[libc++][doc] Update the release notes for LLVM 18 (#78324)
[llvm-project.git] / clang / docs / AutomaticReferenceCounting.rst
blobbcac73215c9d32e9479441821cdaa1ca008d92e2
1 .. FIXME: move to the stylesheet or Sphinx plugin
3 .. raw:: html
5   <style>
6     .arc-term { font-style: italic; font-weight: bold; }
7     .revision { font-style: italic; }
8     .when-revised { font-weight: bold; font-style: normal; }
10     /*
11      * Automatic numbering is described in this article:
12      * https://dev.opera.com/articles/view/automatic-numbering-with-css-counters/
13      */
14     /*
15      * Automatic numbering for the TOC.
16      * This is wrong from the semantics point of view, since it is an ordered
17      * list, but uses "ul" tag.
18      */
19     div#contents.contents.local ul {
20       counter-reset: toc-section;
21       list-style-type: none;
22     }
23     div#contents.contents.local ul li {
24       counter-increment: toc-section;
25       background: none; // Remove bullets
26     }
27     div#contents.contents.local ul li a.reference:before {
28       content: counters(toc-section, ".") " ";
29     }
31     /* Automatic numbering for the body. */
32     body {
33       counter-reset: section subsection subsubsection;
34     }
35     .section h2 {
36       counter-reset: subsection subsubsection;
37       counter-increment: section;
38     }
39     .section h2 a.toc-backref:before {
40       content: counter(section) " ";
41     }
42     .section h3 {
43       counter-reset: subsubsection;
44       counter-increment: subsection;
45     }
46     .section h3 a.toc-backref:before {
47       content: counter(section) "." counter(subsection) " ";
48     }
49     .section h4 {
50       counter-increment: subsubsection;
51     }
52     .section h4 a.toc-backref:before {
53       content: counter(section) "." counter(subsection) "." counter(subsubsection) " ";
54     }
55   </style>
57 .. role:: arc-term
58 .. role:: revision
59 .. role:: when-revised
61 ==============================================
62 Objective-C Automatic Reference Counting (ARC)
63 ==============================================
65 .. contents::
66    :local:
68 .. _arc.meta:
70 About this document
71 ===================
73 .. _arc.meta.purpose:
75 Purpose
76 -------
78 The first and primary purpose of this document is to serve as a complete
79 technical specification of Automatic Reference Counting.  Given a core
80 Objective-C compiler and runtime, it should be possible to write a compiler and
81 runtime which implements these new semantics.
83 The secondary purpose is to act as a rationale for why ARC was designed in this
84 way.  This should remain tightly focused on the technical design and should not
85 stray into marketing speculation.
87 .. _arc.meta.background:
89 Background
90 ----------
92 This document assumes a basic familiarity with C.
94 :arc-term:`Blocks` are a C language extension for creating anonymous functions.
95 Users interact with and transfer block objects using :arc-term:`block
96 pointers`, which are represented like a normal pointer.  A block may capture
97 values from local variables; when this occurs, memory must be dynamically
98 allocated.  The initial allocation is done on the stack, but the runtime
99 provides a ``Block_copy`` function which, given a block pointer, either copies
100 the underlying block object to the heap, setting its reference count to 1 and
101 returning the new block pointer, or (if the block object is already on the
102 heap) increases its reference count by 1.  The paired function is
103 ``Block_release``, which decreases the reference count by 1 and destroys the
104 object if the count reaches zero and is on the heap.
106 Objective-C is a set of language extensions, significant enough to be
107 considered a different language.  It is a strict superset of C.  The extensions
108 can also be imposed on C++, producing a language called Objective-C++.  The
109 primary feature is a single-inheritance object system; we briefly describe the
110 modern dialect.
112 Objective-C defines a new type kind, collectively called the :arc-term:`object
113 pointer types`.  This kind has two notable builtin members, ``id`` and
114 ``Class``; ``id`` is the final supertype of all object pointers.  The validity
115 of conversions between object pointer types is not checked at runtime.  Users
116 may define :arc-term:`classes`; each class is a type, and the pointer to that
117 type is an object pointer type.  A class may have a superclass; its pointer
118 type is a subtype of its superclass's pointer type.  A class has a set of
119 :arc-term:`ivars`, fields which appear on all instances of that class.  For
120 every class *T* there's an associated metaclass; it has no fields, its
121 superclass is the metaclass of *T*'s superclass, and its metaclass is a global
122 class.  Every class has a global object whose class is the class's metaclass;
123 metaclasses have no associated type, so pointers to this object have type
124 ``Class``.
126 A class declaration (``@interface``) declares a set of :arc-term:`methods`.  A
127 method has a return type, a list of argument types, and a :arc-term:`selector`:
128 a name like ``foo:bar:baz:``, where the number of colons corresponds to the
129 number of formal arguments.  A method may be an instance method, in which case
130 it can be invoked on objects of the class, or a class method, in which case it
131 can be invoked on objects of the metaclass.  A method may be invoked by
132 providing an object (called the :arc-term:`receiver`) and a list of formal
133 arguments interspersed with the selector, like so:
135 .. code-block:: objc
137   [receiver foo: fooArg bar: barArg baz: bazArg]
139 This looks in the dynamic class of the receiver for a method with this name,
140 then in that class's superclass, etc., until it finds something it can execute.
141 The receiver "expression" may also be the name of a class, in which case the
142 actual receiver is the class object for that class, or (within method
143 definitions) it may be ``super``, in which case the lookup algorithm starts
144 with the static superclass instead of the dynamic class.  The actual methods
145 dynamically found in a class are not those declared in the ``@interface``, but
146 those defined in a separate ``@implementation`` declaration; however, when
147 compiling a call, typechecking is done based on the methods declared in the
148 ``@interface``.
150 Method declarations may also be grouped into :arc-term:`protocols`, which are not
151 inherently associated with any class, but which classes may claim to follow.
152 Object pointer types may be qualified with additional protocols that the object
153 is known to support.
155 :arc-term:`Class extensions` are collections of ivars and methods, designed to
156 allow a class's ``@interface`` to be split across multiple files; however,
157 there is still a primary implementation file which must see the
158 ``@interface``\ s of all class extensions.  :arc-term:`Categories` allow
159 methods (but not ivars) to be declared *post hoc* on an arbitrary class; the
160 methods in the category's ``@implementation`` will be dynamically added to that
161 class's method tables which the category is loaded at runtime, replacing those
162 methods in case of a collision.
164 In the standard environment, objects are allocated on the heap, and their
165 lifetime is manually managed using a reference count.  This is done using two
166 instance methods which all classes are expected to implement: ``retain``
167 increases the object's reference count by 1, whereas ``release`` decreases it
168 by 1 and calls the instance method ``dealloc`` if the count reaches 0.  To
169 simplify certain operations, there is also an :arc-term:`autorelease pool`, a
170 thread-local list of objects to call ``release`` on later; an object can be
171 added to this pool by calling ``autorelease`` on it.
173 Block pointers may be converted to type ``id``; block objects are laid out in a
174 way that makes them compatible with Objective-C objects.  There is a builtin
175 class that all block objects are considered to be objects of; this class
176 implements ``retain`` by adjusting the reference count, not by calling
177 ``Block_copy``.
179 .. _arc.meta.evolution:
181 Evolution
182 ---------
184 ARC is under continual evolution, and this document must be updated as the
185 language progresses.
187 If a change increases the expressiveness of the language, for example by
188 lifting a restriction or by adding new syntax, the change will be annotated
189 with a revision marker, like so:
191   ARC applies to Objective-C pointer types, block pointer types, and
192   :when-revised:`[beginning Apple 8.0, LLVM 3.8]` :revision:`BPTRs declared
193   within` ``extern "BCPL"`` blocks.
195 For now, it is sensible to version this document by the releases of its sole
196 implementation (and its host project), clang.  "LLVM X.Y" refers to an
197 open-source release of clang from the LLVM project.  "Apple X.Y" refers to an
198 Apple-provided release of the Apple LLVM Compiler.  Other organizations that
199 prepare their own, separately-versioned clang releases and wish to maintain
200 similar information in this document should send requests to cfe-dev.
202 If a change decreases the expressiveness of the language, for example by
203 imposing a new restriction, this should be taken as an oversight in the
204 original specification and something to be avoided in all versions.  Such
205 changes are generally to be avoided.
207 .. _arc.general:
209 General
210 =======
212 Automatic Reference Counting implements automatic memory management for
213 Objective-C objects and blocks, freeing the programmer from the need to
214 explicitly insert retains and releases.  It does not provide a cycle collector;
215 users must explicitly manage the lifetime of their objects, breaking cycles
216 manually or with weak or unsafe references.
218 ARC may be explicitly enabled with the compiler flag ``-fobjc-arc``.  It may
219 also be explicitly disabled with the compiler flag ``-fno-objc-arc``.  The last
220 of these two flags appearing on the compile line "wins".
222 If ARC is enabled, ``__has_feature(objc_arc)`` will expand to 1 in the
223 preprocessor.  For more information about ``__has_feature``, see the
224 :ref:`language extensions <langext-__has_feature-__has_extension>` document.
226 .. _arc.objects:
228 Retainable object pointers
229 ==========================
231 This section describes retainable object pointers, their basic operations, and
232 the restrictions imposed on their use under ARC.  Note in particular that it
233 covers the rules for pointer *values* (patterns of bits indicating the location
234 of a pointed-to object), not pointer *objects* (locations in memory which store
235 pointer values).  The rules for objects are covered in the next section.
237 A :arc-term:`retainable object pointer` (or "retainable pointer") is a value of
238 a :arc-term:`retainable object pointer type` ("retainable type").  There are
239 three kinds of retainable object pointer types:
241 * block pointers (formed by applying the caret (``^``) declarator sigil to a
242   function type)
243 * Objective-C object pointers (``id``, ``Class``, ``NSFoo*``, etc.)
244 * typedefs marked with ``__attribute__((NSObject))``
246 Other pointer types, such as ``int*`` and ``CFStringRef``, are not subject to
247 ARC's semantics and restrictions.
249 .. admonition:: Rationale
251   We are not at liberty to require all code to be recompiled with ARC;
252   therefore, ARC must interoperate with Objective-C code which manages retains
253   and releases manually.  In general, there are three requirements in order for
254   a compiler-supported reference-count system to provide reliable
255   interoperation:
257   * The type system must reliably identify which objects are to be managed.  An
258     ``int*`` might be a pointer to a ``malloc``'ed array, or it might be an
259     interior pointer to such an array, or it might point to some field or local
260     variable.  In contrast, values of the retainable object pointer types are
261     never interior.
263   * The type system must reliably indicate how to manage objects of a type.
264     This usually means that the type must imply a procedure for incrementing
265     and decrementing retain counts.  Supporting single-ownership objects
266     requires a lot more explicit mediation in the language.
268   * There must be reliable conventions for whether and when "ownership" is
269     passed between caller and callee, for both arguments and return values.
270     Objective-C methods follow such a convention very reliably, at least for
271     system libraries on macOS, and functions always pass objects at +0.  The
272     C-based APIs for Core Foundation objects, on the other hand, have much more
273     varied transfer semantics.
275 The use of ``__attribute__((NSObject))`` typedefs is not recommended.  If it's
276 absolutely necessary to use this attribute, be very explicit about using the
277 typedef, and do not assume that it will be preserved by language features like
278 ``__typeof`` and C++ template argument substitution.
280 .. admonition:: Rationale
282   Any compiler operation which incidentally strips type "sugar" from a type
283   will yield a type without the attribute, which may result in unexpected
284   behavior.
286 .. _arc.objects.retains:
288 Retain count semantics
289 ----------------------
291 A retainable object pointer is either a :arc-term:`null pointer` or a pointer
292 to a valid object.  Furthermore, if it has block pointer type and is not
293 ``null`` then it must actually be a pointer to a block object, and if it has
294 ``Class`` type (possibly protocol-qualified) then it must actually be a pointer
295 to a class object.  Otherwise ARC does not enforce the Objective-C type system
296 as long as the implementing methods follow the signature of the static type.
297 It is undefined behavior if ARC is exposed to an invalid pointer.
299 For ARC's purposes, a valid object is one with "well-behaved" retaining
300 operations.  Specifically, the object must be laid out such that the
301 Objective-C message send machinery can successfully send it the following
302 messages:
304 * ``retain``, taking no arguments and returning a pointer to the object.
305 * ``release``, taking no arguments and returning ``void``.
306 * ``autorelease``, taking no arguments and returning a pointer to the object.
308 The behavior of these methods is constrained in the following ways.  The term
309 :arc-term:`high-level semantics` is an intentionally vague term; the intent is
310 that programmers must implement these methods in a way such that the compiler,
311 modifying code in ways it deems safe according to these constraints, will not
312 violate their requirements.  For example, if the user puts logging statements
313 in ``retain``, they should not be surprised if those statements are executed
314 more or less often depending on optimization settings.  These constraints are
315 not exhaustive of the optimization opportunities: values held in local
316 variables are subject to additional restrictions, described later in this
317 document.
319 It is undefined behavior if a computation history featuring a send of
320 ``retain`` followed by a send of ``release`` to the same object, with no
321 intervening ``release`` on that object, is not equivalent under the high-level
322 semantics to a computation history in which these sends are removed.  Note that
323 this implies that these methods may not raise exceptions.
325 It is undefined behavior if a computation history features any use whatsoever
326 of an object following the completion of a send of ``release`` that is not
327 preceded by a send of ``retain`` to the same object.
329 The behavior of ``autorelease`` must be equivalent to sending ``release`` when
330 one of the autorelease pools currently in scope is popped.  It may not throw an
331 exception.
333 When the semantics call for performing one of these operations on a retainable
334 object pointer, if that pointer is ``null`` then the effect is a no-op.
