fit,它是从最后一次搜索停止的地方开始搜索,找到下一个满足请求大小的block.
    第三种是best fit,它是每次都是遍历list,然后找到满足请求大小的最小的那个block.

    fist fit : 当找到的block比请求的大的话,就分割这个block将剩余的插入到free list中.我们可以看到,这样的话会使得前面的block越来越小,从而导致每次搜索都会越来越远.

    next fit: 可以看做是优化版的 first fit.

    best fit: 它是从生成的内存碎片来看,最好的一种策略,因为它会产生最小的碎片.可是由于它会每次遍历所有block,所以它的效率比较低.为了解决它的碎片问题,那就是每次提交给请求者的内存都会大于等于它的请求值.不过这样会导致内存浪费. 而segreganted fit算法可以看做是best fit的一种很好的补充(下面会介绍这个算法).


    2 segreganted free list

    这种数据结构其实也就是将相同大小的block放在一个链表,然后将将这些链表再组合成一个链表或者数组(可以看到memcached也就是用的这种算法).当请求到来时,从最合适的size大小的链表中取得一个block.而一般block的大小都是2的次幂.比如2,4,8等等.

    segreganted fit算法

    也就是当请求到来时,会将每次提交的值按一定的规则对齐,然后从free list搜索的话就按对齐后的这个值来搜索,一般都是先从数组或者链表中去的当前的size class然后再在这个size class中搜索可用的block(memcached也就是使用的这种内存管理算法).


    3 buddy system

    包括binary buddy和double buddy.

    buddy system可以说是segreganted free list的一个变体.它只不过提供了一个受限制的但是高效的分割和组合内存块的算法.在一个简单的buddy结构中,整个内存堆被分为两个块,这两个块就称作一对buddy.而当内存请求到来时,它会像segreganted free list中处理的那样,先将请求大小对齐,然后再递交给buddy system.将会不断地平均切割内存,直到得到一个最小的满足请求的大小的块.而当内存块被释放时,它会尝试合并内存块,而合并内存块的话,一个内存块只能和它的buddy合并.


    可以看下面的图:





    binary buddy

    这个是最简单的也是最流行的,所有的buddy大小都是2的次幂,然后每次分割都是将一个块分为相等的两个块.这个缺点就是容易造成内存碎片.

    Fibonacci buddy

    和binary buddy 类似,只不过buddy大小是按Fibonacci排列(16, 32, 48, 80, 128, 208...)

    double buddy

    这个它会使用两个buddy system,比如一个是按binary buddy(2,4,8,16...)而另一个则使用2的倍数并且起始数是一个不同的值(3,6,12....).当请求到来,会选择一个最合适的块.这个会很大的降低内存碎片.

    通过这个解决方法我们也可以在segreganted fit中使用,也就是我们可以提供两种机制,也就是每次提供一对内存块给请求,然后选择最合适的(可以试下改进memcached).
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  • 内存管理:这个是系统进程要干的活,对于不同的操作系统选用管理方式是不一样的,但是现在基本不用分区管理的 内存分配算法,大体来说分为:连续式分配 与 非连续式分配 顾名思义连续式分配就是把所以要执行的...

    内存管理:这个是系统进程要干的活,对于不同的操作系统选用哪一种管理方式是不一样的,但是现在基本不用分区管理的

    内存分配算法,大体来说分为:连续式分配 与 非连续式分配
    顾名思义连续式分配就是把所以要执行的程序 完整的,有序的 存入内存,连续式分配又可以分为固定分区分配 和 动态分区分配
    非连续式分配就是把要执行的程序按照一定规则进行拆分,显然这样更有效率,现在的操作系统通常也都是采用这种方式分配内存

    1:分区管理
    2:页式管理
    3:段式管理
    4:段页式管理:结合页式管理和段式管理来的

    在分区管理中给作业分配内存时选择哪一个分区有三种分配的策略

    参考添加链接描述

    1:首次适应算法
    2:最佳适应算法
    3:最坏适应算法
    4:邻近适应算法:又称循环首次适应算法,由首次适应法演变而成,不同之处是分配内存时从上一次查找结束的位置开始继续查找

    根据分配的时机就有了静态分配和动态分配:
    所谓动态分区分配,就是指内存在初始时不会划分区域,而是会在进程装入时,根据所要装入的进程大小动态地对内存空间进行划分,以提高内存空间利用率,降低碎片的大小。

    缓存算法:

    缓存 : 凡是位于速度相差较大的两种硬件之间,用于协调两者数据传输速度差异的结构,均可称之为缓存(Cache)。
    FIFO:(First In First Out):最先进最先出
    LRU:(Least Recently Used)::最近最少使用算法
    LFU(Least Frequently Used):最不经常使用算法

    LFU和LRU的区别

    参考添加链接描述
    两者判断的标准不一样,LFU判断的标准是频率,LRU是时间
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    实现方法:
    在这里插入图片描述

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  • 常用内存调试技巧,包括以下几: 启用Zombie Object进行悬挂指针的检测。 应用Product -> Analysis进行内存泄露的初步检测。 可以在xcode的build setting中打开implicit retain of ‘self’ within blocks,...

