[SCCP] Avoid modifying AdditionalUsers while iterating over it
[llvm-project.git] / clang / docs / AutomaticReferenceCounting.rst
blob9b0b6b86eb11ea4d3481dc543aa92e086e91346d
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 initialitzed 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.  This must execute atomically with
843   respect to assignments and to the final release of the pointee.
844 * For all other objects, the lvalue is loaded with primitive semantics.
846 :arc-term:`Assignment` occurs when evaluating an assignment operator.  The
847 semantics vary based on the qualification:
849 * For ``__strong`` objects, the new pointee is first retained; second, the
850   lvalue is loaded with primitive semantics; third, the new pointee is stored
851   into the lvalue with primitive semantics; and finally, the old pointee is
852   released.  This is not performed atomically; external synchronization must be
853   used to make this safe in the face of concurrent loads and stores.
854 * For ``__weak`` objects, the lvalue is updated to point to the new pointee,
855   unless the new pointee is an object currently undergoing deallocation, in
856   which case the lvalue is updated to a null pointer.  This must execute
857   atomically with respect to other assignments to the object, to reads from the
858   object, and to the final release of the new pointee.
859 * For ``__unsafe_unretained`` objects, the new pointee is stored into the
860   lvalue using primitive semantics.
861 * For ``__autoreleasing`` objects, the new pointee is retained, autoreleased,
862   and stored into the lvalue using primitive semantics.
864 :arc-term:`Initialization` occurs when an object's lifetime begins, which
865 depends on its storage duration.  Initialization proceeds in two stages:
867 #. First, a null pointer is stored into the lvalue using primitive semantics.
868    This step is skipped if the object is ``__unsafe_unretained``.
869 #. Second, if the object has an initializer, that expression is evaluated and
870    then assigned into the object using the usual assignment semantics.
872 :arc-term:`Destruction` occurs when an object's lifetime ends.  In all cases it
873 is semantically equivalent to assigning a null pointer to the object, with the
874 proviso that of course the object cannot be legally read after the object's
875 lifetime ends.
877 :arc-term:`Moving` occurs in specific situations where an lvalue is "moved
878 from", meaning that its current pointee will be used but the object may be left
879 in a different (but still valid) state.  This arises with ``__block`` variables
880 and rvalue references in C++.  For ``__strong`` lvalues, moving is equivalent
881 to loading the lvalue with primitive semantics, writing a null pointer to it
882 with primitive semantics, and then releasing the result of the load at the end
883 of the current full-expression.  For all other lvalues, moving is equivalent to
884 reading the object.
886 .. _arc.ownership.restrictions:
888 Restrictions
889 ------------
891 .. _arc.ownership.restrictions.weak:
893 Weak-unavailable types
894 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
896 It is explicitly permitted for Objective-C classes to not support ``__weak``
897 references.  It is undefined behavior to perform an operation with weak
898 assignment semantics with a pointer to an Objective-C object whose class does
899 not support ``__weak`` references.
901 .. admonition:: Rationale
903   Historically, it has been possible for a class to provide its own
904   reference-count implementation by overriding ``retain``, ``release``, etc.
905   However, weak references to an object require coordination with its class's
906   reference-count implementation because, among other things, weak loads and
907   stores must be atomic with respect to the final release.  Therefore, existing
908   custom reference-count implementations will generally not support weak
909   references without additional effort.  This is unavoidable without breaking
910   binary compatibility.
912 A class may indicate that it does not support weak references by providing the
913 ``objc_arc_weak_reference_unavailable`` attribute on the class's interface declaration.  A
914 retainable object pointer type is **weak-unavailable** if
915 is a pointer to an (optionally protocol-qualified) Objective-C class ``T`` where
916 ``T`` or one of its superclasses has the ``objc_arc_weak_reference_unavailable``
917 attribute.  A program is ill-formed if it applies the ``__weak`` ownership
918 qualifier to a weak-unavailable type or if the value operand of a weak
919 assignment operation has a weak-unavailable type.