336 All of the semantics described in this document are subject to additional
337 :ref:`optimization rules <arc.optimization>` which permit the removal or
338 optimization of operations based on local knowledge of data flow.  The
339 semantics describe the high-level behaviors that the compiler implements, not
340 an exact sequence of operations that a program will be compiled into.
342 .. _arc.objects.operands:
344 Retainable object pointers as operands and arguments
345 ----------------------------------------------------
347 In general, ARC does not perform retain or release operations when simply using
348 a retainable object pointer as an operand within an expression.  This includes:
350 * loading a retainable pointer from an object with non-weak :ref:`ownership
351   <arc.ownership>`,
352 * passing a retainable pointer as an argument to a function or method, and
353 * receiving a retainable pointer as the result of a function or method call.
355 .. admonition:: Rationale
357   While this might seem uncontroversial, it is actually unsafe when multiple
358   expressions are evaluated in "parallel", as with binary operators and calls,
359   because (for example) one expression might load from an object while another
360   writes to it.  However, C and C++ already call this undefined behavior
361   because the evaluations are unsequenced, and ARC simply exploits that here to
362   avoid needing to retain arguments across a large number of calls.
364 The remainder of this section describes exceptions to these rules, how those
365 exceptions are detected, and what those exceptions imply semantically.
367 .. _arc.objects.operands.consumed:
369 Consumed parameters
370 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
372 A function or method parameter of retainable object pointer type may be marked
373 as :arc-term:`consumed`, signifying that the callee expects to take ownership
374 of a +1 retain count.  This is done by adding the ``ns_consumed`` attribute to
375 the parameter declaration, like so:
377 .. code-block:: objc
379   void foo(__attribute((ns_consumed)) id x);
380   - (void) foo: (id) __attribute((ns_consumed)) x;
382 This attribute is part of the type of the function or method, not the type of
383 the parameter.  It controls only how the argument is passed and received.
385 When passing such an argument, ARC retains the argument prior to making the
386 call.
388 When receiving such an argument, ARC releases the argument at the end of the
389 function, subject to the usual optimizations for local values.
391 .. admonition:: Rationale
393   This formalizes direct transfers of ownership from a caller to a callee.  The
394   most common scenario here is passing the ``self`` parameter to ``init``, but
395   it is useful to generalize.  Typically, local optimization will remove any
396   extra retains and releases: on the caller side the retain will be merged with
397   a +1 source, and on the callee side the release will be rolled into the
398   initialization of the parameter.
400 The implicit ``self`` parameter of a method may be marked as consumed by adding
401 ``__attribute__((ns_consumes_self))`` to the method declaration.  Methods in
402 the ``init`` :ref:`family <arc.method-families>` are treated as if they were
403 implicitly marked with this attribute.
405 It is undefined behavior if an Objective-C message send to a method with
406 ``ns_consumed`` parameters (other than self) is made with a null receiver.  It
407 is undefined behavior if the method to which an Objective-C message send
408 statically resolves to has a different set of ``ns_consumed`` parameters than
409 the method it dynamically resolves to.  It is undefined behavior if a block or
410 function call is made through a static type with a different set of
411 ``ns_consumed`` parameters than the implementation of the called block or
412 function.
414 .. admonition:: Rationale
416   Consumed parameters with null receiver are a guaranteed leak.  Mismatches
417   with consumed parameters will cause over-retains or over-releases, depending
418   on the direction.  The rule about function calls is really just an
419   application of the existing C/C++ rule about calling functions through an
420   incompatible function type, but it's useful to state it explicitly.
422 .. _arc.object.operands.retained-return-values:
424 Retained return values
425 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
427 A function or method which returns a retainable object pointer type may be
428 marked as returning a retained value, signifying that the caller expects to take
429 ownership of a +1 retain count.  This is done by adding the
430 ``ns_returns_retained`` attribute to the function or method declaration, like
433 .. code-block:: objc
435   id foo(void) __attribute((ns_returns_retained));
436   - (id) foo __attribute((ns_returns_retained));
438 This attribute is part of the type of the function or method.
440 When returning from such a function or method, ARC retains the value at the
441 point of evaluation of the return statement, before leaving all local scopes.
443 When receiving a return result from such a function or method, ARC releases the
444 value at the end of the full-expression it is contained within, subject to the
445 usual optimizations for local values.
447 .. admonition:: Rationale
449   This formalizes direct transfers of ownership from a callee to a caller.  The
450   most common scenario this models is the retained return from ``init``,
451   ``alloc``, ``new``, and ``copy`` methods, but there are other cases in the
452   frameworks.  After optimization there are typically no extra retains and
453   releases required.
455 Methods in the ``alloc``, ``copy``, ``init``, ``mutableCopy``, and ``new``
456 :ref:`families <arc.method-families>` are implicitly marked
457 ``__attribute__((ns_returns_retained))``.  This may be suppressed by explicitly
458 marking the method ``__attribute__((ns_returns_not_retained))``.
460 It is undefined behavior if the method to which an Objective-C message send
461 statically resolves has different retain semantics on its result from the
462 method it dynamically resolves to.  It is undefined behavior if a block or
463 function call is made through a static type with different retain semantics on
464 its result from the implementation of the called block or function.
466 .. admonition:: Rationale
468   Mismatches with returned results will cause over-retains or over-releases,
469   depending on the direction.  Again, the rule about function calls is really
470   just an application of the existing C/C++ rule about calling functions
471   through an incompatible function type.
473 .. _arc.objects.operands.unretained-returns:
475 Unretained return values
476 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
478 A method or function which returns a retainable object type but does not return
479 a retained value must ensure that the object is still valid across the return
480 boundary.
482 When returning from such a function or method, ARC retains the value at the
483 point of evaluation of the return statement, then leaves all local scopes, and
484 then balances out the retain while ensuring that the value lives across the
485 call boundary.  In the worst case, this may involve an ``autorelease``, but
486 callers must not assume that the value is actually in the autorelease pool.
488 ARC performs no extra mandatory work on the caller side, although it may elect
489 to do something to shorten the lifetime of the returned value.
491 .. admonition:: Rationale
493   It is common in non-ARC code to not return an autoreleased value; therefore
494   the convention does not force either path.  It is convenient to not be
495   required to do unnecessary retains and autoreleases; this permits
496   optimizations such as eliding retain/autoreleases when it can be shown that
497   the original pointer will still be valid at the point of return.
499 A method or function may be marked with
500 ``__attribute__((ns_returns_autoreleased))`` to indicate that it returns a
501 pointer which is guaranteed to be valid at least as long as the innermost
502 autorelease pool.  There are no additional semantics enforced in the definition
503 of such a method; it merely enables optimizations in callers.
505 .. _arc.objects.operands.casts:
507 Bridged casts
508 ^^^^^^^^^^^^^
510 A :arc-term:`bridged cast` is a C-style cast annotated with one of three
511 keywords:
513 * ``(__bridge T) op`` casts the operand to the destination type ``T``.  If
514   ``T`` is a retainable object pointer type, then ``op`` must have a
515   non-retainable pointer type.  If ``T`` is a non-retainable pointer type,
516   then ``op`` must have a retainable object pointer type.  Otherwise the cast
517   is ill-formed.  There is no transfer of ownership, and ARC inserts no retain
518   operations.
519 * ``(__bridge_retained T) op`` casts the operand, which must have retainable
520   object pointer type, to the destination type, which must be a non-retainable
521   pointer type.  ARC retains the value, subject to the usual optimizations on
522   local values, and the recipient is responsible for balancing that +1.
523 * ``(__bridge_transfer T) op`` casts the operand, which must have
524   non-retainable pointer type, to the destination type, which must be a
525   retainable object pointer type.  ARC will release the value at the end of
526   the enclosing full-expression, subject to the usual optimizations on local
527   values.
529 These casts are required in order to transfer objects in and out of ARC
530 control; see the rationale in the section on :ref:`conversion of retainable
531 object pointers <arc.objects.restrictions.conversion>`.
533 Using a ``__bridge_retained`` or ``__bridge_transfer`` cast purely to convince
534 ARC to emit an unbalanced retain or release, respectively, is poor form.
536 .. _arc.objects.restrictions:
538 Restrictions
539 ------------
541 .. _arc.objects.restrictions.conversion:
543 Conversion of retainable object pointers
544 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
546 In general, a program which attempts to implicitly or explicitly convert a
547 value of retainable object pointer type to any non-retainable type, or
548 vice-versa, is ill-formed.  For example, an Objective-C object pointer shall
549 not be converted to ``void*``.  As an exception, cast to ``intptr_t`` is
550 allowed because such casts are not transferring ownership.  The :ref:`bridged
551 casts <arc.objects.operands.casts>` may be used to perform these conversions
552 where necessary.
554 .. admonition:: Rationale
556   We cannot ensure the correct management of the lifetime of objects if they
557   may be freely passed around as unmanaged types.  The bridged casts are
558   provided so that the programmer may explicitly describe whether the cast
559   transfers control into or out of ARC.
561 However, the following exceptions apply.
563 .. _arc.objects.restrictions.conversion.with.known.semantics:
565 Conversion to retainable object pointer type of expressions with known semantics
566 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
568 :when-revised:`[beginning Apple 4.0, LLVM 3.1]`
569 :revision:`These exceptions have been greatly expanded; they previously applied
570 only to a much-reduced subset which is difficult to categorize but which
571 included null pointers, message sends (under the given rules), and the various
572 global constants.`
574 An unbridged conversion to a retainable object pointer type from a type other
575 than a retainable object pointer type is ill-formed, as discussed above, unless
576 the operand of the cast has a syntactic form which is known retained, known
577 unretained, or known retain-agnostic.
579 An expression is :arc-term:`known retain-agnostic` if it is:
581 * an Objective-C string literal,
582 * a load from a ``const`` system global variable of :ref:`C retainable pointer
583   type <arc.misc.c-retainable>`, or
584 * a null pointer constant.
586 An expression is :arc-term:`known unretained` if it is an rvalue of :ref:`C
587 retainable pointer type <arc.misc.c-retainable>` and it is:
589 * a direct call to a function, and either that function has the
590   ``cf_returns_not_retained`` attribute or it is an :ref:`audited
591   <arc.misc.c-retainable.audit>` function that does not have the
592   ``cf_returns_retained`` attribute and does not follow the create/copy naming
593   convention,
594 * a message send, and the declared method either has the
595   ``cf_returns_not_retained`` attribute or it has neither the
596   ``cf_returns_retained`` attribute nor a :ref:`selector family
597   <arc.method-families>` that implies a retained result, or
598 * :when-revised:`[beginning LLVM 3.6]` :revision:`a load from a` ``const``
599   :revision:`non-system global variable.`
601 An expression is :arc-term:`known retained` if it is an rvalue of :ref:`C
602 retainable pointer type <arc.misc.c-retainable>` and it is:
604 * a message send, and the declared method either has the
605   ``cf_returns_retained`` attribute, or it does not have the
606   ``cf_returns_not_retained`` attribute but it does have a :ref:`selector
607   family <arc.method-families>` that implies a retained result.
609 Furthermore:
611 * a comma expression is classified according to its right-hand side,
612 * a statement expression is classified according to its result expression, if
613   it has one,
614 * an lvalue-to-rvalue conversion applied to an Objective-C property lvalue is
615   classified according to the underlying message send, and
616 * a conditional operator is classified according to its second and third
617   operands, if they agree in classification, or else the other if one is known
618   retain-agnostic.
620 If the cast operand is known retained, the conversion is treated as a
621 ``__bridge_transfer`` cast.  If the cast operand is known unretained or known
622 retain-agnostic, the conversion is treated as a ``__bridge`` cast.
624 .. admonition:: Rationale
626   Bridging casts are annoying.  Absent the ability to completely automate the
627   management of CF objects, however, we are left with relatively poor attempts
628   to reduce the need for a glut of explicit bridges.  Hence these rules.
630   We've so far consciously refrained from implicitly turning retained CF
631   results from function calls into ``__bridge_transfer`` casts.  The worry is
632   that some code patterns  ---  for example, creating a CF value, assigning it
633   to an ObjC-typed local, and then calling ``CFRelease`` when done  ---  are a
634   bit too likely to be accidentally accepted, leading to mysterious behavior.
636   For loads from ``const`` global variables of :ref:`C retainable pointer type
637   <arc.misc.c-retainable>`, it is reasonable to assume that global system
638   constants were initialized with true constants (e.g. string literals), but
639   user constants might have been initialized with something dynamically
640   allocated, using a global initializer.
642 .. _arc.objects.restrictions.conversion-exception-contextual:
644 Conversion from retainable object pointer type in certain contexts
645 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
647 :when-revised:`[beginning Apple 4.0, LLVM 3.1]`
649 If an expression of retainable object pointer type is explicitly cast to a
650 :ref:`C retainable pointer type <arc.misc.c-retainable>`, the program is
651 ill-formed as discussed above unless the result is immediately used:
653 * to initialize a parameter in an Objective-C message send where the parameter
654   is not marked with the ``cf_consumed`` attribute, or
655 * to initialize a parameter in a direct call to an
656   :ref:`audited <arc.misc.c-retainable.audit>` function where the parameter is
657   not marked with the ``cf_consumed`` attribute.
659 .. admonition:: Rationale
661   Consumed parameters are left out because ARC would naturally balance them
662   with a retain, which was judged too treacherous.  This is in part because
663   several of the most common consuming functions are in the ``Release`` family,
664   and it would be quite unfortunate for explicit releases to be silently
665   balanced out in this way.
667 .. _arc.ownership:
669 Ownership qualification
670 =======================
672 This section describes the behavior of *objects* of retainable object pointer
673 type; that is, locations in memory which store retainable object pointers.
675 A type is a :arc-term:`retainable object owner type` if it is a retainable
676 object pointer type or an array type whose element type is a retainable object
677 owner type.