    常用的内存调试技巧,包括以下几种:

    • 启用Zombie Object进行悬挂指针的检测。
    • 应用Product -> Analysis进行内存泄露的初步检测。
    • 可以在xcode的build setting中打开implicit retain of ‘self’ within blocks,xcode编译器会给出警告,逐个排查警告
    • 应用Leak Instrument进行内存泄露查找。
    • 在以上方法不奏效的情况下,通过查看dealloc是否调用查看某个class是否泄露的问题。

    具体操作方法:

    166109-00c90f0f030c3665.png

    在往下看之前请下载实例MemoryProblems,我们将以这个工程展开如何检查和解决内存问题。

    悬挂指针问题

    悬挂指针(Dangling Pointer)就是当指针指向的对象已经释放或回收后,但没有对指针做任何修改(一般来说,将它指向空指针),而是仍然指向原来已经回收的地址。如果指针指向的对象已经释放,但仍然使用,那么就会导致程序crash。

    当你运行MemoryProblems后,点击悬挂指针那个选项,就会出现EXC_BAD_ACCESS崩溃信息。

    166109-14751cda6424d749.png

    我们看看这个NameListViewController是做什么的?它继承UITableViewController,主要显示多个名字的信息。它的实现文件如下:

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    static NSString *const kNameCellIdentifier = @"NameCell";
     
    @interface NameListViewController ()
     
    #pragma mark - Model
    @property (strong, nonatomic) NSArray *nameList;
     
    #pragma mark - Data source
    @property (assign, nonatomic) ArrayDataSource *dataSource;
     
    @end
     
    @implementation NameListViewController
     
    - (void)viewDidLoad {
        [super viewDidLoad];
     
        self.tableView.dataSource = self.dataSource;
    }
     
    #pragma mark - Lazy initialization
    - (NSArray *)nameList
    {
        if (!_nameList) {
            _nameList = @[@"Sam", @"Mike", @"John", @"Paul", @"Jason"];
        }
        return _nameList;
    }
     
    - (ArrayDataSource *)dataSource
    {
        if (!_dataSource) {
            _dataSource = [[ArrayDataSource alloc] initWithItems:self.nameList
                                                  cellIdentifier:kNameCellIdentifier
                                                  tableViewStyle:UITableViewCellStyleDefault
                                              configureCellBlock:^(UITableViewCell *cell, NSString *item, NSIndexPath *indexPath) {
                cell.textLabel.text = item;
            }];
        }
        return _dataSource;
    }
     
    @end

    要想通过tableView显示数据,首先要实现UITableViewDataSource这个协议,为了瘦身controller和复用data source,我将它分离到一个类ArrayDataSource来实现UITableViewDataSource这个协议。然后在viewDidLoad方法里面将dataSource赋值给tableView.dataSource。

    解释完NameListViewController的职责后,接下来我们需要思考出现EXC_BAD_ACCESS错误的原因和位置信息。

    一般来说,出现EXC_BAD_ACCESS错误的原因都是悬挂指针导致的,但具体是哪个指针是悬挂指针还不确定,因为控制台并没有给出具体crash信息。

    启用NSZombieEnabled

    要想得到更多的crash信息,你需要启动NSZombieEnabled。具体步骤如下:

    1.选中Edit Scheme,并点击

    166109-f4e0337f766e1e89.png

    2.Run -> Diagnostics -> Enable Zombie Objects

    166109-ae4f6b55212b75a9.png

    设置完之后,再次运行和点击悬挂指针,虽然会再次crash,但这次控制台打印了以下有用信息:

    166109-9fe90d621bf6ce06.png

    信息message sent to deallocated instance 0x7fe19b081760大意是向一个已释放对象发送信息,也就是已释放对象还调用某个方法。现在我们大概知道什么原因导致程序会crash,但是具体哪个对象被释放还仍然使用呢?