921 .. _arc.ownership.restrictions.autoreleasing:
923 Storage duration of ``__autoreleasing`` objects
924 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
926 A program is ill-formed if it declares an ``__autoreleasing`` object of
927 non-automatic storage duration.  A program is ill-formed if it captures an
928 ``__autoreleasing`` object in a block or, unless by reference, in a C++11
929 lambda.
931 .. admonition:: Rationale
933   Autorelease pools are tied to the current thread and scope by their nature.
934   While it is possible to have temporary objects whose instance variables are
935   filled with autoreleased objects, there is no way that ARC can provide any
936   sort of safety guarantee there.
938 It is undefined behavior if a non-null pointer is assigned to an
939 ``__autoreleasing`` object while an autorelease pool is in scope and then that
940 object is read after the autorelease pool's scope is left.
942 .. _arc.ownership.restrictions.conversion.indirect:
944 Conversion of pointers to ownership-qualified types
945 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
947 A program is ill-formed if an expression of type ``T*`` is converted,
948 explicitly or implicitly, to the type ``U*``, where ``T`` and ``U`` have
949 different ownership qualification, unless:
951 * ``T`` is qualified with ``__strong``, ``__autoreleasing``, or
952   ``__unsafe_unretained``, and ``U`` is qualified with both ``const`` and
953   ``__unsafe_unretained``; or
954 * either ``T`` or ``U`` is ``cv void``, where ``cv`` is an optional sequence
955   of non-ownership qualifiers; or
956 * the conversion is requested with a ``reinterpret_cast`` in Objective-C++; or
957 * the conversion is a well-formed :ref:`pass-by-writeback
958   <arc.ownership.restrictions.pass_by_writeback>`.
960 The analogous rule applies to ``T&`` and ``U&`` in Objective-C++.
962 .. admonition:: Rationale
964   These rules provide a reasonable level of type-safety for indirect pointers,
965   as long as the underlying memory is not deallocated.  The conversion to
966   ``const __unsafe_unretained`` is permitted because the semantics of reads are
967   equivalent across all these ownership semantics, and that's a very useful and
968   common pattern.  The interconversion with ``void*`` is useful for allocating
969   memory or otherwise escaping the type system, but use it carefully.
970   ``reinterpret_cast`` is considered to be an obvious enough sign of taking
971   responsibility for any problems.
973 It is undefined behavior to access an ownership-qualified object through an
974 lvalue of a differently-qualified type, except that any non-``__weak`` object
975 may be read through an ``__unsafe_unretained`` lvalue.
977 It is undefined behavior if the storage of a ``__strong`` or ``__weak``
978 object is not properly initialized before the first managed operation
979 is performed on the object, or if the storage of such an object is freed
980 or reused before the object has been properly deinitialized.  Storage for
981 a ``__strong`` or ``__weak`` object may be properly initialized by filling
982 it with the representation of a null pointer, e.g. by acquiring the memory
983 with ``calloc`` or using ``bzero`` to zero it out.  A ``__strong`` or
984 ``__weak`` object may be properly deinitialized by assigning a null pointer
985 into it.  A ``__strong`` object may also be properly initialized
986 by copying into it (e.g. with ``memcpy``) the representation of a
987 different ``__strong`` object whose storage has been properly initialized;
988 doing this properly deinitializes the source object and causes its storage
989 to no longer be properly initialized.  A ``__weak`` object may not be
990 representation-copied in this way.
