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C 指针与 OC 对象之间的转换

Core Foundation 框架

Core Foundation 框架 (CoreFoundation.framework) 是一组 C 语言接口， 简称 CF.

它们为 iOS 应用程序提供基本数据管理和服务功能.

如 Core Graphics、Core Text，并且我们可能需要将 CF 对象和OC 对象进行相互转化，ARC 下，编译器不会自动管理 CF 对象的内存，我们需要手动管理.

创建一个 CF 对象使用后, 需要使用 CFRelease 将其手动释放, 换句话说, Core Foundation 对象类型不在 ARC 管理范畴内.

如何将 CF 和 OC 对象有效的结合起来, 在 ARC 环境下, 提供了 桥接 的技术, 即 ARC 下 OC 对象和 Core Foundation 对象之间的桥梁.

ARC 桥接

ARC 下 C 指针与 OC 指针(对象)之间转换, 一般会用到下面的方法.

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__bridge_retained <#CF type#>)<#expression#>

__bridge_transfer <#Objective-C type#>)<#expression#>

__bridge <#type#>)<#expression#>

也就是所谓的 桥接, 它是 Object-C 在 ARC 环境下开发出来的一种用作转换 C 指针跟 OC (类)指针的一种转换技术, 所以是 ARC 下的称谓, 在 MRC 下没有 桥接.

针对内存管理问题，ARC 可以管理 Objective-C 对象, 但不支持 Core Foundation 对象的管理，所以转换后要注意一个问题：谁来释放使用后的对象.

结合 ARC 和 内存管理, 下面分别介绍一下.

Core Foundation 对象必须使用 CFRetain 和 CFRelease 来进行内存管理.
当使用 Objective-C 和 Core Foundation 对象相互转换的时候，必须让编译器知道，到底由谁来负责释放对象，是否交给 ARC 处理, 只有正确的处理，才能避免内存泄漏和 double free 导致程序崩溃.

__bridge_retained <#CF type#>)<#expression#>

__bridge_retained 等同于 CFBridgingRetain().

将 Objective-C 对象转换为 Core Foundation 对象，把对象所有权桥接给 Core Foundation 对象，同时剥夺 ARC 的管理权，后续需要开发者使用 CFRelease 或者相关方法手动来释放 CF 对象.

示例:

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void *cPointer;
NSObject *objc = [[NSObject alloc] init];

//将 OC 对象转换为 C 指针
cPointer = (__bridge_retained void*)objc;

//use cPointer ...

//需要释放资源
CFRelease(cPointer);

在 ARC 下, CFBridgingRetain 实现如下:

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NS_INLINE CF_RETURNS_RETAINED CFTypeRef _Nullable CFBridgingRetain(id _Nullable X) {
    return (__bridge_retained CFTypeRef)X;
}

关于 CFTypeRef, 如下:

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typedef const CF_BRIDGED_TYPE(id) void * CFTypeRef;

所以 CFBridgingRetain 返回值是 const void * 类型的.

上面的示例可以改写为:

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const void *cPointer;
const NSObject *objc = [[NSObject alloc] init];
cPointer = CFBridgingRetain(objc);
    
//use cPointer ...
    
CFRelease(cPointer);

__bridge_transfer <#Objective-C type#>)<#expression#>

__bridge_transfer 等同于 CFBridgingRelease().

将非 OC 对象转换为 OC 对象，同时将对象的管理权交给 ARC，开发者无需手动管理内存.

示例:

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CFUUIDRef uuid = CFUUIDCreate(kCFAllocatorDefault);
CFStringRef strUUID = CFUUIDCreateString(kCFAllocatorDefault, uuid);
NSString *str = (__bridge_transfer NSString *)strUUID;

//无需释放 strUUID
//CFRelease(strUUID);

CFRelease(uuid);

CFBridgingRelease 实现如下:

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NS_INLINE id _Nullable CFBridgingRelease(CFTypeRef CF_CONSUMED _Nullable X) {
    return (__bridge_transfer id)X;
}

上面的示例可以改写为:

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CFUUIDRef uuid = CFUUIDCreate(kCFAllocatorDefault);
CFStringRef strUUID = CFUUIDCreateString(kCFAllocatorDefault, uuid);
NSString *str = CFBridgingRelease(strUUID);
    
//无需释放 strUUID
//CFRelease(strUUID);
    
CFRelease(uuid);

__bridge

__bridge 不改变对象所有权, 需要我们自己来管理内存, 它也是我们经常使用的方法, 从某种程度上来说, 它是上面两个方法的简化版本.

__bridge 可以将 OC 对象 与 C 指针相互转换, 示例:

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//CFString -> OC 对象
CFStringRef cfString = CFStringCreateWithCString(kCFAllocatorDefault, "very", kCFStringEncodingUTF8);
NSString *nsString = (__bridge NSString *)cfString;
NSLog(@"CFString -> NSString: %@", nsString);
CFRelease(cfString);

如果将 CFRelease(cfString) 注释掉, Xcode 的静态检测器会告诉你有内存泄露的情况, 如图:
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再来另外一个例子, 如下:

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//OC 对象 -> CFString
NSString *nstr = @"itman";
CFStringRef cfStringRef = (__bridge CFStringRef)nstr;
NSLog(@"NSString -> CFString: %@", cfStringRef);
CFRelease(cfStringRef);

无论是使用 CFRelease(cfStringRef), 还是注释掉 CFRelease(cfStringRef), 静态检测器都不会报错. 说明这种情况下, 当前的内存管理已经被 OC 对象管理.

经典例子

NSString 与 CFString 转换

1、NSString → CFString

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{
    NSString *string = @"veryitman.com";
    // 方法1: 不需要释放
    CFStringRef cfStr = (__bridge CFStringRef)string;
    
    // 方法2: 需要释放, 这里 retain 了
    CFStringRef cfStr2 = (__bridge_retained CFStringRef)string;
    CFRelease(cfStr2);
}

2、CFString → NSString

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CFStringRef cfStr = CFStringCreateWithCString(kCFAllocatorDefault, "veryitman", kCFStringEncodingUnicode);
    
// 方法1: 需要释放
NSString *string = (__bridge NSString *)cfStr;
NSLog(@"OC string: %@", string);
CFRelease(cfStr);
    
// 方法2: 不需要释放, __bridge_transfer 自带 release
string = (__bridge_transfer NSString *)cfStr;

野指针

运行下面的示例:

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void *p;
{
    NSObject *objc = [[NSObject alloc] init];
    p = (__bridge void*)objc;
}
    
NSLog(@"mark: %@", (__bridge NSObject*)p);

会直接 crash, 如图:

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当 objc 这个对象超出作用域范围，其内存就会被回收，接着在作用域范围外用 void *p 去访问 objc 的内存，就造成了野指针.

结合上面所说的, 我们可以让指针 p 对 objc 进行引用即 retain 操作, 修改如下:

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void *p;
{
    NSObject *objc = [[NSObject alloc] init];
    //p = (__bridge void*)objc;
    p = (__bridge_retained void*)objc;
}
    
NSLog(@"mark: %@", (__bridge NSObject*)p);
    
// 一定要释放
CFRelease(p);

可以正常的运行. 还可以修改为另一种方式:

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void *p;
{
    NSObject *objc = [[NSObject alloc] init];
    //p = (__bridge void*)objc;
    //p = (__bridge_retained void*)objc;
    p = (void *)CFBridgingRetain(objc);
}
    
NSLog(@"mark: %@", (__bridge NSObject*)p);
    
// 一定要释放
CFRelease(p);

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