    点击上面红色框的Continue program execution按钮继续运行,截图如下:

    166109-654444b25d8c5155.png

    留意上面的两个红色框,它们两个地址是一样,而且ArrayDataSource前面有个_NSZombie_修饰符,说明dataSource对象被释放还仍然使用。

    再进一步看dataSource声明属性的修饰符是assign

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    #pragma mark - Data source
    @property (assign, nonatomic) ArrayDataSource *dataSource;

    而assign对应就是__unsafe_unretained,它跟__weak相似,被它修饰的变量都不持有对象的所有权,但当变量指向的对象的RC为0时,变量并不设置为nil,而是继续保存对象的地址。

    因此,在viewDidLoad方法中

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    - (void)viewDidLoad {
        [super viewDidLoad];
         
        self.tableView.dataSource = self.dataSource;    
        /*  由于dataSource是被assign修饰,self.dataSource赋值后,它对象的对象就马上释放,
         *  而self.tableView.dataSource也不是strong,而是weak,此时仍然使用,所有会导致程序crash
         */
    }

    分析完原因和定位错误代码后,至于如何修改,我想大家都心知肚明了,如果还不知道的话,留言给我。

    内存泄露问题

    还记得上一篇iOS/OS X内存管理(一):基本概念与原理的引用循环例子吗?它会导致内存泄露,上次只是文字描述,不怎么直观,这次我们尝试使用Instruments里面的子工具Leaks来检查内存泄露。

    静态分析

    一般来说,在程序未运行之前我们可以先通过Clang Static Analyzer(静态分析)来检查代码是否存在bug。比如,内存泄露、文件资源泄露或访问空指针的数据等。下面有个静态分析的例子来讲述如何启用静态分析以及静态分析能够查找哪些bugs。

    启动程序后,点击静态分析,马上就出现crash

    166109-036d86de2b9e9424.png

    此时,即使启用NSZombieEnabled,控制台也不能打印出更多有关bug的信息,具体原因是什么,等下会解释。

    打开StaticAnalysisViewController,里面引用Facebook Infer工具的代码例子,包含个人日常开发中会出现的bugs:

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    @implementation StaticAnalysisViewController
     
    #pragma mark - Lifecycle
    - (void)viewDidLoad
    {
        [super viewDidLoad];
     
        [self memoryLeakBug];
        [self resoureLeakBug];
        [self parameterNotNullCheckedBlockBug:nil];
        [self npeInArrayLiteralBug];
        [self prematureNilTerminationArgumentBug];
    }
     
    #pragma mark - Test methods from facebook infer iOS Hello examples
    - (void)memoryLeakBug
    {
         CGPathRef shadowPath = CGPathCreateWithRect(self.inputView.bounds, NULL);
    }
     
    - (void)resoureLeakBug
    {
        FILE *fp;
        fp=fopen("info.plist""r");
    }
     
    -(void) parameterNotNullCheckedBlockBug:(void (^)())callback {
        callback();
    }
     
    -(NSArray*) npeInArrayLiteralBug {
        NSString *str = nil;
        return @[@"horse", str, @"dolphin"];
    }
     
    -(NSArray*) prematureNilTerminationArgumentBug {
        NSString *str = nil;
        return [NSArray arrayWithObjects: @"horse", str, @"dolphin", nil];
    }
     
    @end

    下面我们通过静态分析来检查代码是否存在bugs。有两个方式:

    • 手动静态分析:每次都是通过点击菜单栏的Product -> Analyze或快捷键shift + command + b

    166109-a890797a4457159d.png

    • 自动静态分析:在Build Settings启用Analyze During 'Build',每次编译时都会自动静态分析

    166109-5c1dcdd871fcb891.png

    静态分析结果如下:

    166109-6c032a57f0fef09b.png

    通过静态分析结果,我们来分析一下为什么NSZombieEnabled不能定位EXC_BAD_ACCESS的错误代码位置。由于callback传入进来的是null指针,而NSZombieEnabled只能针对某个已经释放对象的地址,所以启动NSZombieEnabled是不能定位的,不过可以通过静态分析可得知。

    启动Instruments

    有时使用静态分析能够检查出一些内存泄露问题,但是有时只有运行时使用Instruments才能检查到,启动Instruments步骤如下:

    1.点击Xcode的菜单栏的 Product -> Profile 启动Instruments

    166109-95b4ea305007d321.png

    2.此时,出现Instruments的工具集,选中Leaks子工具点击

    166109-379b199e81584b16.png

    3.打开Leaks工具之后,点击红色圆点按钮启动Leaks工具,在Leaks工具启动同时,模拟器或真机也跟着启动

    166109-03e04393903c0c6d.png

    4.启动Leaks工具后,它会在程序运行时记录内存分配信息和检查是否发生内存泄露。当你点击引用循环进去那个页面后,再返回到主页,就会发生内存泄露

    166109-1148d40299015b5f.gif

    内存泄露.gif

    QQ截图20160217175300.png

    如果发生内存泄露,我们怎么定位哪里发生和为什么会发生内存泄露?