679 An :arc-term:`ownership qualifier` is a type qualifier which applies only to
680 retainable object owner types.  An array type is ownership-qualified according
681 to its element type, and adding an ownership qualifier to an array type so
682 qualifies its element type.
684 A program is ill-formed if it attempts to apply an ownership qualifier to a
685 type which is already ownership-qualified, even if it is the same qualifier.
686 There is a single exception to this rule: an ownership qualifier may be applied
687 to a substituted template type parameter, which overrides the ownership
688 qualifier provided by the template argument.
690 When forming a function type, the result type is adjusted so that any
691 top-level ownership qualifier is deleted.
693 Except as described under the :ref:`inference rules <arc.ownership.inference>`,
694 a program is ill-formed if it attempts to form a pointer or reference type to a
695 retainable object owner type which lacks an ownership qualifier.
697 .. admonition:: Rationale
699   These rules, together with the inference rules, ensure that all objects and
700   lvalues of retainable object pointer type have an ownership qualifier.  The
701   ability to override an ownership qualifier during template substitution is
702   required to counteract the :ref:`inference of __strong for template type
703   arguments <arc.ownership.inference.template.arguments>`.  Ownership qualifiers
704   on return types are dropped because they serve no purpose there except to
705   cause spurious problems with overloading and templates.
707 There are four ownership qualifiers:
709 * ``__autoreleasing``
710 * ``__strong``
711 * ``__unsafe_unretained``
712 * ``__weak``
714 A type is :arc-term:`nontrivially ownership-qualified` if it is qualified with
715 ``__autoreleasing``, ``__strong``, or ``__weak``.
717 .. _arc.ownership.spelling:
719 Spelling
720 --------
722 The names of the ownership qualifiers are reserved for the implementation.  A
723 program may not assume that they are or are not implemented with macros, or
724 what those macros expand to.
726 An ownership qualifier may be written anywhere that any other type qualifier
727 may be written.
729 If an ownership qualifier appears in the *declaration-specifiers*, the
730 following rules apply:
732 * if the type specifier is a retainable object owner type, the qualifier
733   initially applies to that type;
735 * otherwise, if the outermost non-array declarator is a pointer
736   or block pointer declarator, the qualifier initially applies to
737   that type;
739 * otherwise the program is ill-formed.
741 * If the qualifier is so applied at a position in the declaration
742   where the next-innermost declarator is a function declarator, and
743   there is an block declarator within that function declarator, then
744   the qualifier applies instead to that block declarator and this rule
745   is considered afresh beginning from the new position.
747 If an ownership qualifier appears on the declarator name, or on the declared
748 object, it is applied to the innermost pointer or block-pointer type.
750 If an ownership qualifier appears anywhere else in a declarator, it applies to
751 the type there.
753 .. admonition:: Rationale
755   Ownership qualifiers are like ``const`` and ``volatile`` in the sense
756   that they may sensibly apply at multiple distinct positions within a
757   declarator.  However, unlike those qualifiers, there are many
758   situations where they are not meaningful, and so we make an effort
759   to "move" the qualifier to a place where it will be meaningful.  The
760   general goal is to allow the programmer to write, say, ``__strong``
761   before the entire declaration and have it apply in the leftmost
762   sensible place.
764 .. _arc.ownership.spelling.property:
766 Property declarations
767 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
769 A property of retainable object pointer type may have ownership.  If the
770 property's type is ownership-qualified, then the property has that ownership.
771 If the property has one of the following modifiers, then the property has the
772 corresponding ownership.  A property is ill-formed if it has conflicting
773 sources of ownership, or if it has redundant ownership modifiers, or if it has
774 ``__autoreleasing`` ownership.
776 * ``assign`` implies ``__unsafe_unretained`` ownership.
777 * ``copy`` implies ``__strong`` ownership, as well as the usual behavior of
778   copy semantics on the setter.
779 * ``retain`` implies ``__strong`` ownership.
780 * ``strong`` implies ``__strong`` ownership.
781 * ``unsafe_unretained`` implies ``__unsafe_unretained`` ownership.
782 * ``weak`` implies ``__weak`` ownership.
784 With the exception of ``weak``, these modifiers are available in non-ARC
785 modes.
787 A property's specified ownership is preserved in its metadata, but otherwise
788 the meaning is purely conventional unless the property is synthesized.  If a
789 property is synthesized, then the :arc-term:`associated instance variable` is
790 the instance variable which is named, possibly implicitly, by the
791 ``@synthesize`` declaration.  If the associated instance variable already
792 exists, then its ownership qualification must equal the ownership of the
793 property; otherwise, the instance variable is created with that ownership
794 qualification.
796 A property of retainable object pointer type which is synthesized without a
797 source of ownership has the ownership of its associated instance variable, if it
798 already exists; otherwise, :when-revised:`[beginning Apple 3.1, LLVM 3.1]`
799 :revision:`its ownership is implicitly` ``strong``.  Prior to this revision, it
800 was ill-formed to synthesize such a property.
802 .. admonition:: Rationale
804   Using ``strong`` by default is safe and consistent with the generic ARC rule
805   about :ref:`inferring ownership <arc.ownership.inference.variables>`.  It is,
806   unfortunately, inconsistent with the non-ARC rule which states that such
807   properties are implicitly ``assign``.  However, that rule is clearly
808   untenable in ARC, since it leads to default-unsafe code.  The main merit to
809   banning the properties is to avoid confusion with non-ARC practice, which did
810   not ultimately strike us as sufficient to justify requiring extra syntax and
811   (more importantly) forcing novices to understand ownership rules just to
812   declare a property when the default is so reasonable.  Changing the rule away
813   from non-ARC practice was acceptable because we had conservatively banned the
814   synthesis in order to give ourselves exactly this leeway.
816 Applying ``__attribute__((NSObject))`` to a property not of retainable object
817 pointer type has the same behavior it does outside of ARC: it requires the
818 property type to be some sort of pointer and permits the use of modifiers other
819 than ``assign``.  These modifiers only affect the synthesized getter and
820 setter; direct accesses to the ivar (even if synthesized) still have primitive
821 semantics, and the value in the ivar will not be automatically released during
822 deallocation.
824 .. _arc.ownership.semantics:
826 Semantics
827 ---------
829 There are five :arc-term:`managed operations` which may be performed on an
830 object of retainable object pointer type.  Each qualifier specifies different
831 semantics for each of these operations.  It is still undefined behavior to
832 access an object outside of its lifetime.
834 A load or store with "primitive semantics" has the same semantics as the
835 respective operation would have on an ``void*`` lvalue with the same alignment
836 and non-ownership qualification.
838 :arc-term:`Reading` occurs when performing a lvalue-to-rvalue conversion on an
839 object lvalue.
841 * For ``__weak`` objects, the current pointee is retained and then released at
842   the end of the current full-expression. In particular, messaging a ``__weak``
843   object keeps the object retained until the end of the full expression.
845   .. code-block:: objc
847     __weak MyObject *weakObj;
849     void foo() {
850       // weakObj is retained before the message send and released at the end of
851       // the full expression.
852       [weakObj m];
853     }
855   This must execute atomically with respect to assignments and to the final
856   release of the pointee.
857 * For all other objects, the lvalue is loaded with primitive semantics.
859 :arc-term:`Assignment` occurs when evaluating an assignment operator.  The
860 semantics vary based on the qualification:
862 * For ``__strong`` objects, the new pointee is first retained; second, the
863   lvalue is loaded with primitive semantics; third, the new pointee is stored
864   into the lvalue with primitive semantics; and finally, the old pointee is
865   released.  This is not performed atomically; external synchronization must be
866   used to make this safe in the face of concurrent loads and stores.
867 * For ``__weak`` objects, the lvalue is updated to point to the new pointee,
868   unless the new pointee is an object currently undergoing deallocation, in
869   which case the lvalue is updated to a null pointer.  This must execute
870   atomically with respect to other assignments to the object, to reads from the
871   object, and to the final release of the new pointee.
872 * For ``__unsafe_unretained`` objects, the new pointee is stored into the
873   lvalue using primitive semantics.
874 * For ``__autoreleasing`` objects, the new pointee is retained, autoreleased,
875   and stored into the lvalue using primitive semantics.
877 :arc-term:`Initialization` occurs when an object's lifetime begins, which
878 depends on its storage duration.  Initialization proceeds in two stages:
880 #. First, a null pointer is stored into the lvalue using primitive semantics.
881    This step is skipped if the object is ``__unsafe_unretained``.
882 #. Second, if the object has an initializer, that expression is evaluated and
883    then assigned into the object using the usual assignment semantics.
885 :arc-term:`Destruction` occurs when an object's lifetime ends.  In all cases it
886 is semantically equivalent to assigning a null pointer to the object, with the
887 proviso that of course the object cannot be legally read after the object's
888 lifetime ends.
890 :arc-term:`Moving` occurs in specific situations where an lvalue is "moved
891 from", meaning that its current pointee will be used but the object may be left
892 in a different (but still valid) state.  This arises with ``__block`` variables
893 and rvalue references in C++.  For ``__strong`` lvalues, moving is equivalent
894 to loading the lvalue with primitive semantics, writing a null pointer to it
895 with primitive semantics, and then releasing the result of the load at the end
896 of the current full-expression.  For all other lvalues, moving is equivalent to
897 reading the object.
899 .. _arc.ownership.restrictions:
901 Restrictions
902 ------------
904 .. _arc.ownership.restrictions.weak:
906 Weak-unavailable types
907 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
909 It is explicitly permitted for Objective-C classes to not support ``__weak``
910 references.  It is undefined behavior to perform an operation with weak
911 assignment semantics with a pointer to an Objective-C object whose class does
912 not support ``__weak`` references.
914 .. admonition:: Rationale
916   Historically, it has been possible for a class to provide its own
917   reference-count implementation by overriding ``retain``, ``release``, etc.
918   However, weak references to an object require coordination with its class's
919   reference-count implementation because, among other things, weak loads and
920   stores must be atomic with respect to the final release.  Therefore, existing
921   custom reference-count implementations will generally not support weak
922   references without additional effort.  This is unavoidable without breaking
923   binary compatibility.
925 A class may indicate that it does not support weak references by providing the
926 ``objc_arc_weak_reference_unavailable`` attribute on the class's interface declaration.  A
927 retainable object pointer type is **weak-unavailable** if
928 is a pointer to an (optionally protocol-qualified) Objective-C class ``T`` where
929 ``T`` or one of its superclasses has the ``objc_arc_weak_reference_unavailable``
930 attribute.  A program is ill-formed if it applies the ``__weak`` ownership
931 qualifier to a weak-unavailable type or if the value operand of a weak
932 assignment operation has a weak-unavailable type.
934 .. _arc.ownership.restrictions.autoreleasing:
936 Storage duration of ``__autoreleasing`` objects
937 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
939 A program is ill-formed if it declares an ``__autoreleasing`` object of
940 non-automatic storage duration.  A program is ill-formed if it captures an
941 ``__autoreleasing`` object in a block or, unless by reference, in a C++11
942 lambda.
944 .. admonition:: Rationale
946   Autorelease pools are tied to the current thread and scope by their nature.
947   While it is possible to have temporary objects whose instance variables are
948   filled with autoreleased objects, there is no way that ARC can provide any
949   sort of safety guarantee there.
951 It is undefined behavior if a non-null pointer is assigned to an
952 ``__autoreleasing`` object while an autorelease pool is in scope and then that
953 object is read after the autorelease pool's scope is left.
955 .. _arc.ownership.restrictions.conversion.indirect:
957 Conversion of pointers to ownership-qualified types
958 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
960 A program is ill-formed if an expression of type ``T*`` is converted,
961 explicitly or implicitly, to the type ``U*``, where ``T`` and ``U`` have
962 different ownership qualification, unless:
964 * ``T`` is qualified with ``__strong``, ``__autoreleasing``, or
965   ``__unsafe_unretained``, and ``U`` is qualified with both ``const`` and
966   ``__unsafe_unretained``; or
967 * either ``T`` or ``U`` is ``cv void``, where ``cv`` is an optional sequence
968   of non-ownership qualifiers; or
969 * the conversion is requested with a ``reinterpret_cast`` in Objective-C++; or
970 * the conversion is a well-formed :ref:`pass-by-writeback
971   <arc.ownership.restrictions.pass_by_writeback>`.
973 The analogous rule applies to ``T&`` and ``U&`` in Objective-C++.
975 .. admonition:: Rationale
977   These rules provide a reasonable level of type-safety for indirect pointers,
978   as long as the underlying memory is not deallocated.  The conversion to
979   ``const __unsafe_unretained`` is permitted because the semantics of reads are
980   equivalent across all these ownership semantics, and that's a very useful and
981   common pattern.  The interconversion with ``void*`` is useful for allocating
982   memory or otherwise escaping the type system, but use it carefully.
983   ``reinterpret_cast`` is considered to be an obvious enough sign of taking
984   responsibility for any problems.
986 It is undefined behavior to access an ownership-qualified object through an
987 lvalue of a differently-qualified type, except that any non-``__weak`` object
988 may be read through an ``__unsafe_unretained`` lvalue.
990 It is undefined behavior if the storage of a ``__strong`` or ``__weak``
991 object is not properly initialized before the first managed operation
992 is performed on the object, or if the storage of such an object is freed
993 or reused before the object has been properly deinitialized.  Storage for
994 a ``__strong`` or ``__weak`` object may be properly initialized by filling
995 it with the representation of a null pointer, e.g. by acquiring the memory
996 with ``calloc`` or using ``bzero`` to zero it out.  A ``__strong`` or
997 ``__weak`` object may be properly deinitialized by assigning a null pointer
998 into it.  A ``__strong`` object may also be properly initialized
999 by copying into it (e.g. with ``memcpy``) the representation of a
1000 different ``__strong`` object whose storage has been properly initialized;
1001 doing this properly deinitializes the source object and causes its storage
1002 to no longer be properly initialized.  A ``__weak`` object may not be
1003 representation-copied in this way.
