Godot中的内存管理机制一、引用计数篇

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引用计数原理

引用计数是一种常见的内存管理技术，主要用于跟踪对象被引用的次数。每当一个对象被创建时，它的引用计数被初始化为1。当对象被另一个对象引用时，其引用计数+1；当引用被释放时，引用计数-1。当对象的引用计数为0时，表示没有任何引用指向该对象，系统可以安全地回收其内存。

Godot中的引用计数

本文写作时基于当前Godot的最新稳定版本：4.3-stable而编写。

基本原理：

在Godot 4.3版本中，引用计数是通过类RefCounted和模板类Ref<T>实现的，主要用于管理对象的内存生命周期，以防止内存泄漏和提高内存使用效率。

引用计数的管理：

每个可引用计数的对象都会维护一个引用计数器，该计数器记录了对象被引用的次数。当新的引用创建时，计数器增加；当引用被销毁时，计数器减少。

对象生命周期：

当对象的引用计数降到0时，对象会被自动销毁，释放所占用的内存资源。

源码分析：

object.cpp

我们首先分析object.cpp文件，相对路径为core/object/object.cpp

这段代码中，_ObjectDebugLock的构造函数调用了ref()来增加对象的引用计数，而析构函数则调用了unref()来减少引用计数。这确保了在_ObjectDebugLock的生命周期内，对象不会被误删除。这表明Godot 在Debug模式下确实使用引用计数机制来管理对象的生命周期，通过引用计数确保对象在其生命周期内的安全和有效管理。

而Release模式下的引用计数操作被简化了，主要通过预处理宏来控制：

在这里，OBJ_DEBUG_LOCK宏在调试模式（DEBUG_ENABLED）下定义为创建一个_ObjectDebugLock实例，这会自动地增加和减少引用计数。而在非调试（Release）模式下，OBJ_DEBUG_LOCK被定义为空，意味着不进行引用计数的增减操作。

这样的设计表明，在release模式下，Godot可能依赖其他机制（如更高层的管理策略或者简单地依赖于更少的安全检查）来管理对象的生命周期，以优化性能。这种在Debug和Release模式下不同的处理方式在很多现代软件开发环境中都很常见，为的是在开发和测试阶段提供更多的安全性和错误检查，在实际发布时则优化性能。

object.cpp 中，关于引用计数的实现，可以参考下面的一些代码片段：

引用计数的增减

引用计数的管理是通过对每个Object类对象的引用和解引用操作来进行的。下面是相关代码示例：

在这里，reference() 和 unreference() 函数用于修改引用计数，并检查对象是否应该被销毁。

对象构造与析构

对象在构造和析构时，会对引用计数进行管理，以确保资源正确释放：

这段代码中，ObjectDB::add_instance(this) 和 ObjectDB::remove_instance(this) 分别在对象创建和销毁时被调用，它们负责注册和注销对象实例，确保引用计数的正确管理。

对象在构造时会注册到 ObjectDB，在析构时会从中注销，确保所有对象都能被追踪和管理。

信号的连接状态受引用计数的影响

emit_signal、connect 和 disconnect 函数允许对象之间通过信号进行通信，而信号的连接状态也受引用计数的影响，防止悬空指针和非法访问。

emit_signal函数:emit_signal函数用于触发一个信号，它将通知所有连接到该信号的槽函数。

引用计数相关的错误处理

在处理引用计数时，如果发现错误（如尝试解引用已经为零的引用计数），Godot 会有相应的错误处理机制：

这是一种常见的错误检查方式，用于确保在进行某些操作之前引用计数不为零，从而避免程序崩溃。

⬇️

接着我们分析ref_counted.h与ref_counted.cpp，这两个文件共同定义和实现了Godot中引用计数的核心功能,这两个文件的所在相对路径为：core/object/

ref_counted.h

定义了RefCounted基类和Ref<T>模板类。

RefCounted类包含增加reference()和减少unreference()引用计数的方法，以及获取当前引用计数get_reference_count()的方法。

Ref<T>模板类作为智能指针，自动管理指向RefCounted派生类对象的引用计数。

ref_counted.cpp

实现了RefCounted类的方法，如reference(), unreference(), 和 init_ref()。

reference()方法中，当引用计数从0增加时，会触发相关的脚本和扩展回调。

unreference()方法中，当引用计数减至0时，会触发销毁对象的操作。

在ref_counted.cpp源码中，有几个关键的功能实现细节：

init_ref()

这个方法用于初始化对象的引用计数。它首先调用reference()来增加引用计数，如果是第一次引用（即is_referenced()返回false），会再调用unreference()来抵消之前的引用增加，以确保初始状态正确。

reference()

reference() 方法增加对象的引用计数，并在引用计数改变后调用脚本层的refcount_incremented()（如果有脚本实例的话），以及处理可能的扩展逻辑（通过_get_extension()方法）。如果引用计数从0变为1，这表示对象由无引用状态变为有引用状态。

unreference()

unreference()方法减少引用计数，并在引用计数为0时返回true，表示对象可以被删除。和reference()类似，unreference()在减少引用计数后也会调用脚本层的refcount_decremented()和处理扩展逻辑。

弱引用类 WeakRef

WeakRef类提供了一个弱引用机制，允许引用Object但不增加其引用计数，从而避免循环引用问题。它包含：

get_ref() 方法：返回对应的强引用对象（如果存在）。

set_obj() 和 set_ref() 方法：设置弱引用指向的对象。

Node、Resource

在 Godot 中，有些类如 Node 或 Resource 继承自 RefCounted，这意味着它们是引用计数的。这些类型的实例在引用计数为零时将被自动删除。

未完待续

Godot中的内存管理机制二、对象循环引用篇

Godot中的内存管理机制三、内存管理注意事项