992 These requirements are followed automatically for objects whose
993 initialization and deinitialization are under the control of ARC:
995 * objects of static, automatic, and temporary storage duration
996 * instance variables of Objective-C objects
997 * elements of arrays where the array object's initialization and
998   deinitialization are under the control of ARC
999 * fields of Objective-C struct types where the struct object's
1000   initialization and deinitialization are under the control of ARC
1001 * non-static data members of Objective-C++ non-union class types
1002 * Objective-C++ objects and arrays of dynamic storage duration created
1003   with the ``new`` or ``new[]`` operators and destroyed with the
1004   corresponding ``delete`` or ``delete[]`` operator
1006 They are not followed automatically for these objects:
1008 * objects of dynamic storage duration created in other memory, such as
1009   that returned by ``malloc``
1010 * union members
1012 .. admonition:: Rationale
1014   ARC must perform special operations when initializing an object and
1015   when destroying it.  In many common situations, ARC knows when an
1016   object is created and when it is destroyed and can ensure that these
1017   operations are performed correctly.  Otherwise, however, ARC requires
1018   programmer cooperation to establish its initialization invariants
1019   because it is infeasible for ARC to dynamically infer whether they
1020   are intact.  For example, there is no syntactic difference in C between
1021   an assignment that is intended by the programmer to initialize a variable
1022   and one that is intended to replace the existing value stored there,
1023   but ARC must perform one operation or the other.  ARC chooses to always
1024   assume that objects are initialized (except when it is in charge of
1025   initializing them) because the only workable alternative would be to
1026   ban all code patterns that could potentially be used to access
1027   uninitialized memory, and that would be too limiting.  In practice,
1028   this is rarely a problem because programmers do not generally need to
1029   work with objects for which the requirements are not handled
1030   automatically.
1032 Note that dynamically-allocated Objective-C++ arrays of
1033 nontrivially-ownership-qualified type are not ABI-compatible with non-ARC
1034 code because the non-ARC code will consider the element type to be POD.
1035 Such arrays that are ``new[]``'d in ARC translation units cannot be
1036 ``delete[]``'d in non-ARC translation units and vice-versa.
1038 .. _arc.ownership.restrictions.pass_by_writeback:
1040 Passing to an out parameter by writeback
1041 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1043 If the argument passed to a parameter of type ``T __autoreleasing *`` has type
1044 ``U oq *``, where ``oq`` is an ownership qualifier, then the argument is a
1045 candidate for :arc-term:`pass-by-writeback`` if:
1047 * ``oq`` is ``__strong`` or ``__weak``, and
1048 * it would be legal to initialize a ``T __strong *`` with a ``U __strong *``.
1050 For purposes of overload resolution, an implicit conversion sequence requiring
1051 a pass-by-writeback is always worse than an implicit conversion sequence not
1052 requiring a pass-by-writeback.
1054 The pass-by-writeback is ill-formed if the argument expression does not have a
1055 legal form:
1057 * ``&var``, where ``var`` is a scalar variable of automatic storage duration
1058   with retainable object pointer type
1059 * a conditional expression where the second and third operands are both legal
1060   forms
1061 * a cast whose operand is a legal form
1062 * a null pointer constant
1064 .. admonition:: Rationale
1066   The restriction in the form of the argument serves two purposes.  First, it
1067   makes it impossible to pass the address of an array to the argument, which
1068   serves to protect against an otherwise serious risk of mis-inferring an
1069   "array" argument as an out-parameter.  Second, it makes it much less likely
1070   that the user will see confusing aliasing problems due to the implementation,
1071   below, where their store to the writeback temporary is not immediately seen
1072   in the original argument variable.
1074 A pass-by-writeback is evaluated as follows:
1076 #. The argument is evaluated to yield a pointer ``p`` of type ``U oq *``.
1077 #. If ``p`` is a null pointer, then a null pointer is passed as the argument,
1078    and no further work is required for the pass-by-writeback.
1079 #. Otherwise, a temporary of type ``T __autoreleasing`` is created and
1080    initialized to a null pointer.
1081 #. If the parameter is not an Objective-C method parameter marked ``out``,
1082    then ``*p`` is read, and the result is written into the temporary with
1083    primitive semantics.
1084 #. The address of the temporary is passed as the argument to the actual call.
1085 #. After the call completes, the temporary is loaded with primitive
1086    semantics, and that value is assigned into ``*p``.