    定位内存泄露

    借助Leaks能很快定位内存泄露问题,在这个例子中,步骤如下:

    • 首先点击Leak Checks时间条那个红色叉

    45.png

    • 然后双击某行内存泄露调用栈,会直接跳到内存泄露代码位置

    46.png

    分析内存泄露原因

    上面已经定位好内存泄露代码的位置,至于原因是什么?可以查看上一篇的iOS/OS X内存管理(一):基本概念与原理的循环引用例子,那里已经有详细的解释。

    难以检测Block引用循环

    大多数的内存问题都可以通过静态分析和Instrument Leak工具检测出来,但是有种block引用循环是难以检测的,看我们这个Block内存泄露例子,跟上面的悬挂指针例子差不多,只是在configureCellBlock里面调用一个方法configureCell。

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    - (ArrayDataSource *)dataSource
    {
        if (!_dataSource) {
            _dataSource = [[ArrayDataSource alloc] initWithItems:self.nameList
                                                  cellIdentifier:kNameCellIdentifier
                                                  tableViewStyle:UITableViewCellStyleDefault
                                              configureCellBlock:^(UITableViewCell *cell, NSString *item, NSIndexPath *indexPath) {
                                                  cell.textLabel.text = item;
     
                                                  [self configureCell];
                                              }];
        }
        return _dataSource;
    }
     
    - (void)configureCell
    {
        NSLog(@"Just for test");
    }
     
    - (void)dealloc
    {
        NSLog(@"release BlockLeakViewController");
    }

    我们首先用静态分析来看看能不能检查出内存泄露:

    166109-c9f8a4c970462eb6.png

    结果是没有任何内存泄露的提示,我们再用Instrument Leak工具在运行时看看能不能检查出:

    166109-68e795cea155fd8e.gif

    结果跟使用静态分析一样,还是没有任何内存泄露信息的提示。

    那么我们怎么知道这个BlockLeakViewController发生了内存泄露呢?还是根据iOS/OS X内存管理机制的一个基本原理:当某个对象的引用计数为0时,它就会自动调用- (void)dealloc方法。

    在这个例子中,如果BlockLeakViewController被navigationController pop出去后,没有调用dealloc方法,说明它的某个属性对象仍然被持有,未被释放。而我在dealloc方法打印release BlockLeakViewController信息:

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    - (void)dealloc
    {
        NSLog(@"release BlockLeakViewController");
    }

    在我点击返回按钮后,其并没有打印出来,因此这个BlockLeakViewController存在内存泄露问题的。至于如何解决block内存泄露这个问题,很多基本功扎实的同学都知道如何解决,不懂的话,自己查资料解决吧!


    Retain cycle的补充说明:

    在leak页面,选择cycle &roots 查看:

    xcode_leak_instrument_cycles_and_roots_view

    上文没有介绍的,也是比较麻烦的,就是leak instrument没法查出的内存泄露。最近在调试一个这样的问题,写点心得。
    认识工具
    参看Leaks InstrumentAllocation Instrument的官方文档。
    补充:



    • Leak Instrument有Cycles & Roots界面,见上。
    • Persistent Bytes和#Persistent。#Persistent是object的数量,也就是allocation的次数,而Persistent Bytes是具体的内存大小。#Persistent是我们需要关注的,内存有没有泄露也是看这个值是不是只增不减。
    • Allocation Instrument进行profile的时候,为Launch Configuration for Heap Allocations勾选Record reference counts
    编译参数设置
    为了保证看到代码,而不是一堆无意义的内存地址,参考The .dSYM File in Ios Project进行xcode的设置。
    通过Allocation Instrument,我们可以得到内存使用情况。为了清楚地看出是哪部分最可能是内存泄露,可以使用Call Trees视图,然后在右边:

    • 勾选Hide System Libraries,排除系统影响。
    • 勾选Invert Call Tree,使占用内存最多的分支在最前面。
    通过以上方法,可以大概确定是哪部分内存泄露。然后看看该class是不是被dealloc了。
    • 如果dealloc了,那不是本文要解决的问题。
    • 如果dealloc没有调用到,继续往下看。