1005 These requirements are followed automatically for objects whose
1006 initialization and deinitialization are under the control of ARC:
1008 * objects of static, automatic, and temporary storage duration
1009 * instance variables of Objective-C objects
1010 * elements of arrays where the array object's initialization and
1011   deinitialization are under the control of ARC
1012 * fields of Objective-C struct types where the struct object's
1013   initialization and deinitialization are under the control of ARC
1014 * non-static data members of Objective-C++ non-union class types
1015 * Objective-C++ objects and arrays of dynamic storage duration created
1016   with the ``new`` or ``new[]`` operators and destroyed with the
1017   corresponding ``delete`` or ``delete[]`` operator
1019 They are not followed automatically for these objects:
1021 * objects of dynamic storage duration created in other memory, such as
1022   that returned by ``malloc``
1023 * union members
1025 .. admonition:: Rationale
1027   ARC must perform special operations when initializing an object and
1028   when destroying it.  In many common situations, ARC knows when an
1029   object is created and when it is destroyed and can ensure that these
1030   operations are performed correctly.  Otherwise, however, ARC requires
1031   programmer cooperation to establish its initialization invariants
1032   because it is infeasible for ARC to dynamically infer whether they
1033   are intact.  For example, there is no syntactic difference in C between
1034   an assignment that is intended by the programmer to initialize a variable
1035   and one that is intended to replace the existing value stored there,
1036   but ARC must perform one operation or the other.  ARC chooses to always
1037   assume that objects are initialized (except when it is in charge of
1038   initializing them) because the only workable alternative would be to
1039   ban all code patterns that could potentially be used to access
1040   uninitialized memory, and that would be too limiting.  In practice,
1041   this is rarely a problem because programmers do not generally need to
1042   work with objects for which the requirements are not handled
1043   automatically.
1045 Note that dynamically-allocated Objective-C++ arrays of
1046 nontrivially-ownership-qualified type are not ABI-compatible with non-ARC
1047 code because the non-ARC code will consider the element type to be POD.
1048 Such arrays that are ``new[]``'d in ARC translation units cannot be
1049 ``delete[]``'d in non-ARC translation units and vice-versa.
1051 .. _arc.ownership.restrictions.pass_by_writeback:
1053 Passing to an out parameter by writeback
1054 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1056 If the argument passed to a parameter of type ``T __autoreleasing *`` has type
1057 ``U oq *``, where ``oq`` is an ownership qualifier, then the argument is a
1058 candidate for :arc-term:`pass-by-writeback`` if:
1060 * ``oq`` is ``__strong`` or ``__weak``, and
1061 * it would be legal to initialize a ``T __strong *`` with a ``U __strong *``.
1063 For purposes of overload resolution, an implicit conversion sequence requiring
1064 a pass-by-writeback is always worse than an implicit conversion sequence not
1065 requiring a pass-by-writeback.
1067 The pass-by-writeback is ill-formed if the argument expression does not have a
1068 legal form:
1070 * ``&var``, where ``var`` is a scalar variable of automatic storage duration
1071   with retainable object pointer type
1072 * a conditional expression where the second and third operands are both legal
1073   forms
1074 * a cast whose operand is a legal form
1075 * a null pointer constant
1077 .. admonition:: Rationale
1079   The restriction in the form of the argument serves two purposes.  First, it
1080   makes it impossible to pass the address of an array to the argument, which
1081   serves to protect against an otherwise serious risk of mis-inferring an
1082   "array" argument as an out-parameter.  Second, it makes it much less likely
1083   that the user will see confusing aliasing problems due to the implementation,
1084   below, where their store to the writeback temporary is not immediately seen
1085   in the original argument variable.
1087 A pass-by-writeback is evaluated as follows:
1089 #. The argument is evaluated to yield a pointer ``p`` of type ``U oq *``.
1090 #. If ``p`` is a null pointer, then a null pointer is passed as the argument,
1091    and no further work is required for the pass-by-writeback.
1092 #. Otherwise, a temporary of type ``T __autoreleasing`` is created and
1093    initialized to a null pointer.
1094 #. If the parameter is not an Objective-C method parameter marked ``out``,
1095    then ``*p`` is read, and the result is written into the temporary with
1096    primitive semantics.
1097 #. The address of the temporary is passed as the argument to the actual call.
1098 #. After the call completes, the temporary is loaded with primitive
1099    semantics, and that value is assigned into ``*p``.
1101 .. admonition:: Rationale
1103   This is all admittedly convoluted.  In an ideal world, we would see that a
1104   local variable is being passed to an out-parameter and retroactively modify
1105   its type to be ``__autoreleasing`` rather than ``__strong``.  This would be
1106   remarkably difficult and not always well-founded under the C type system.
1107   However, it was judged unacceptably invasive to require programmers to write
1108   ``__autoreleasing`` on all the variables they intend to use for
1109   out-parameters.  This was the least bad solution.
1111 .. _arc.ownership.restrictions.records:
1113 Ownership-qualified fields of structs and unions
1114 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1116 A member of a struct or union may be declared to have ownership-qualified
1117 type.  If the type is qualified with ``__unsafe_unretained``, the semantics
1118 of the containing aggregate are unchanged from the semantics of an unqualified type in a non-ARC mode.  If the type is qualified with ``__autoreleasing``, the program is ill-formed.  Otherwise, if the type is nontrivially ownership-qualified, additional rules apply.
1120 Both Objective-C and Objective-C++ support nontrivially ownership-qualified
1121 fields.  Due to formal differences between the standards, the formal
1122 treatment is different; however, the basic language model is intended to
1123 be the same for identical code.
1125 .. admonition:: Rationale
1127   Permitting ``__strong`` and ``__weak`` references in aggregate types
1128   allows programmers to take advantage of the normal language tools of
1129   C and C++ while still automatically managing memory.  While it is
1130   usually simpler and more idiomatic to use Objective-C objects for
1131   secondary data structures, doing so can introduce extra allocation
1132   and message-send overhead, which can cause to unacceptable
1133   performance.  Using structs can resolve some of this tension.
1135   ``__autoreleasing`` is forbidden because it is treacherous to rely
1136   on autoreleases as an ownership tool outside of a function-local
1137   contexts.
1139   Earlier releases of Clang permitted ``__strong`` and ``__weak`` only
1140   references in Objective-C++ classes, not in Objective-C.  This
1141   restriction was an undesirable short-term constraint arising from the
1142   complexity of adding support for non-trivial struct types to C.
1144 In Objective-C++, nontrivially ownership-qualified types are treated
1145 for nearly all purposes as if they were class types with non-trivial
1146 default constructors, copy constructors, move constructors, copy assignment
1147 operators, move assignment operators, and destructors.  This includes the
1148 determination of the triviality of special members of classes with a
1149 non-static data member of such a type.
1151 In Objective-C, the definition cannot be so succinct: because the C
1152 standard lacks rules for non-trivial types, those rules must first be
1153 developed.  They are given in the next section.  The intent is that these
1154 rules are largely consistent with the rules of C++ for code expressible
1155 in both languages.
1157 Formal rules for non-trivial types in C
1158 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1160 The following are base rules which can be added to C to support
1161 implementation-defined non-trivial types.
1163 A type in C is said to be *non-trivial to copy*, *non-trivial to destroy*,
1164 or *non-trivial to default-initialize* if:
1166 - it is a struct or union containing a member whose type is non-trivial
1167   to (respectively) copy, destroy, or default-initialize;
1169 - it is a qualified type whose unqualified type is non-trivial to
1170   (respectively) copy, destroy, or default-initialize (for at least
1171   the standard C qualifiers); or
1173 - it is an array type whose element type is non-trivial to (respectively)
1174   copy, destroy, or default-initialize.
1176 A type in C is said to be *illegal to copy*, *illegal to destroy*, or
1177 *illegal to default-initialize* if:
1179 - it is a union which contains a member whose type is either illegal
1180   or non-trivial to (respectively) copy, destroy, or initialize;
1182 - it is a qualified type whose unqualified type is illegal to
1183   (respectively) copy, destroy, or default-initialize (for at least
1184   the standard C qualifiers); or
1186 - it is an array type whose element type is illegal to (respectively)
1187   copy, destroy, or default-initialize.
1189 No type describable under the rules of the C standard shall be either
1190 non-trivial or illegal to copy, destroy, or default-initialize.
1191 An implementation may provide additional types which have one or more
1192 of these properties.
1194 An expression calls for a type to be copied if it:
1196 - passes an argument of that type to a function call,
1197 - defines a function which declares a parameter of that type,
1198 - calls or defines a function which returns a value of that type,
1199 - assigns to an l-value of that type, or
1200 - converts an l-value of that type to an r-value.
1202 A program calls for a type to be destroyed if it:
1204 - passes an argument of that type to a function call,
1205 - defines a function which declares a parameter of that type,
1206 - calls or defines a function which returns a value of that type,
1207 - creates an object of automatic storage duration of that type,
1208 - assigns to an l-value of that type, or
1209 - converts an l-value of that type to an r-value.
1211 A program calls for a type to be default-initialized if it:
1213 - declares a variable of that type without an initializer.
1215 An expression is ill-formed if calls for a type to be copied,
1216 destroyed, or default-initialized and that type is illegal to
1217 (respectively) copy, destroy, or default-initialize.
1219 A program is ill-formed if it contains a function type specifier
1220 with a parameter or return type that is illegal to copy or
1221 destroy.  If a function type specifier would be ill-formed for this
1222 reason except that the parameter or return type was incomplete at
1223 that point in the translation unit, the program is ill-formed but
1224 no diagnostic is required.
1226 A ``goto`` or ``switch`` is ill-formed if it jumps into the scope of
1227 an object of automatic storage duration whose type is non-trivial to
1228 destroy.
1230 C specifies that it is generally undefined behavior to access an l-value
1231 if there is no object of that type at that location.  Implementations
1232 are often lenient about this, but non-trivial types generally require
1233 it to be enforced more strictly.  The following rules apply:
1235 The *static subobjects* of a type ``T`` at a location ``L`` are:
1237   - an object of type ``T`` spanning from ``L`` to ``L + sizeof(T)``;
1239   - if ``T`` is a struct type, then for each field ``f`` of that struct,
1240     the static subobjects of ``T`` at location ``L + offsetof(T, .f)``; and
1242   - if ``T`` is the array type ``E[N]``, then for each ``i`` satisfying
1243     ``0 <= i < N``, the static subobjects of ``E`` at location
1244     ``L + i * sizeof(E)``.
1246 If an l-value is converted to an r-value, then all static subobjects
1247 whose types are non-trivial to copy are accessed.  If an l-value is
1248 assigned to, or if an object of automatic storage duration goes out of
1249 scope, then all static subobjects of types that are non-trivial to destroy
1250 are accessed.
1252 A dynamic object is created at a location if an initialization initializes
1253 an object of that type there.  A dynamic object ceases to exist at a
1254 location if the memory is repurposed.  Memory is repurposed if it is
1255 freed or if a different dynamic object is created there, for example by
1256 assigning into a different union member.  An implementation may provide
1257 additional rules for what constitutes creating or destroying a dynamic
1258 object.
1260 If an object is accessed under these rules at a location where no such
1261 dynamic object exists, the program has undefined behavior.
1262 If memory for a location is repurposed while a dynamic object that is
1263 non-trivial to destroy exists at that location, the program has
1264 undefined behavior.
1266 .. admonition:: Rationale
1268   While these rules are far less fine-grained than C++, they are
1269   nonetheless sufficient to express a wide spectrum of types.
1270   Types that express some sort of ownership will generally be non-trivial
1271   to both copy and destroy and either non-trivial or illegal to
1272   default-initialize.  Types that don't express ownership may still
1273   be non-trivial to copy because of some sort of address sensitivity;
1274   for example, a relative reference.  Distinguishing default
1275   initialization allows types to impose policies about how they are
1276   created.
1278   These rules assume that assignment into an l-value is always a
1279   modification of an existing object rather than an initialization.
1280   Assignment is then a compound operation where the old value is
1281   read and destroyed, if necessary, and the new value is put into
1282   place.  These are the natural semantics of value propagation, where
1283   all basic operations on the type come down to copies and destroys,
1284   and everything else is just an optimization on top of those.
1286   The most glaring weakness of programming with non-trivial types in C
1287   is that there are no language mechanisms (akin to C++'s placement
1288   ``new`` and explicit destructor calls) for explicitly creating and
1289   destroying objects.  Clang should consider adding builtins for this
1290   purpose, as well as for common optimizations like destructive
1291   relocation.
1293 Application of the formal C rules to nontrivial ownership qualifiers
1294 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1296 Nontrivially ownership-qualified types are considered non-trivial
1297 to copy, destroy, and default-initialize.
1299 A dynamic object of nontrivially ownership-qualified type contingently
1300 exists at a location if the memory is filled with a zero pattern, e.g.
1301 by ``calloc`` or ``bzero``.  Such an object can be safely accessed in
1302 all of the cases above, but its memory can also be safely repurposed.
1303 Assigning a null pointer into an l-value of ``__weak`` or
1304 ``__strong``-qualified type accesses the dynamic object there (and thus
1305 may have undefined behavior if no such object exists), but afterwards
1306 the object's memory is guaranteed to be filled with a zero pattern
1307 and thus may be either further accessed or repurposed as needed.
1308 The upshot is that programs may safely initialize dynamically-allocated
1309 memory for nontrivially ownership-qualified types by ensuring it is zero-initialized, and they may safely deinitialize memory before
1310 freeing it by storing ``nil`` into any ``__strong`` or ``__weak``
1311 references previously created in that memory.
1313 C/C++ compatibility for structs and unions with non-trivial members
1314 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1316 Structs and unions with non-trivial members are compatible in
1317 different language modes (e.g. between Objective-C and Objective-C++,
1318 or between ARC and non-ARC modes) under the following conditions:
1320 - The types must be compatible ignoring ownership qualifiers according
1321   to the baseline, non-ARC rules (e.g. C struct compatibility or C++'s
1322   ODR).  This condition implies a pairwise correspondence between
1323   fields.