1088 .. admonition:: Rationale
1090   This is all admittedly convoluted.  In an ideal world, we would see that a
1091   local variable is being passed to an out-parameter and retroactively modify
1092   its type to be ``__autoreleasing`` rather than ``__strong``.  This would be
1093   remarkably difficult and not always well-founded under the C type system.
1094   However, it was judged unacceptably invasive to require programmers to write
1095   ``__autoreleasing`` on all the variables they intend to use for
1096   out-parameters.  This was the least bad solution.
1098 .. _arc.ownership.restrictions.records:
1100 Ownership-qualified fields of structs and unions
1101 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1103 A member of a struct or union may be declared to have ownership-qualified
1104 type.  If the type is qualified with ``__unsafe_unretained``, the semantics
1105 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.
1107 Both Objective-C and Objective-C++ support nontrivially ownership-qualified
1108 fields.  Due to formal differences between the standards, the formal
1109 treatment is different; however, the basic language model is intended to
1110 be the same for identical code.
1112 .. admonition:: Rationale
1114   Permitting ``__strong`` and ``__weak`` references in aggregate types
1115   allows programmers to take advantage of the normal language tools of
1116   C and C++ while still automatically managing memory.  While it is
1117   usually simpler and more idiomatic to use Objective-C objects for
1118   secondary data structures, doing so can introduce extra allocation
1119   and message-send overhead, which can cause to unacceptable
1120   performance.  Using structs can resolve some of this tension.
1122   ``__autoreleasing`` is forbidden because it is treacherous to rely
1123   on autoreleases as an ownership tool outside of a function-local
1124   contexts.
1126   Earlier releases of Clang permitted ``__strong`` and ``__weak`` only
1127   references in Objective-C++ classes, not in Objective-C.  This
1128   restriction was an undesirable short-term constraint arising from the
1129   complexity of adding support for non-trivial struct types to C.
1131 In Objective-C++, nontrivially ownership-qualified types are treated
1132 for nearly all purposes as if they were class types with non-trivial
1133 default constructors, copy constructors, move constructors, copy assignment
1134 operators, move assignment operators, and destructors.  This includes the
1135 determination of the triviality of special members of classes with a
1136 non-static data member of such a type.
1138 In Objective-C, the definition cannot be so succinct: because the C
1139 standard lacks rules for non-trivial types, those rules must first be
1140 developed.  They are given in the next section.  The intent is that these
1141 rules are largely consistent with the rules of C++ for code expressible
1142 in both languages.
1144 Formal rules for non-trivial types in C
1145 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1147 The following are base rules which can be added to C to support
1148 implementation-defined non-trivial types.
1150 A type in C is said to be *non-trivial to copy*, *non-trivial to destroy*,
1151 or *non-trivial to default-initialize* if:
1153 - it is a struct or union containing a member whose type is non-trivial
1154   to (respectively) copy, destroy, or default-initialize;
1156 - it is a qualified type whose unqualified type is non-trivial to
1157   (respectively) copy, destroy, or default-initialize (for at least
1158   the standard C qualifiers); or
1160 - it is an array type whose element type is non-trivial to (respectively)
1161   copy, destroy, or default-initialize.
1163 A type in C is said to be *illegal to copy*, *illegal to destroy*, or
1164 *illegal to default-initialize* if:
1166 - it is a union which contains a member whose type is either illegal
1167   or non-trivial to (respectively) copy, destroy, or initialize;
1169 - it is a qualified type whose unqualified type is illegal 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 illegal to (respectively)
1174   copy, destroy, or default-initialize.
1176 No type describable under the rules of the C standard shall be either
1177 non-trivial or illegal to copy, destroy, or default-initialize.
1178 An implementation may provide additional types which have one or more
1179 of these properties.
1181 An expression calls for a type to be copied if it:
1183 - passes an argument of that type to a function call,
1184 - defines a function which declares a parameter of that type,
1185 - calls or defines a function which returns a value of that type,
1186 - assigns to an l-value of that type, or
1187 - converts an l-value of that type to an r-value.