    Retain Cycle导致dealloc没有被调用
    在ARC下,dealloc不能被调用,一般是因为存在Retain Cycle,而导致Retain Cycle的情况可能是下面几种可能(参考iOS Retain Cycle in ARCDealloc not being called on ARC app):
    1. Blocks
    并不是所有在block中引用self都会带来retain cycle,比如下面的代码就不会有内存泄露:


    如果dealloc没有被调用:

    1 - (void)testSelfInCocoaBlocks
    2 {
    3     NSArray *cats = @[@"Smily", @"Garfild", @"Other cat"];
    4     [cats enumerateObjectsUsingBlock:^(NSString *cat, NSUInteger idx, BOOL *stop) {
    5         [self doSomethingWithCat:cat];
    6     }];
    7 }

    因为在上面的代码中,block ratain了self,但是self中没有retain这个block。只有当block中引用了self,并且self又以某种方式(比如用一个具有strong属性的Property指向该block,或者将该block加入了self的一个具有strong属性的array中)强引用了该block,才会引起内存泄露,比如:

    1 - (void)testSelfInBlock
    2 {
    3     self.block = ^{
    4         [self doSomethingWithCat:@"Fat Cat"];
    5     };
    6 }

    有时候即使没有直接引用self,也可能导致self被retain,这叫做“implicit retain”。一种可能的情况就是在block中引用了self的实例变量,比如:

    1 - (void)testHiddenSelfInCocoaBlocks
    2 {
    3     NSArray *cats = @[@"Smily", @"Garfild", @"Other cat"];
    4     [cats enumerateObjectsUsingBlock:^(NSString *cat, NSUInteger idx, BOOL *stop) {
    5         _aCat = cat;
    6         *stop = YES;
    7     }];
    8 }

    这段code在block中引用了self的实例变量_aCat

    为了避免implicit retain,可以在xcode的build setting中打开implicit retain of ‘self’ within blocks,xcode编译器会给出警告。

    2. NSTimer
    3. Observers/NSNotificationCenter

    如果在view controller中创建了NSTimer,在消失view controller的时候需要调用invalidate,否则会产生ratain cycle。

    当我们在NSNotificationCenter的block中引用self的时候,也会产生retain cycle,比如:

    1 [[NSNotificationCenter defaultCenter] addObserverForName:@"not"
    2                                                       object:nil
    3                                                        queue:[NSOperationQueue mainQueue]
    4                                                   usingBlock:^(NSNotification *note) {
    5         [self doSomethingWithCat:@"Noty cat"];
    6     }];

    在不用的时候需要将self从NSNotificationCenter中移除。

    4. Array contained reference
    5. Delegate
    dealloc没被调用的调试

    • 勾选Record reference counts,记录retain,release和autorelease事件。
    • 为Allocation Lifespan选择All Objects Created,如果你想看到已经被dealloc的实例,这个可以不选。
    • Allocation List -> All Allocations 中可以搜索自己感兴趣的class。
    • 在reference count页面,注意使用Alluppair等进行过滤。
    关于ARC下的retainCount

    比如在view controller中将self放在了一个array中,而这个array在view controller消失的时候不会被释放,view controller的dealloc就不会被调用。

    delegate的属性应该为weak。

    调试dealloc没有被调用的情况,参考Instruments Allocations track alloc and dealloc of objects of user defined classes,可以看到对应实例在整个生命周期中发生的所有和内存有关的事件,包括malloc,ratain,release等和每次事件的call stack。注意其中的两项设置:

    在ARC之前,我们可以使用retainCount得到一个Object被retain的次数。 引入ARC之后,这个方法不能在code中使用,可以使用下面的方法获得retain的次数:

    NSLog(@"Retain count is %ld", CFGetRetainCount((__bridge CFTypeRef)myObject));

    或者通过设置断点,在调试窗口输入如下命令:

    po object.retainCount

    我们什么时候使用retainCount?Never!

    总结

    一般来说,在创建工程的时候,我都会在Build Settings启用Analyze During 'Build',每次编译时都会自动静态分析。这样的话,写完一小段代码之后,就马上知道是否存在内存泄露或其他bug问题,并且可以修bugs。而在运行过程中,如果出现EXC_BAD_ACCESS,启用NSZombieEnabled,看出现异常后,控制台能否打印出更多的提示信息。如果想在运行时查看是否存在内存泄露,使用Instrument Leak工具。但是有些内存泄露是很难检查出来,有时只有通过手动覆盖dealloc方法,看它最终有没有调用。


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