1325   Note that an Objective-C++ class with base classes, a user-provided
1326   copy or move constructor, or a user-provided destructor is never
1327   compatible with an Objective-C type.
1329 - If two fields correspond as above, and at least one of the fields is
1330   ownership-qualified, then:
1332     - the fields must be identically qualified, or else
1334     - one type must be unqualified (and thus declared in a non-ARC mode),
1335       and the other type must be qualified with ``__unsafe_unretained``
1336       or ``__strong``.
1338   Note that ``__weak`` fields must always be declared ``__weak``  because
1339   of the need to pin those fields in memory and keep them properly
1340   registered with the Objective-C runtime.  Non-ARC modes may still
1341   declare fields ``__weak`` by enabling ``-fobjc-weak``.
1343 These compatibility rules permit a function that takes a parameter
1344 of non-trivial struct type to be written in ARC and called from
1345 non-ARC or vice-versa.  The convention for this always transfers
1346 ownership of objects stored in ``__strong`` fields from the caller
1347 to the callee, just as for an ``ns_consumed`` argument.  Therefore,
1348 non-ARC callers must ensure that such fields are initialized to a +1
1349 reference, and non-ARC callees must balance that +1 by releasing the
1350 reference or transferring it as appropriate.
1352 Likewise, a function returning a non-trivial struct may be written in
1353 ARC and called from non-ARC or vice-versa.  The convention for this
1354 always transfers ownership of objects stored in ``__strong`` fields
1355 from the callee to the caller, and so callees must initialize such
1356 fields with +1 references, and callers must balance that +1 by releasing
1357 or transferring them.
1359 Similar transfers of responsibility occur for ``__weak`` fields, but
1360 since both sides must use native ``__weak`` support to ensure
1361 calling convention compatibility, this transfer is always handled
1362 automatically by the compiler.
1364 .. admonition:: Rationale
1366   In earlier releases, when non-trivial ownership was only permitted
1367   on fields in Objective-C++, the ABI used for such classes was the
1368   ordinary ABI for non-trivial C++ classes, which passes arguments and
1369   returns indirectly and does not transfer responsibility for arguments.
1370   When support for Objective-C structs was added, it was decided to
1371   change to the current ABI for three reasons:
1373   - It permits ARC / non-ARC compatibility for structs containing only
1374     ``__strong`` references, as long as the non-ARC side is careful about
1375     transferring ownership.
1377   - It avoids unnecessary indirection for sufficiently small types that
1378     the C ABI would prefer to pass in registers.
1380   - Given that struct arguments must be produced at +1 to satisfy C's
1381     semantics of initializing the local parameter variable, transferring
1382     ownership of that copy to the callee is generally better for ARC
1383     optimization, since otherwise there will be releases in the caller
1384     that are much harder to pair with transfers in the callee.
1386   Breaking compatibility with existing Objective-C++ structures was
1387   considered an acceptable cost, as most Objective-C++ code does not have
1388   binary-compatibility requirements.  Any existing code which cannot accept
1389   this compatibility break, which is necessarily Objective-C++, should
1390   force the use of the standard C++ ABI by declaring an empty (but
1391   non-defaulted) destructor.
1393 .. _arc.ownership.inference:
1395 Ownership inference
1396 -------------------
1398 .. _arc.ownership.inference.variables:
1400 Objects
1401 ^^^^^^^
1403 If an object is declared with retainable object owner type, but without an
1404 explicit ownership qualifier, its type is implicitly adjusted to have
1405 ``__strong`` qualification.
1407 As a special case, if the object's base type is ``Class`` (possibly
1408 protocol-qualified), the type is adjusted to have ``__unsafe_unretained``
1409 qualification instead.
1411 .. _arc.ownership.inference.indirect_parameters:
1413 Indirect parameters
1414 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1416 If a function or method parameter has type ``T*``, where ``T`` is an
1417 ownership-unqualified retainable object pointer type, then:
1419 * if ``T`` is ``const``-qualified or ``Class``, then it is implicitly
1420   qualified with ``__unsafe_unretained``;
1421 * otherwise, it is implicitly qualified with ``__autoreleasing``.
1423 .. admonition:: Rationale
1425   ``__autoreleasing`` exists mostly for this case, the Cocoa convention for
1426   out-parameters.  Since a pointer to ``const`` is obviously not an
1427   out-parameter, we instead use a type more useful for passing arrays.  If the
1428   user instead intends to pass in a *mutable* array, inferring
1429   ``__autoreleasing`` is the wrong thing to do; this directs some of the
1430   caution in the following rules about writeback.
1432 Such a type written anywhere else would be ill-formed by the general rule
1433 requiring ownership qualifiers.
1435 This rule does not apply in Objective-C++ if a parameter's type is dependent in
1436 a template pattern and is only *instantiated* to a type which would be a
1437 pointer to an unqualified retainable object pointer type.  Such code is still
1438 ill-formed.
1440 .. admonition:: Rationale
1442   The convention is very unlikely to be intentional in template code.
1444 .. _arc.ownership.inference.template.arguments:
1446 Template arguments
1447 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1449 If a template argument for a template type parameter is an retainable object
1450 owner type that does not have an explicit ownership qualifier, it is adjusted
1451 to have ``__strong`` qualification.  This adjustment occurs regardless of
1452 whether the template argument was deduced or explicitly specified.
1454 .. admonition:: Rationale
1456   ``__strong`` is a useful default for containers (e.g., ``std::vector<id>``),
1457   which would otherwise require explicit qualification.  Moreover, unqualified
1458   retainable object pointer types are unlikely to be useful within templates,
1459   since they generally need to have a qualifier applied to the before being
1460   used.
1462 .. _arc.method-families:
1464 Method families
1465 ===============
1467 An Objective-C method may fall into a :arc-term:`method family`, which is a
1468 conventional set of behaviors ascribed to it by the Cocoa conventions.
1470 A method is in a certain method family if:
1472 * it has a ``objc_method_family`` attribute placing it in that family; or if
1473   not that,
1474 * it does not have an ``objc_method_family`` attribute placing it in a
1475   different or no family, and
1476 * its selector falls into the corresponding selector family, and
1477 * its signature obeys the added restrictions of the method family.
1479 A selector is in a certain selector family if, ignoring any leading
1480 underscores, the first component of the selector either consists entirely of
1481 the name of the method family or it begins with that name followed by a
1482 character other than a lowercase letter.  For example, ``_perform:with:`` and
1483 ``performWith:`` would fall into the ``perform`` family (if we recognized one),
1484 but ``performing:with`` would not.
1486 The families and their added restrictions are:
1488 * ``alloc`` methods must return a retainable object pointer type.
1489 * ``copy`` methods must return a retainable object pointer type.
1490 * ``mutableCopy`` methods must return a retainable object pointer type.
1491 * ``new`` methods must return a retainable object pointer type.
1492 * ``init`` methods must be instance methods and must return an Objective-C
1493   pointer type.  Additionally, a program is ill-formed if it declares or
1494   contains a call to an ``init`` method whose return type is neither ``id`` nor
1495   a pointer to a super-class or sub-class of the declaring class (if the method
1496   was declared on a class) or the static receiver type of the call (if it was
1497   declared on a protocol).
1499   .. admonition:: Rationale
1501     There are a fair number of existing methods with ``init``-like selectors
1502     which nonetheless don't follow the ``init`` conventions.  Typically these
1503     are either accidental naming collisions or helper methods called during
1504     initialization.  Because of the peculiar retain/release behavior of
1505     ``init`` methods, it's very important not to treat these methods as
1506     ``init`` methods if they aren't meant to be.  It was felt that implicitly
1507     defining these methods out of the family based on the exact relationship
1508     between the return type and the declaring class would be much too subtle
1509     and fragile.  Therefore we identify a small number of legitimate-seeming
1510     return types and call everything else an error.  This serves the secondary
1511     purpose of encouraging programmers not to accidentally give methods names
1512     in the ``init`` family.
1514     Note that a method with an ``init``-family selector which returns a
1515     non-Objective-C type (e.g. ``void``) is perfectly well-formed; it simply
1516     isn't in the ``init`` family.
1518 A program is ill-formed if a method's declarations, implementations, and
1519 overrides do not all have the same method family.
1521 .. _arc.family.attribute:
1523 Explicit method family control
1524 ------------------------------
1526 A method may be annotated with the ``objc_method_family`` attribute to
1527 precisely control which method family it belongs to.  If a method in an
1528 ``@implementation`` does not have this attribute, but there is a method
1529 declared in the corresponding ``@interface`` that does, then the attribute is
1530 copied to the declaration in the ``@implementation``.  The attribute is
1531 available outside of ARC, and may be tested for with the preprocessor query
1532 ``__has_attribute(objc_method_family)``.
1534 The attribute is spelled
1535 ``__attribute__((objc_method_family(`` *family* ``)))``.  If *family* is
1536 ``none``, the method has no family, even if it would otherwise be considered to
1537 have one based on its selector and type.  Otherwise, *family* must be one of
1538 ``alloc``, ``copy``, ``init``, ``mutableCopy``, or ``new``, in which case the
1539 method is considered to belong to the corresponding family regardless of its
1540 selector.  It is an error if a method that is explicitly added to a family in
1541 this way does not meet the requirements of the family other than the selector
1542 naming convention.
1544 .. admonition:: Rationale
1546   The rules codified in this document describe the standard conventions of
1547   Objective-C.  However, as these conventions have not heretofore been enforced
1548   by an unforgiving mechanical system, they are only imperfectly kept,
1549   especially as they haven't always even been precisely defined.  While it is
1550   possible to define low-level ownership semantics with attributes like
1551   ``ns_returns_retained``, this attribute allows the user to communicate
1552   semantic intent, which is of use both to ARC (which, e.g., treats calls to
1553   ``init`` specially) and the static analyzer.
1555 .. _arc.family.semantics:
1557 Semantics of method families
1558 ----------------------------
1560 A method's membership in a method family may imply non-standard semantics for
1561 its parameters and return type.
1563 Methods in the ``alloc``, ``copy``, ``mutableCopy``, and ``new`` families ---
1564 that is, methods in all the currently-defined families except ``init`` ---
1565 implicitly :ref:`return a retained object
1566 <arc.object.operands.retained-return-values>` as if they were annotated with
1567 the ``ns_returns_retained`` attribute.  This can be overridden by annotating
1568 the method with either of the ``ns_returns_autoreleased`` or
1569 ``ns_returns_not_retained`` attributes.
1571 Properties also follow same naming rules as methods.  This means that those in
1572 the ``alloc``, ``copy``, ``mutableCopy``, and ``new`` families provide access
1573 to :ref:`retained objects <arc.object.operands.retained-return-values>`.  This
1574 can be overridden by annotating the property with ``ns_returns_not_retained``
1575 attribute.
1577 .. _arc.family.semantics.init:
1579 Semantics of ``init``
1580 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1582 Methods in the ``init`` family implicitly :ref:`consume
1583 <arc.objects.operands.consumed>` their ``self`` parameter and :ref:`return a
1584 retained object <arc.object.operands.retained-return-values>`.  Neither of
1585 these properties can be altered through attributes.
1587 A call to an ``init`` method with a receiver that is either ``self`` (possibly
1588 parenthesized or casted) or ``super`` is called a :arc-term:`delegate init
1589 call`.  It is an error for a delegate init call to be made except from an
1590 ``init`` method, and excluding blocks within such methods.
1592 As an exception to the :ref:`usual rule <arc.misc.self>`, the variable ``self``
1593 is mutable in an ``init`` method and has the usual semantics for a ``__strong``
1594 variable.  However, it is undefined behavior and the program is ill-formed, no
1595 diagnostic required, if an ``init`` method attempts to use the previous value
1596 of ``self`` after the completion of a delegate init call.  It is conventional,
1597 but not required, for an ``init`` method to return ``self``.
1599 It is undefined behavior for a program to cause two or more calls to ``init``
1600 methods on the same object, except that each ``init`` method invocation may
1601 perform at most one delegate init call.
1603 .. _arc.family.semantics.result_type:
1605 Related result types
1606 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1608 Certain methods are candidates to have :arc-term:`related result types`:
1610 * class methods in the ``alloc`` and ``new`` method families
1611 * instance methods in the ``init`` family
1612 * the instance method ``self``
1613 * outside of ARC, the instance methods ``retain`` and ``autorelease``
1615 If the formal result type of such a method is ``id`` or protocol-qualified
1616 ``id``, or a type equal to the declaring class or a superclass, then it is said
1617 to have a related result type.  In this case, when invoked in an explicit
1618 message send, it is assumed to return a type related to the type of the
1619 receiver:
1621 * if it is a class method, and the receiver is a class name ``T``, the message
1622   send expression has type ``T*``; otherwise
1623 * if it is an instance method, and the receiver has type ``T``, the message
1624   send expression has type ``T``; otherwise
1625 * the message send expression has the normal result type of the method.
1627 This is a new rule of the Objective-C language and applies outside of ARC.
1629 .. admonition:: Rationale
1631   ARC's automatic code emission is more prone than most code to signature
1632   errors, i.e. errors where a call was emitted against one method signature,
1633   but the implementing method has an incompatible signature.  Having more
1634   precise type information helps drastically lower this risk, as well as
1635   catching a number of latent bugs.
1637 .. _arc.optimization:
1639 Optimization
1640 ============
1642 Within this section, the word :arc-term:`function` will be used to
1643 refer to any structured unit of code, be it a C function, an
1644 Objective-C method, or a block.
1646 This specification describes ARC as performing specific ``retain`` and
1647 ``release`` operations on retainable object pointers at specific
1648 points during the execution of a program.  These operations make up a
1649 non-contiguous subsequence of the computation history of the program.