1189 A program calls for a type to be destroyed if it:
1191 - passes an argument of that type to a function call,
1192 - defines a function which declares a parameter of that type,
1193 - calls or defines a function which returns a value of that type,
1194 - creates an object of automatic storage duration of that type,
1195 - assigns to an l-value of that type, or
1196 - converts an l-value of that type to an r-value.
1198 A program calls for a type to be default-initialized if it:
1200 - declares a variable of that type without an initializer.
1202 An expression is ill-formed if calls for a type to be copied,
1203 destroyed, or default-initialized and that type is illegal to
1204 (respectively) copy, destroy, or default-initialize.
1206 A program is ill-formed if it contains a function type specifier
1207 with a parameter or return type that is illegal to copy or
1208 destroy.  If a function type specifier would be ill-formed for this
1209 reason except that the parameter or return type was incomplete at
1210 that point in the translation unit, the program is ill-formed but
1211 no diagnostic is required.
1213 A ``goto`` or ``switch`` is ill-formed if it jumps into the scope of
1214 an object of automatic storage duration whose type is non-trivial to
1215 destroy.
1217 C specifies that it is generally undefined behavior to access an l-value
1218 if there is no object of that type at that location.  Implementations
1219 are often lenient about this, but non-trivial types generally require
1220 it to be enforced more strictly.  The following rules apply:
1222 The *static subobjects* of a type ``T`` at a location ``L`` are:
1224   - an object of type ``T`` spanning from ``L`` to ``L + sizeof(T)``;
1226   - if ``T`` is a struct type, then for each field ``f`` of that struct,
1227     the static subobjects of ``T`` at location ``L + offsetof(T, .f)``; and
1229   - if ``T`` is the array type ``E[N]``, then for each ``i`` satisfying
1230     ``0 <= i < N``, the static subobjects of ``E`` at location
1231     ``L + i * sizeof(E)``.
1233 If an l-value is converted to an r-value, then all static subobjects
1234 whose types are non-trivial to copy are accessed.  If an l-value is
1235 assigned to, or if an object of automatic storage duration goes out of
1236 scope, then all static subobjects of types that are non-trivial to destroy
1237 are accessed.
1239 A dynamic object is created at a location if an initialization initializes
1240 an object of that type there.  A dynamic object ceases to exist at a
1241 location if the memory is repurposed.  Memory is repurposed if it is
1242 freed or if a different dynamic object is created there, for example by
1243 assigning into a different union member.  An implementation may provide
1244 additional rules for what constitutes creating or destroying a dynamic
1245 object.
1247 If an object is accessed under these rules at a location where no such
1248 dynamic object exists, the program has undefined behavior.
1249 If memory for a location is repurposed while a dynamic object that is
1250 non-trivial to destroy exists at that location, the program has
1251 undefined behavior.
1253 .. admonition:: Rationale
1255   While these rules are far less fine-grained than C++, they are
1256   nonetheless sufficient to express a wide spectrum of types.
1257   Types that express some sort of ownership will generally be non-trivial
1258   to both copy and destroy and either non-trivial or illegal to
1259   default-initialize.  Types that don't express ownership may still
1260   be non-trivial to copy because of some sort of address sensitivity;
1261   for example, a relative reference.  Distinguishing default
1262   initialization allows types to impose policies about how they are
1263   created.
1265   These rules assume that assignment into an l-value is always a
1266   modification of an existing object rather than an initialization.
1267   Assignment is then a compound operation where the old value is
1268   read and destroyed, if necessary, and the new value is put into
1269   place.  These are the natural semantics of value propagation, where
1270   all basic operations on the type come down to copies and destroys,
1271   and everything else is just an optimization on top of those.
1273   The most glaring weakness of programming with non-trivial types in C
1274   is that there are no language mechanisms (akin to C++'s placement
1275   ``new`` and explicit destructor calls) for explicitly creating and
1276   destroying objects.  Clang should consider adding builtins for this
1277   purpose, as well as for common optimizations like destructive
1278   relocation.
