在 iOS 應用開發中，內存管理一直是確保應用性能和效率的重要方面。自動參考計數（Automatic Reference Counting, ARC）大大簡化了內存管理的過程。本文在深入解析 ARC 的運作機制，比較它與 MRC 的區別，並探討 iOS 在不同情境下的內存管理策略。
ARC 簡介：自動化的內存管理
ARC，或稱自動參考計數，是 LLVM 編譯器和 Runtime 系統合作的結果，自動管理 reference type 的 instance object 被引用的次數。與手動參考計數（Manual Reference Counting, MRC）相比，開發者不再需要手動插入 retain 和 release 代碼，大幅降低了內存泄露和其他內存問題的風險。
ARC 的工作原理：
- Value Type vs. Reference Type：ARC 僅管理 reference type 的 instances，如 class 的實例，而非 value type（如 struct 和 enum）。
- Retain Counts 的管理：
- Strong Reference：當你聲明一個 class instance 為 strong reference 時，ARC 會自動將其 retain count +1。
- Weak 和 Unowned Reference：與 strong reference 相對，這兩種參考不會增加 instance 的 retain count，幫助解決循環引用的問題。
從 MRC 到 ARC：內存管理的進化
在 ARC 之前，iOS 開發者必須手動管理內存，這要求他們精確地控制每個 object 的生命週期。這不僅耗時且易出錯，還增加了開發的複雜度。ARC 的引入，讓 LLVM 在編譯時自動插入內存管理代碼，從根本上解決了這一挑戰。
ARC 與垃圾回收：兩種內存管理策略的比較
不同於 Java 或 C# 中的垃圾回收（Garbage Collection, GC），GC 在運行時動態管理內存，可能會導致性能不穩定。相反，ARC 在編譯時期就處理好了內存管理問題，提供了更加穩定和預測的性能表現。
iOS 的進階內存管理技術
雖然 ARC 大大簡化了內存管理，但 iOS 開發還包括其他進階技術，如
- TaggedPointer: 對小的 instance object 如 NSNumber 就使用 TaggedPointer 來記錄
- NONPOINTER_ISA: isa pointer 在 64 bit 的架構下，雖然會在 memory 中佔 64 bits，但實際上只需 40 bits 就可以儲存所有的資訊，因此 iOS 為了節省空間，剩餘 24 bits 可用來儲存內存管理所需的相關數據
- Side Tables: 以 instance object 的 pointer 為 index 的 hash table，value 為 retain count table(RefcountMap) 以及 weak referenced table(weak_table_t)
iOS 可用 O(1) 的時間找到其 instance object 所對應的 retain count table 以及 weak referenced table
且使用 spin lock 確保再多線程的環境下，可以 thread safe 地讀寫 side table(每 8 個 tables 配一個 spin lock，確保系統可以同時訪問多組 tables)