1650 The portion of this sequence for a particular retainable object
1651 pointer for which a specific function execution is directly
1652 responsible is the :arc-term:`formal local retain history` of the
1653 object pointer.  The corresponding actual sequence executed is the
1654 `dynamic local retain history`.
1656 However, under certain circumstances, ARC is permitted to re-order and
1657 eliminate operations in a manner which may alter the overall
1658 computation history beyond what is permitted by the general "as if"
1659 rule of C/C++ and the :ref:`restrictions <arc.objects.retains>` on
1660 the implementation of ``retain`` and ``release``.
1662 .. admonition:: Rationale
1664   Specifically, ARC is sometimes permitted to optimize ``release``
1665   operations in ways which might cause an object to be deallocated
1666   before it would otherwise be.  Without this, it would be almost
1667   impossible to eliminate any ``retain``/``release`` pairs.  For
1668   example, consider the following code:
1670   .. code-block:: objc
1672     id x = _ivar;
1673     [x foo];
1675   If we were not permitted in any event to shorten the lifetime of the
1676   object in ``x``, then we would not be able to eliminate this retain
1677   and release unless we could prove that the message send could not
1678   modify ``_ivar`` (or deallocate ``self``).  Since message sends are
1679   opaque to the optimizer, this is not possible, and so ARC's hands
1680   would be almost completely tied.
1682 ARC makes no guarantees about the execution of a computation history
1683 which contains undefined behavior.  In particular, ARC makes no
1684 guarantees in the presence of race conditions.
1686 ARC may assume that any retainable object pointers it receives or
1687 generates are instantaneously valid from that point until a point
1688 which, by the concurrency model of the host language, happens-after
1689 the generation of the pointer and happens-before a release of that
1690 object (possibly via an aliasing pointer or indirectly due to
1691 destruction of a different object).
1693 .. admonition:: Rationale
1695   There is very little point in trying to guarantee correctness in the
1696   presence of race conditions.  ARC does not have a stack-scanning
1697   garbage collector, and guaranteeing the atomicity of every load and
1698   store operation would be prohibitive and preclude a vast amount of
1699   optimization.
1701 ARC may assume that non-ARC code engages in sensible balancing
1702 behavior and does not rely on exact or minimum retain count values
1703 except as guaranteed by ``__strong`` object invariants or +1 transfer
1704 conventions.  For example, if an object is provably double-retained
1705 and double-released, ARC may eliminate the inner retain and release;
1706 it does not need to guard against code which performs an unbalanced
1707 release followed by a "balancing" retain.
1709 .. _arc.optimization.liveness:
1711 Object liveness
1712 ---------------
1714 ARC may not allow a retainable object ``X`` to be deallocated at a
1715 time ``T`` in a computation history if:
1717 * ``X`` is the value stored in a ``__strong`` object ``S`` with
1718   :ref:`precise lifetime semantics <arc.optimization.precise>`, or
1720 * ``X`` is the value stored in a ``__strong`` object ``S`` with
1721   imprecise lifetime semantics and, at some point after ``T`` but
1722   before the next store to ``S``, the computation history features a
1723   load from ``S`` and in some way depends on the value loaded, or
1725 * ``X`` is a value described as being released at the end of the
1726   current full-expression and, at some point after ``T`` but before
1727   the end of the full-expression, the computation history depends
1728   on that value.
1730 .. admonition:: Rationale
1732   The intent of the second rule is to say that objects held in normal
1733   ``__strong`` local variables may be released as soon as the value in
1734   the variable is no longer being used: either the variable stops
1735   being used completely or a new value is stored in the variable.
1737   The intent of the third rule is to say that return values may be
1738   released after they've been used.
1740 A computation history depends on a pointer value ``P`` if it:
1742 * performs a pointer comparison with ``P``,
1743 * loads from ``P``,
1744 * stores to ``P``,
1745 * depends on a pointer value ``Q`` derived via pointer arithmetic
1746   from ``P`` (including an instance-variable or field access), or
1747 * depends on a pointer value ``Q`` loaded from ``P``.
1749 Dependency applies only to values derived directly or indirectly from
1750 a particular expression result and does not occur merely because a
1751 separate pointer value dynamically aliases ``P``.  Furthermore, this
1752 dependency is not carried by values that are stored to objects.
1754 .. admonition:: Rationale
1756   The restrictions on dependency are intended to make this analysis
1757   feasible by an optimizer with only incomplete information about a
1758   program.  Essentially, dependence is carried to "obvious" uses of a
1759   pointer.  Merely passing a pointer argument to a function does not
1760   itself cause dependence, but since generally the optimizer will not
1761   be able to prove that the function doesn't depend on that parameter,
1762   it will be forced to conservatively assume it does.
1764   Dependency propagates to values loaded from a pointer because those
1765   values might be invalidated by deallocating the object.  For
1766   example, given the code ``__strong id x = p->ivar;``, ARC must not
1767   move the release of ``p`` to between the load of ``p->ivar`` and the
1768   retain of that value for storing into ``x``.
1770   Dependency does not propagate through stores of dependent pointer
1771   values because doing so would allow dependency to outlive the
1772   full-expression which produced the original value.  For example, the
1773   address of an instance variable could be written to some global
1774   location and then freely accessed during the lifetime of the local,
1775   or a function could return an inner pointer of an object and store
1776   it to a local.  These cases would be potentially impossible to
1777   reason about and so would basically prevent any optimizations based
1778   on imprecise lifetime.  There are also uncommon enough to make it
1779   reasonable to require the precise-lifetime annotation if someone
1780   really wants to rely on them.
1782   Dependency does propagate through return values of pointer type.
1783   The compelling source of need for this rule is a property accessor
1784   which returns an un-autoreleased result; the calling function must
1785   have the chance to operate on the value, e.g. to retain it, before
1786   ARC releases the original pointer.  Note again, however, that
1787   dependence does not survive a store, so ARC does not guarantee the
1788   continued validity of the return value past the end of the
1789   full-expression.
1791 .. _arc.optimization.object_lifetime:
1793 No object lifetime extension
1794 ----------------------------
1796 If, in the formal computation history of the program, an object ``X``
1797 has been deallocated by the time of an observable side-effect, then
1798 ARC must cause ``X`` to be deallocated by no later than the occurrence
1799 of that side-effect, except as influenced by the re-ordering of the
1800 destruction of objects.
1802 .. admonition:: Rationale
1804   This rule is intended to prohibit ARC from observably extending the
1805   lifetime of a retainable object, other than as specified in this
1806   document.  Together with the rule limiting the transformation of
1807   releases, this rule requires ARC to eliminate retains and release
1808   only in pairs.
1810   ARC's power to reorder the destruction of objects is critical to its
1811   ability to do any optimization, for essentially the same reason that
1812   it must retain the power to decrease the lifetime of an object.
1813   Unfortunately, while it's generally poor style for the destruction
1814   of objects to have arbitrary side-effects, it's certainly possible.
1815   Hence the caveat.
1817 .. _arc.optimization.precise:
1819 Precise lifetime semantics
1820 --------------------------
1822 In general, ARC maintains an invariant that a retainable object pointer held in
1823 a ``__strong`` object will be retained for the full formal lifetime of the
1824 object.  Objects subject to this invariant have :arc-term:`precise lifetime
1825 semantics`.
1827 By default, local variables of automatic storage duration do not have precise
1828 lifetime semantics.  Such objects are simply strong references which hold
1829 values of retainable object pointer type, and these values are still fully
1830 subject to the optimizations on values under local control.
1832 .. admonition:: Rationale
1834   Applying these precise-lifetime semantics strictly would be prohibitive.
1835   Many useful optimizations that might theoretically decrease the lifetime of
1836   an object would be rendered impossible.  Essentially, it promises too much.
1838 A local variable of retainable object owner type and automatic storage duration
1839 may be annotated with the ``objc_precise_lifetime`` attribute to indicate that
1840 it should be considered to be an object with precise lifetime semantics.
1842 .. admonition:: Rationale
1844   Nonetheless, it is sometimes useful to be able to force an object to be
1845   released at a precise time, even if that object does not appear to be used.
1846   This is likely to be uncommon enough that the syntactic weight of explicitly
1847   requesting these semantics will not be burdensome, and may even make the code
1848   clearer.
1850 .. _arc.misc:
1852 Miscellaneous
1853 =============
1855 .. _arc.misc.special_methods:
1857 Special methods
1858 ---------------
1860 .. _arc.misc.special_methods.retain:
1862 Memory management methods
1863 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1865 A program is ill-formed if it contains a method definition, message send, or
1866 ``@selector`` expression for any of the following selectors:
1868 * ``autorelease``
1869 * ``release``
1870 * ``retain``
1871 * ``retainCount``
1873 .. admonition:: Rationale
1875   ``retainCount`` is banned because ARC robs it of consistent semantics.  The
1876   others were banned after weighing three options for how to deal with message
1877   sends:
1879   **Honoring** them would work out very poorly if a programmer naively or
1880   accidentally tried to incorporate code written for manual retain/release code
1881   into an ARC program.  At best, such code would do twice as much work as
1882   necessary; quite frequently, however, ARC and the explicit code would both
1883   try to balance the same retain, leading to crashes.  The cost is losing the
1884   ability to perform "unrooted" retains, i.e. retains not logically
1885   corresponding to a strong reference in the object graph.
1887   **Ignoring** them would badly violate user expectations about their code.
1888   While it *would* make it easier to develop code simultaneously for ARC and
1889   non-ARC, there is very little reason to do so except for certain library
1890   developers.  ARC and non-ARC translation units share an execution model and
1891   can seamlessly interoperate.  Within a translation unit, a developer who
1892   faithfully maintains their code in non-ARC mode is suffering all the
1893   restrictions of ARC for zero benefit, while a developer who isn't testing the
1894   non-ARC mode is likely to be unpleasantly surprised if they try to go back to
1895   it.
1897   **Banning** them has the disadvantage of making it very awkward to migrate
1898   existing code to ARC.  The best answer to that, given a number of other
1899   changes and restrictions in ARC, is to provide a specialized tool to assist
1900   users in that migration.
1902   Implementing these methods was banned because they are too integral to the
1903   semantics of ARC; many tricks which worked tolerably under manual reference
1904   counting will misbehave if ARC performs an ephemeral extra retain or two.  If
1905   absolutely required, it is still possible to implement them in non-ARC code,
1906   for example in a category; the implementations must obey the :ref:`semantics
1907   <arc.objects.retains>` laid out elsewhere in this document.
1909 .. _arc.misc.special_methods.dealloc:
1911 ``dealloc``
1912 ^^^^^^^^^^^
1914 A program is ill-formed if it contains a message send or ``@selector``
1915 expression for the selector ``dealloc``.
1917 .. admonition:: Rationale
1919   There are no legitimate reasons to call ``dealloc`` directly.
1921 A class may provide a method definition for an instance method named
1922 ``dealloc``.  This method will be called after the final ``release`` of the
1923 object but before it is deallocated or any of its instance variables are
1924 destroyed.  The superclass's implementation of ``dealloc`` will be called
1925 automatically when the method returns.
1927 .. admonition:: Rationale
1929   Even though ARC destroys instance variables automatically, there are still
1930   legitimate reasons to write a ``dealloc`` method, such as freeing
1931   non-retainable resources.  Failing to call ``[super dealloc]`` in such a
1932   method is nearly always a bug.  Sometimes, the object is simply trying to
1933   prevent itself from being destroyed, but ``dealloc`` is really far too late
1934   for the object to be raising such objections.  Somewhat more legitimately, an
1935   object may have been pool-allocated and should not be deallocated with
1936   ``free``; for now, this can only be supported with a ``dealloc``
1937   implementation outside of ARC.  Such an implementation must be very careful
1938   to do all the other work that ``NSObject``'s ``dealloc`` would, which is
1939   outside the scope of this document to describe.
1941 The instance variables for an ARC-compiled class will be destroyed at some
1942 point after control enters the ``dealloc`` method for the root class of the
1943 class.  The ordering of the destruction of instance variables is unspecified,
1944 both within a single class and between subclasses and superclasses.
1946 .. admonition:: Rationale
1948   The traditional, non-ARC pattern for destroying instance variables is to
1949   destroy them immediately before calling ``[super dealloc]``.  Unfortunately,
1950   message sends from the superclass are quite capable of reaching methods in
1951   the subclass, and those methods may well read or write to those instance
1952   variables.  Making such message sends from dealloc is generally discouraged,
1953   since the subclass may well rely on other invariants that were broken during
1954   ``dealloc``, but it's not so inescapably dangerous that we felt comfortable
1955   calling it undefined behavior.  Therefore we chose to delay destroying the
1956   instance variables to a point at which message sends are clearly disallowed:
1957   the point at which the root class's deallocation routines take over.
1959   In most code, the difference is not observable.  It can, however, be observed
1960   if an instance variable holds a strong reference to an object whose
1961   deallocation will trigger a side-effect which must be carefully ordered with
1962   respect to the destruction of the super class.  Such code violates the design
1963   principle that semantically important behavior should be explicit.  A simple
1964   fix is to clear the instance variable manually during ``dealloc``; a more
1965   holistic solution is to move semantically important side-effects out of
1966   ``dealloc`` and into a separate teardown phase which can rely on working with
1967   well-formed objects.
1969 .. _arc.misc.autoreleasepool:
1971 ``@autoreleasepool``
1972 --------------------
1974 To simplify the use of autorelease pools, and to bring them under the control
1975 of the compiler, a new kind of statement is available in Objective-C.  It is
1976 written ``@autoreleasepool`` followed by a *compound-statement*, i.e.  by a new
1977 scope delimited by curly braces.  Upon entry to this block, the current state
1978 of the autorelease pool is captured.  When the block is exited normally,
1979 whether by fallthrough or directed control flow (such as ``return`` or
1980 ``break``), the autorelease pool is restored to the saved state, releasing all
1981 the objects in it.  When the block is exited with an exception, the pool is not
1982 drained.