1280 Application of the formal C rules to nontrivial ownership qualifiers
1281 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1283 Nontrivially ownership-qualified types are considered non-trivial
1284 to copy, destroy, and default-initialize.
1286 A dynamic object of nontrivially ownership-qualified type contingently
1287 exists at a location if the memory is filled with a zero pattern, e.g.
1288 by ``calloc`` or ``bzero``.  Such an object can be safely accessed in
1289 all of the cases above, but its memory can also be safely repurposed.
1290 Assigning a null pointer into an l-value of ``__weak`` or
1291 ``__strong``-qualified type accesses the dynamic object there (and thus
1292 may have undefined behavior if no such object exists), but afterwards
1293 the object's memory is guaranteed to be filled with a zero pattern
1294 and thus may be either further accessed or repurposed as needed.
1295 The upshot is that programs may safely initialize dynamically-allocated
1296 memory for nontrivially ownership-qualified types by ensuring it is zero-initialized, and they may safely deinitialize memory before
1297 freeing it by storing ``nil`` into any ``__strong`` or ``__weak``
1298 references previously created in that memory.
1300 C/C++ compatibility for structs and unions with non-trivial members
1301 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1303 Structs and unions with non-trivial members are compatible in
1304 different language modes (e.g. between Objective-C and Objective-C++,
1305 or between ARC and non-ARC modes) under the following conditions:
1307 - The types must be compatible ignoring ownership qualifiers according
1308   to the baseline, non-ARC rules (e.g. C struct compatibility or C++'s
1309   ODR).  This condition implies a pairwise correspondance between
1310   fields.
1312   Note that an Objective-C++ class with base classes, a user-provided
1313   copy or move constructor, or a user-provided destructor is never
1314   compatible with an Objective-C type.
1316 - If two fields correspond as above, and at least one of the fields is
1317   ownership-qualified, then:
1319     - the fields must be identically qualified, or else
1321     - one type must be unqualified (and thus declared in a non-ARC mode),
1322       and the other type must be qualified with ``__unsafe_unretained``
1323       or ``__strong``.
1325   Note that ``__weak`` fields must always be declared ``__weak``  because
1326   of the need to pin those fields in memory and keep them properly
1327   registered with the Objective-C runtime.  Non-ARC modes may still
1328   declare fields ``__weak`` by enabling ``-fobjc-weak``.
1330 These compatibility rules permit a function that takes a parameter
1331 of non-trivial struct type to be written in ARC and called from
1332 non-ARC or vice-versa.  The convention for this always transfers
1333 ownership of objects stored in ``__strong`` fields from the caller
1334 to the callee, just as for an ``ns_consumed`` argument.  Therefore,
1335 non-ARC callers must ensure that such fields are initialized to a +1
1336 reference, and non-ARC callees must balance that +1 by releasing the
1337 reference or transferring it as appropriate.
1339 Likewise, a function returning a non-trivial struct may be written in
1340 ARC and called from non-ARC or vice-versa.  The convention for this
1341 always transfers ownership of objects stored in ``__strong`` fields
1342 from the callee to the caller, and so callees must initialize such
1343 fields with +1 references, and callers must balance that +1 by releasing
1344 or transferring them.
1346 Similar transfers of responsibility occur for ``__weak`` fields, but
1347 since both sides must use native ``__weak`` support to ensure
1348 calling convention compatibility, this transfer is always handled
1349 automatically by the compiler.
1351 .. admonition:: Rationale
1353   In earlier releases, when non-trivial ownership was only permitted
1354   on fields in Objective-C++, the ABI used for such classees was the
1355   ordinary ABI for non-trivial C++ classes, which passes arguments and
1356   returns indirectly and does not transfer responsibility for arguments.
1357   When support for Objective-C structs was added, it was decided to
1358   change to the current ABI for three reasons:
1360   - It permits ARC / non-ARC compatibility for structs containing only
1361     ``__strong`` references, as long as the non-ARC side is careful about
1362     transferring ownership.
