Как работает Automatic Reference Counting (ARC) во время выполнения программы?

ARC (Automatic Reference Counting) — это механизм управления памятью в Swift и Objective-C, который автоматически подсчитывает сильные ссылки на экземпляры классов во время выполнения (runtime) и освобождает память, когда счетчик достигает нуля.

Принцип работы во время выполнения:

1. Создание объекта: При вызове init() ARC выделяет память и инициализирует счетчик ссылок (Retain Count, RC) равным 1.
2. Увеличение счетчика (Retain): При каждом присваивании объекта новой сильной (strong) переменной или константе, runtime увеличивает RC.

   class MyClass {}
   var obj1: MyClass? = MyClass() // RC = 1 после init
   var obj2 = obj1 // RC = 2 (новая сильная ссылка)

3. Уменьшение счетчика (Release): Когда сильная ссылка выходит из области видимости (например, функция завершилась) или ей присваивается nil, runtime уменьшает RC.

   func scope() {
       let temp = MyClass() // RC = 1 внутри функции
   } // При выходе из функции `temp` уничтожается, RC = 0 -> память освобождается

4. Освобождение памяти (Deallocation): В момент, когда RC становится равным 0, runtime немедленно вызывает деинициализатор deinit и освобождает занятую объектом память.

Что делает runtime для реализации ARC:

• Вставляет вызовы retain и release в скомпилированный код в соответствующих местах.
• Ведет скрытую таблицу ссылок для каждого объекта.
• При оптимизациях (например, -O) может пропускать избыточные вызовы retain/release.

Важное следствие: ARC не управляет циклическими ссылками (когда два объекта сильно ссылаются друг на друга). Для их разрыва необходимо использовать weak (счетчик не увеличивается) или unowned ссылки.

Пример полного цикла:

class Person {
    var apartment: Apartment?
    deinit { print("Person freed") }
}
class Apartment {
    weak var tenant: Person? // `weak` разрывает цикл
    deinit { print("Apartment freed") }
}

var john: Person? = Person() // Person RC = 1
var unit4A: Apartment? = Apartment() // Apartment RC = 1

john?.apartment = unit4A // Apartment RC = 2 (сильная ссылка из john)
unit4A?.tenant = john // Person RC НЕ увеличивается, так как ссылка weak

john = nil // Person RC = 0 -> "Person freed"
// Теперь ссылка из apartment на john = nil
unit4A = nil // Apartment RC = 0 -> "Apartment freed"