1984 ``@autoreleasepool`` may be used in non-ARC translation units, with equivalent
1985 semantics.
1987 A program is ill-formed if it refers to the ``NSAutoreleasePool`` class.
1989 .. admonition:: Rationale
1991   Autorelease pools are clearly important for the compiler to reason about, but
1992   it is far too much to expect the compiler to accurately reason about control
1993   dependencies between two calls.  It is also very easy to accidentally forget
1994   to drain an autorelease pool when using the manual API, and this can
1995   significantly inflate the process's high-water-mark.  The introduction of a
1996   new scope is unfortunate but basically required for sane interaction with the
1997   rest of the language.  Not draining the pool during an unwind is apparently
1998   required by the Objective-C exceptions implementation.
2000 .. _arc.misc.externally_retained:
2002 Externally-Retained Variables
2003 -----------------------------
2005 In some situations, variables with strong ownership are considered
2006 externally-retained by the implementation. This means that the variable is
2007 retained elsewhere, and therefore the implementation can elide retaining and
2008 releasing its value. Such a variable is implicitly ``const`` for safety. In
2009 contrast with ``__unsafe_unretained``, an externally-retained variable still
2010 behaves as a strong variable outside of initialization and destruction. For
2011 instance, when an externally-retained variable is captured in a block the value
2012 of the variable is retained and released on block capture and destruction. It
2013 also affects C++ features such as lambda capture, ``decltype``, and template
2014 argument deduction.
2016 Implicitly, the implementation assumes that the :ref:`self parameter in a
2017 non-init method <arc.misc.self>` and the :ref:`variable in a for-in loop
2018 <arc.misc.enumeration>` are externally-retained.
2020 Externally-retained semantics can also be opted into with the
2021 ``objc_externally_retained`` attribute. This attribute can apply to strong local
2022 variables, functions, methods, or blocks:
2024 .. code-block:: objc
2026   @class WobbleAmount;
2028   @interface Widget : NSObject
2029   -(void)wobble:(WobbleAmount *)amount;
2030   @end
2032   @implementation Widget
2034   -(void)wobble:(WobbleAmount *)amount
2035            __attribute__((objc_externally_retained)) {
2036     // 'amount' and 'alias' aren't retained on entry, nor released on exit.
2037     __attribute__((objc_externally_retained)) WobbleAmount *alias = amount;
2038   }
2039   @end
2041 Annotating a function with this attribute makes every parameter with strong
2042 retainable object pointer type externally-retained, unless the variable was
2043 explicitly qualified with ``__strong``. For instance, ``first_param`` is
2044 externally-retained (and therefore ``const``) below, but not ``second_param``:
2046 .. code-block:: objc
2048   __attribute__((objc_externally_retained))
2049   void f(NSArray *first_param, __strong NSArray *second_param) {
2050     // ...
2051   }
2053 You can test if your compiler has support for ``objc_externally_retained`` with
2054 ``__has_attribute``:
2056 .. code-block:: objc
2058   #if __has_attribute(objc_externally_retained)
2059   // Use externally retained...
2060   #endif
2062 .. _arc.misc.self:
2064 ``self``
2065 --------
2067 The ``self`` parameter variable of an non-init Objective-C method is considered
2068 :ref:`externally-retained <arc.misc.externally_retained>` by the implementation.
2069 It is undefined behavior, or at least dangerous, to cause an object to be
2070 deallocated during a message send to that object.  In an init method, ``self``
2071 follows the :ref:``init family rules <arc.family.semantics.init>``.
2073 .. admonition:: Rationale
2075   The cost of retaining ``self`` in all methods was found to be prohibitive, as
2076   it tends to be live across calls, preventing the optimizer from proving that
2077   the retain and release are unnecessary --- for good reason, as it's quite
2078   possible in theory to cause an object to be deallocated during its execution
2079   without this retain and release.  Since it's extremely uncommon to actually
2080   do so, even unintentionally, and since there's no natural way for the
2081   programmer to remove this retain/release pair otherwise (as there is for
2082   other parameters by, say, making the variable ``objc_externally_retained`` or
2083   qualifying it with ``__unsafe_unretained``), we chose to make this optimizing
2084   assumption and shift some amount of risk to the user.
2086 .. _arc.misc.enumeration:
2088 Fast enumeration iteration variables
2089 ------------------------------------
2091 If a variable is declared in the condition of an Objective-C fast enumeration
2092 loop, and the variable has no explicit ownership qualifier, then it is
2093 implicitly :ref:`externally-retained <arc.misc.externally_retained>` so that
2094 objects encountered during the enumeration are not actually retained and
2095 released.
2097 .. admonition:: Rationale
2099   This is an optimization made possible because fast enumeration loops promise
2100   to keep the objects retained during enumeration, and the collection itself
2101   cannot be synchronously modified.  It can be overridden by explicitly
2102   qualifying the variable with ``__strong``, which will make the variable
2103   mutable again and cause the loop to retain the objects it encounters.
2105 .. _arc.misc.blocks:
2107 Blocks
2108 ------
2110 The implicit ``const`` capture variables created when evaluating a block
2111 literal expression have the same ownership semantics as the local variables
2112 they capture.  The capture is performed by reading from the captured variable
2113 and initializing the capture variable with that value; the capture variable is
2114 destroyed when the block literal is, i.e. at the end of the enclosing scope.
2116 The :ref:`inference <arc.ownership.inference>` rules apply equally to
2117 ``__block`` variables, which is a shift in semantics from non-ARC, where
2118 ``__block`` variables did not implicitly retain during capture.
2120 ``__block`` variables of retainable object owner type are moved off the stack
2121 by initializing the heap copy with the result of moving from the stack copy.
2123 With the exception of retains done as part of initializing a ``__strong``
2124 parameter variable or reading a ``__weak`` variable, whenever these semantics
2125 call for retaining a value of block-pointer type, it has the effect of a
2126 ``Block_copy``.  The optimizer may remove such copies when it sees that the
2127 result is used only as an argument to a call.
2129 When a block pointer type is converted to a non-block pointer type (such as
2130 ``id``), ``Block_copy`` is called. This is necessary because a block allocated
2131 on the stack won't get copied to the heap when the non-block pointer escapes.
2132 A block pointer is implicitly converted to ``id`` when it is passed to a
2133 function as a variadic argument.
2135 .. _arc.misc.exceptions:
2137 Exceptions
2138 ----------
2140 By default in Objective C, ARC is not exception-safe for normal releases:
2142 * It does not end the lifetime of ``__strong`` variables when their scopes are
2143   abnormally terminated by an exception.
2144 * It does not perform releases which would occur at the end of a
2145   full-expression if that full-expression throws an exception.
2147 A program may be compiled with the option ``-fobjc-arc-exceptions`` in order to
2148 enable these, or with the option ``-fno-objc-arc-exceptions`` to explicitly
2149 disable them, with the last such argument "winning".
2151 .. admonition:: Rationale
2153   The standard Cocoa convention is that exceptions signal programmer error and
2154   are not intended to be recovered from.  Making code exceptions-safe by
2155   default would impose severe runtime and code size penalties on code that
2156   typically does not actually care about exceptions safety.  Therefore,
2157   ARC-generated code leaks by default on exceptions, which is just fine if the
2158   process is going to be immediately terminated anyway.  Programs which do care
2159   about recovering from exceptions should enable the option.
2161 In Objective-C++, ``-fobjc-arc-exceptions`` is enabled by default.
2163 .. admonition:: Rationale
2165   C++ already introduces pervasive exceptions-cleanup code of the sort that ARC
2166   introduces.  C++ programmers who have not already disabled exceptions are
2167   much more likely to actual require exception-safety.
2169 ARC does end the lifetimes of ``__weak`` objects when an exception terminates
2170 their scope unless exceptions are disabled in the compiler.
2172 .. admonition:: Rationale
2174   The consequence of a local ``__weak`` object not being destroyed is very
2175   likely to be corruption of the Objective-C runtime, so we want to be safer
2176   here.  Of course, potentially massive leaks are about as likely to take down
2177   the process as this corruption is if the program does try to recover from
2178   exceptions.
2180 .. _arc.misc.interior:
2182 Interior pointers
2183 -----------------
2185 An Objective-C method returning a non-retainable pointer may be annotated with
2186 the ``objc_returns_inner_pointer`` attribute to indicate that it returns a
2187 handle to the internal data of an object, and that this reference will be
2188 invalidated if the object is destroyed.  When such a message is sent to an
2189 object, the object's lifetime will be extended until at least the earliest of:
2191 * the last use of the returned pointer, or any pointer derived from it, in the
2192   calling function or
2193 * the autorelease pool is restored to a previous state.
2195 .. admonition:: Rationale
2197   Rationale: not all memory and resources are managed with reference counts; it
2198   is common for objects to manage private resources in their own, private way.
2199   Typically these resources are completely encapsulated within the object, but
2200   some classes offer their users direct access for efficiency.  If ARC is not
2201   aware of methods that return such "interior" pointers, its optimizations can
2202   cause the owning object to be reclaimed too soon.  This attribute informs ARC
2203   that it must tread lightly.
2205   The extension rules are somewhat intentionally vague.  The autorelease pool
2206   limit is there to permit a simple implementation to simply retain and
2207   autorelease the receiver.  The other limit permits some amount of
2208   optimization.  The phrase "derived from" is intended to encompass the results
2209   both of pointer transformations, such as casts and arithmetic, and of loading
2210   from such derived pointers; furthermore, it applies whether or not such
2211   derivations are applied directly in the calling code or by other utility code
2212   (for example, the C library routine ``strchr``).  However, the implementation
2213   never need account for uses after a return from the code which calls the
2214   method returning an interior pointer.
2216 As an exception, no extension is required if the receiver is loaded directly
2217 from a ``__strong`` object with :ref:`precise lifetime semantics
2218 <arc.optimization.precise>`.
2220 .. admonition:: Rationale
2222   Implicit autoreleases carry the risk of significantly inflating memory use,
2223   so it's important to provide users a way of avoiding these autoreleases.
2224   Tying this to precise lifetime semantics is ideal, as for local variables
2225   this requires a very explicit annotation, which allows ARC to trust the user
2226   with good cheer.
2228 .. _arc.misc.c-retainable:
2230 C retainable pointer types
2231 --------------------------
2233 A type is a :arc-term:`C retainable pointer type` if it is a pointer to
2234 (possibly qualified) ``void`` or a pointer to a (possibly qualifier) ``struct``
2235 or ``class`` type.
2237 .. admonition:: Rationale
2239   ARC does not manage pointers of CoreFoundation type (or any of the related
2240   families of retainable C pointers which interoperate with Objective-C for
2241   retain/release operation).  In fact, ARC does not even know how to
2242   distinguish these types from arbitrary C pointer types.  The intent of this
2243   concept is to filter out some obviously non-object types while leaving a hook
2244   for later tightening if a means of exhaustively marking CF types is made
2245   available.
2247 .. _arc.misc.c-retainable.audit:
2249 Auditing of C retainable pointer interfaces
2250 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2252 :when-revised:`[beginning Apple 4.0, LLVM 3.1]`
2254 A C function may be marked with the ``cf_audited_transfer`` attribute to
2255 express that, except as otherwise marked with attributes, it obeys the
2256 parameter (consuming vs. non-consuming) and return (retained vs. non-retained)
2257 conventions for a C function of its name, namely:
2259 * A parameter of C retainable pointer type is assumed to not be consumed
2260   unless it is marked with the ``cf_consumed`` attribute, and
2261 * A result of C retainable pointer type is assumed to not be returned retained
2262   unless the function is either marked ``cf_returns_retained`` or it follows
2263   the create/copy naming convention and is not marked
2264   ``cf_returns_not_retained``.
2266 A function obeys the :arc-term:`create/copy` naming convention if its name
2267 contains as a substring:
2269 * either "Create" or "Copy" not followed by a lowercase letter, or
2270 * either "create" or "copy" not followed by a lowercase letter and
2271   not preceded by any letter, whether uppercase or lowercase.
2273 A second attribute, ``cf_unknown_transfer``, signifies that a function's
2274 transfer semantics cannot be accurately captured using any of these
2275 annotations.  A program is ill-formed if it annotates the same function with
2276 both ``cf_audited_transfer`` and ``cf_unknown_transfer``.
2278 A pragma is provided to facilitate the mass annotation of interfaces:
2280 .. code-block:: objc
2282   #pragma clang arc_cf_code_audited begin
2283   ...
2284   #pragma clang arc_cf_code_audited end
2286 All C functions declared within the extent of this pragma are treated as if
2287 annotated with the ``cf_audited_transfer`` attribute unless they otherwise have
2288 the ``cf_unknown_transfer`` attribute.  The pragma is accepted in all language
2289 modes.  A program is ill-formed if it attempts to change files, whether by
2290 including a file or ending the current file, within the extent of this pragma.
2292 It is possible to test for all the features in this section with
2293 ``__has_feature(arc_cf_code_audited)``.
2295 .. admonition:: Rationale
2297   A significant inconvenience in ARC programming is the necessity of
2298   interacting with APIs based around C retainable pointers.  These features are
2299   designed to make it relatively easy for API authors to quickly review and
2300   annotate their interfaces, in turn improving the fidelity of tools such as
2301   the static analyzer and ARC.  The single-file restriction on the pragma is
2302   designed to eliminate the risk of accidentally annotating some other header's
2303   interfaces.
2305 .. _arc.runtime:
2307 Runtime support
2308 ===============
2310 This section describes the interaction between the ARC runtime and the code
2311 generated by the ARC compiler.  This is not part of the ARC language
2312 specification; instead, it is effectively a language-specific ABI supplement,
2313 akin to the "Itanium" generic ABI for C++.