1364   - It avoids unnecessary indirection for sufficiently small types that
1365     the C ABI would prefer to pass in registers.
1367   - Given that struct arguments must be produced at +1 to satisfy C's
1368     semantics of initializing the local parameter variable, transferring
1369     ownership of that copy to the callee is generally better for ARC
1370     optimization, since otherwise there will be releases in the caller
1371     that are much harder to pair with transfers in the callee.
1373   Breaking compatibility with existing Objective-C++ structures was
1374   considered an acceptable cost, as most Objective-C++ code does not have
1375   binary-compatibility requirements.  Any existing code which cannot accept
1376   this compatibility break, which is necessarily Objective-C++, should
1377   force the use of the standard C++ ABI by declaring an empty (but
1378   non-defaulted) destructor.
1380 .. _arc.ownership.inference:
1382 Ownership inference
1383 -------------------
1385 .. _arc.ownership.inference.variables:
1387 Objects
1388 ^^^^^^^
1390 If an object is declared with retainable object owner type, but without an
1391 explicit ownership qualifier, its type is implicitly adjusted to have
1392 ``__strong`` qualification.
1394 As a special case, if the object's base type is ``Class`` (possibly
1395 protocol-qualified), the type is adjusted to have ``__unsafe_unretained``
1396 qualification instead.
1398 .. _arc.ownership.inference.indirect_parameters:
1400 Indirect parameters
1401 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1403 If a function or method parameter has type ``T*``, where ``T`` is an
1404 ownership-unqualified retainable object pointer type, then:
1406 * if ``T`` is ``const``-qualified or ``Class``, then it is implicitly
1407   qualified with ``__unsafe_unretained``;
1408 * otherwise, it is implicitly qualified with ``__autoreleasing``.
1410 .. admonition:: Rationale
1412   ``__autoreleasing`` exists mostly for this case, the Cocoa convention for
1413   out-parameters.  Since a pointer to ``const`` is obviously not an
1414   out-parameter, we instead use a type more useful for passing arrays.  If the
1415   user instead intends to pass in a *mutable* array, inferring
1416   ``__autoreleasing`` is the wrong thing to do; this directs some of the
1417   caution in the following rules about writeback.
1419 Such a type written anywhere else would be ill-formed by the general rule
1420 requiring ownership qualifiers.
1422 This rule does not apply in Objective-C++ if a parameter's type is dependent in
1423 a template pattern and is only *instantiated* to a type which would be a
1424 pointer to an unqualified retainable object pointer type.  Such code is still
1425 ill-formed.
1427 .. admonition:: Rationale
1429   The convention is very unlikely to be intentional in template code.
1431 .. _arc.ownership.inference.template.arguments:
1433 Template arguments
1434 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1436 If a template argument for a template type parameter is an retainable object
1437 owner type that does not have an explicit ownership qualifier, it is adjusted
1438 to have ``__strong`` qualification.  This adjustment occurs regardless of
1439 whether the template argument was deduced or explicitly specified.
1441 .. admonition:: Rationale
1443   ``__strong`` is a useful default for containers (e.g., ``std::vector<id>``),
1444   which would otherwise require explicit qualification.  Moreover, unqualified
1445   retainable object pointer types are unlikely to be useful within templates,
1446   since they generally need to have a qualifier applied to the before being
1447   used.
1449 .. _arc.method-families:
1451 Method families
1452 ===============
1454 An Objective-C method may fall into a :arc-term:`method family`, which is a
1455 conventional set of behaviors ascribed to it by the Cocoa conventions.
1457 A method is in a certain method family if:
1459 * it has a ``objc_method_family`` attribute placing it in that family; or if
1460   not that,
1461 * it does not have an ``objc_method_family`` attribute placing it in a
1462   different or no family, and
1463 * its selector falls into the corresponding selector family, and
1464 * its signature obeys the added restrictions of the method family.