2315 Ownership qualification does not alter the storage requirements for objects,
2316 except that it is undefined behavior if a ``__weak`` object is inadequately
2317 aligned for an object of type ``id``.  The other qualifiers may be used on
2318 explicitly under-aligned memory.
2320 The runtime tracks ``__weak`` objects which holds non-null values.  It is
2321 undefined behavior to direct modify a ``__weak`` object which is being tracked
2322 by the runtime except through an
2323 :ref:`objc_storeWeak <arc.runtime.objc_storeWeak>`,
2324 :ref:`objc_destroyWeak <arc.runtime.objc_destroyWeak>`, or
2325 :ref:`objc_moveWeak <arc.runtime.objc_moveWeak>` call.
2327 The runtime must provide a number of new entrypoints which the compiler may
2328 emit, which are described in the remainder of this section.
2330 .. admonition:: Rationale
2332   Several of these functions are semantically equivalent to a message send; we
2333   emit calls to C functions instead because:
2335   * the machine code to do so is significantly smaller,
2336   * it is much easier to recognize the C functions in the ARC optimizer, and
2337   * a sufficient sophisticated runtime may be able to avoid the message send in
2338     common cases.
2340   Several other of these functions are "fused" operations which can be
2341   described entirely in terms of other operations.  We use the fused operations
2342   primarily as a code-size optimization, although in some cases there is also a
2343   real potential for avoiding redundant operations in the runtime.
2345 .. _arc.runtime.objc_autorelease:
2347 ``id objc_autorelease(id value);``
2348 ----------------------------------
2350 *Precondition:* ``value`` is null or a pointer to a valid object.
2352 If ``value`` is null, this call has no effect.  Otherwise, it adds the object
2353 to the innermost autorelease pool exactly as if the object had been sent the
2354 ``autorelease`` message.
2356 Always returns ``value``.
2358 .. _arc.runtime.objc_autoreleasePoolPop:
2360 ``void objc_autoreleasePoolPop(void *pool);``
2361 ---------------------------------------------
2363 *Precondition:* ``pool`` is the result of a previous call to
2364 :ref:`objc_autoreleasePoolPush <arc.runtime.objc_autoreleasePoolPush>` on the
2365 current thread, where neither ``pool`` nor any enclosing pool have previously
2366 been popped.
2368 Releases all the objects added to the given autorelease pool and any
2369 autorelease pools it encloses, then sets the current autorelease pool to the
2370 pool directly enclosing ``pool``.
2372 .. _arc.runtime.objc_autoreleasePoolPush:
2374 ``void *objc_autoreleasePoolPush(void);``
2375 -----------------------------------------
2377 Creates a new autorelease pool that is enclosed by the current pool, makes that
2378 the current pool, and returns an opaque "handle" to it.
2380 .. admonition:: Rationale
2382   While the interface is described as an explicit hierarchy of pools, the rules
2383   allow the implementation to just keep a stack of objects, using the stack
2384   depth as the opaque pool handle.
2386 .. _arc.runtime.objc_autoreleaseReturnValue:
2388 ``id objc_autoreleaseReturnValue(id value);``
2389 ---------------------------------------------
2391 *Precondition:* ``value`` is null or a pointer to a valid object.
2393 If ``value`` is null, this call has no effect.  Otherwise, it makes a best
2394 effort to hand off ownership of a retain count on the object to a call to
2395 :ref:`objc_retainAutoreleasedReturnValue
2396 <arc.runtime.objc_retainAutoreleasedReturnValue>` (or
2397 :ref:`objc_unsafeClaimAutoreleasedReturnValue
2398 <arc.runtime.objc_unsafeClaimAutoreleasedReturnValue>`) for the same object in
2399 an enclosing call frame.  If this is not possible, the object is autoreleased as
2400 above.
2402 Always returns ``value``.
2404 .. _arc.runtime.objc_copyWeak:
2406 ``void objc_copyWeak(id *dest, id *src);``
2407 ------------------------------------------
2409 *Precondition:* ``src`` is a valid pointer which either contains a null pointer
2410 or has been registered as a ``__weak`` object.  ``dest`` is a valid pointer
2411 which has not been registered as a ``__weak`` object.
2413 ``dest`` is initialized to be equivalent to ``src``, potentially registering it
2414 with the runtime.  Equivalent to the following code:
2416 .. code-block:: objc
2418   void objc_copyWeak(id *dest, id *src) {
2419     objc_release(objc_initWeak(dest, objc_loadWeakRetained(src)));
2420   }
2422 Must be atomic with respect to calls to ``objc_storeWeak`` on ``src``.
2424 .. _arc.runtime.objc_destroyWeak:
2426 ``void objc_destroyWeak(id *object);``
2427 --------------------------------------
2429 *Precondition:* ``object`` is a valid pointer which either contains a null
2430 pointer or has been registered as a ``__weak`` object.
2432 ``object`` is unregistered as a weak object, if it ever was.  The current value
2433 of ``object`` is left unspecified; otherwise, equivalent to the following code:
2435 .. code-block:: objc
2437   void objc_destroyWeak(id *object) {
2438     objc_storeWeak(object, nil);
2439   }
2441 Does not need to be atomic with respect to calls to ``objc_storeWeak`` on
2442 ``object``.
2444 .. _arc.runtime.objc_initWeak:
2446 ``id objc_initWeak(id *object, id value);``
2447 -------------------------------------------
2449 *Precondition:* ``object`` is a valid pointer which has not been registered as
2450 a ``__weak`` object.  ``value`` is null or a pointer to a valid object.
2452 If ``value`` is a null pointer or the object to which it points has begun
2453 deallocation, ``object`` is zero-initialized.  Otherwise, ``object`` is
2454 registered as a ``__weak`` object pointing to ``value``.  Equivalent to the
2455 following code:
2457 .. code-block:: objc
2459   id objc_initWeak(id *object, id value) {
2460     *object = nil;
2461     return objc_storeWeak(object, value);
2462   }
2464 Returns the value of ``object`` after the call.
2466 Does not need to be atomic with respect to calls to ``objc_storeWeak`` on
2467 ``object``.
2469 .. _arc.runtime.objc_loadWeak:
2471 ``id objc_loadWeak(id *object);``
2472 ---------------------------------
2474 *Precondition:* ``object`` is a valid pointer which either contains a null
2475 pointer or has been registered as a ``__weak`` object.
2477 If ``object`` is registered as a ``__weak`` object, and the last value stored
2478 into ``object`` has not yet been deallocated or begun deallocation, retains and
2479 autoreleases that value and returns it.  Otherwise returns null.  Equivalent to
2480 the following code:
2482 .. code-block:: objc
2484   id objc_loadWeak(id *object) {
2485     return objc_autorelease(objc_loadWeakRetained(object));
2486   }
2488 Must be atomic with respect to calls to ``objc_storeWeak`` on ``object``.
2490 .. admonition:: Rationale
2492   Loading weak references would be inherently prone to race conditions without
2493   the retain.
2495 .. _arc.runtime.objc_loadWeakRetained:
2497 ``id objc_loadWeakRetained(id *object);``
2498 -----------------------------------------
2500 *Precondition:* ``object`` is a valid pointer which either contains a null
2501 pointer or has been registered as a ``__weak`` object.
2503 If ``object`` is registered as a ``__weak`` object, and the last value stored
2504 into ``object`` has not yet been deallocated or begun deallocation, retains
2505 that value and returns it.  Otherwise returns null.
2507 Must be atomic with respect to calls to ``objc_storeWeak`` on ``object``.
2509 .. _arc.runtime.objc_moveWeak:
2511 ``void objc_moveWeak(id *dest, id *src);``
2512 ------------------------------------------
2514 *Precondition:* ``src`` is a valid pointer which either contains a null pointer
2515 or has been registered as a ``__weak`` object.  ``dest`` is a valid pointer
2516 which has not been registered as a ``__weak`` object.
2518 ``dest`` is initialized to be equivalent to ``src``, potentially registering it
2519 with the runtime.  ``src`` may then be left in its original state, in which
2520 case this call is equivalent to :ref:`objc_copyWeak
2521 <arc.runtime.objc_copyWeak>`, or it may be left as null.
2523 Must be atomic with respect to calls to ``objc_storeWeak`` on ``src``.
2525 .. _arc.runtime.objc_release:
2527 ``void objc_release(id value);``
2528 --------------------------------
2530 *Precondition:* ``value`` is null or a pointer to a valid object.
2532 If ``value`` is null, this call has no effect.  Otherwise, it performs a
2533 release operation exactly as if the object had been sent the ``release``
2534 message.
2536 .. _arc.runtime.objc_retain:
2538 ``id objc_retain(id value);``
2539 -----------------------------
2541 *Precondition:* ``value`` is null or a pointer to a valid object.
2543 If ``value`` is null, this call has no effect.  Otherwise, it performs a retain
2544 operation exactly as if the object had been sent the ``retain`` message.
2546 Always returns ``value``.
2548 .. _arc.runtime.objc_retainAutorelease:
2550 ``id objc_retainAutorelease(id value);``
2551 ----------------------------------------
2553 *Precondition:* ``value`` is null or a pointer to a valid object.
2555 If ``value`` is null, this call has no effect.  Otherwise, it performs a retain
2556 operation followed by an autorelease operation.  Equivalent to the following
2557 code:
2559 .. code-block:: objc
2561   id objc_retainAutorelease(id value) {
2562     return objc_autorelease(objc_retain(value));
2563   }
2565 Always returns ``value``.
2567 .. _arc.runtime.objc_retainAutoreleaseReturnValue:
2569 ``id objc_retainAutoreleaseReturnValue(id value);``
2570 ---------------------------------------------------
2572 *Precondition:* ``value`` is null or a pointer to a valid object.
2574 If ``value`` is null, this call has no effect.  Otherwise, it performs a retain
2575 operation followed by the operation described in
2576 :ref:`objc_autoreleaseReturnValue <arc.runtime.objc_autoreleaseReturnValue>`.
2577 Equivalent to the following code:
2579 .. code-block:: objc
2581   id objc_retainAutoreleaseReturnValue(id value) {
2582     return objc_autoreleaseReturnValue(objc_retain(value));
2583   }
2585 Always returns ``value``.
2587 .. _arc.runtime.objc_retainAutoreleasedReturnValue:
2589 ``id objc_retainAutoreleasedReturnValue(id value);``
2590 ----------------------------------------------------
2592 *Precondition:* ``value`` is null or a pointer to a valid object.
2594 If ``value`` is null, this call has no effect.  Otherwise, it attempts to
2595 accept a hand off of a retain count from a call to
2596 :ref:`objc_autoreleaseReturnValue <arc.runtime.objc_autoreleaseReturnValue>` on
2597 ``value`` in a recently-called function or something it tail-calls.  If that
2598 fails, it performs a retain operation exactly like :ref:`objc_retain
2599 <arc.runtime.objc_retain>`.
2601 Always returns ``value``.
2603 .. _arc.runtime.objc_retainBlock:
2605 ``id objc_retainBlock(id value);``
2606 ----------------------------------
2608 *Precondition:* ``value`` is null or a pointer to a valid block object.
2610 If ``value`` is null, this call has no effect.  Otherwise, if the block pointed
2611 to by ``value`` is still on the stack, it is copied to the heap and the address
2612 of the copy is returned.  Otherwise a retain operation is performed on the
2613 block exactly as if it had been sent the ``retain`` message.
2615 .. _arc.runtime.objc_storeStrong:
2617 ``void objc_storeStrong(id *object, id value);``
2618 ------------------------------------------------
2620 *Precondition:* ``object`` is a valid pointer to a ``__strong`` object which is
2621 adequately aligned for a pointer.  ``value`` is null or a pointer to a valid
2622 object.
2624 Performs the complete sequence for assigning to a ``__strong`` object of
2625 non-block type [*]_.  Equivalent to the following code:
2627 .. code-block:: objc
2629   void objc_storeStrong(id *object, id value) {
2630     id oldValue = *object;
2631     value = [value retain];
2632     *object = value;
2633     [oldValue release];
2634   }
2636 .. [*] This does not imply that a ``__strong`` object of block type is an
2637    invalid argument to this function. Rather it implies that an ``objc_retain``
2638    and not an ``objc_retainBlock`` operation will be emitted if the argument is
2639    a block.
2641 .. _arc.runtime.objc_storeWeak:
2643 ``id objc_storeWeak(id *object, id value);``
2644 --------------------------------------------
2646 *Precondition:* ``object`` is a valid pointer which either contains a null
2647 pointer or has been registered as a ``__weak`` object.  ``value`` is null or a
2648 pointer to a valid object.
2650 If ``value`` is a null pointer or the object to which it points has begun
2651 deallocation, ``object`` is assigned null and unregistered as a ``__weak``
2652 object.  Otherwise, ``object`` is registered as a ``__weak`` object or has its
2653 registration updated to point to ``value``.
2655 Returns the value of ``object`` after the call.
2657 .. _arc.runtime.objc_unsafeClaimAutoreleasedReturnValue:
2659 ``id objc_unsafeClaimAutoreleasedReturnValue(id value);``
2660 ---------------------------------------------------------
2662 *Precondition:* ``value`` is null or a pointer to a valid object.
2664 If ``value`` is null, this call has no effect.  Otherwise, it attempts to
2665 accept a hand off of a retain count from a call to
2666 :ref:`objc_autoreleaseReturnValue <arc.runtime.objc_autoreleaseReturnValue>` on
2667 ``value`` in a recently-called function or something it tail-calls (in a manner
2668 similar to :ref:`objc_retainAutoreleasedReturnValue
2669 <arc.runtime.objc_retainAutoreleasedReturnValue>`).  If that succeeds,
2670 it performs a release operation exactly like :ref:`objc_release
2671 <arc.runtime.objc_release>`.  If the handoff fails, this call has no effect.
2673 Always returns ``value``.