1466 A selector is in a certain selector family if, ignoring any leading
1467 underscores, the first component of the selector either consists entirely of
1468 the name of the method family or it begins with that name followed by a
1469 character other than a lowercase letter.  For example, ``_perform:with:`` and
1470 ``performWith:`` would fall into the ``perform`` family (if we recognized one),
1471 but ``performing:with`` would not.
1473 The families and their added restrictions are:
1475 * ``alloc`` methods must return a retainable object pointer type.
1476 * ``copy`` methods must return a retainable object pointer type.
1477 * ``mutableCopy`` methods must return a retainable object pointer type.
1478 * ``new`` methods must return a retainable object pointer type.
1479 * ``init`` methods must be instance methods and must return an Objective-C
1480   pointer type.  Additionally, a program is ill-formed if it declares or
1481   contains a call to an ``init`` method whose return type is neither ``id`` nor
1482   a pointer to a super-class or sub-class of the declaring class (if the method
1483   was declared on a class) or the static receiver type of the call (if it was
1484   declared on a protocol).
1486   .. admonition:: Rationale
1488     There are a fair number of existing methods with ``init``-like selectors
1489     which nonetheless don't follow the ``init`` conventions.  Typically these
1490     are either accidental naming collisions or helper methods called during
1491     initialization.  Because of the peculiar retain/release behavior of
1492     ``init`` methods, it's very important not to treat these methods as
1493     ``init`` methods if they aren't meant to be.  It was felt that implicitly
1494     defining these methods out of the family based on the exact relationship
1495     between the return type and the declaring class would be much too subtle
1496     and fragile.  Therefore we identify a small number of legitimate-seeming
1497     return types and call everything else an error.  This serves the secondary
1498     purpose of encouraging programmers not to accidentally give methods names
1499     in the ``init`` family.
1501     Note that a method with an ``init``-family selector which returns a
1502     non-Objective-C type (e.g. ``void``) is perfectly well-formed; it simply
1503     isn't in the ``init`` family.
1505 A program is ill-formed if a method's declarations, implementations, and
1506 overrides do not all have the same method family.
1508 .. _arc.family.attribute:
1510 Explicit method family control
1511 ------------------------------
1513 A method may be annotated with the ``objc_method_family`` attribute to
1514 precisely control which method family it belongs to.  If a method in an
1515 ``@implementation`` does not have this attribute, but there is a method
1516 declared in the corresponding ``@interface`` that does, then the attribute is
1517 copied to the declaration in the ``@implementation``.  The attribute is
1518 available outside of ARC, and may be tested for with the preprocessor query
1519 ``__has_attribute(objc_method_family)``.
1521 The attribute is spelled
1522 ``__attribute__((objc_method_family(`` *family* ``)))``.  If *family* is
1523 ``none``, the method has no family, even if it would otherwise be considered to
1524 have one based on its selector and type.  Otherwise, *family* must be one of
1525 ``alloc``, ``copy``, ``init``, ``mutableCopy``, or ``new``, in which case the
1526 method is considered to belong to the corresponding family regardless of its
1527 selector.  It is an error if a method that is explicitly added to a family in
1528 this way does not meet the requirements of the family other than the selector
1529 naming convention.
1531 .. admonition:: Rationale
1533   The rules codified in this document describe the standard conventions of
1534   Objective-C.  However, as these conventions have not heretofore been enforced
1535   by an unforgiving mechanical system, they are only imperfectly kept,
1536   especially as they haven't always even been precisely defined.  While it is
1537   possible to define low-level ownership semantics with attributes like
1538   ``ns_returns_retained``, this attribute allows the user to communicate
1539   semantic intent, which is of use both to ARC (which, e.g., treats calls to
1540   ``init`` specially) and the static analyzer.
1542 .. _arc.family.semantics:
1544 Semantics of method families
1545 ----------------------------
1547 A method's membership in a method family may imply non-standard semantics for
1548 its parameters and return type.
1550 Methods in the ``alloc``, ``copy``, ``mutableCopy``, and ``new`` families ---
1551 that is, methods in all the currently-defined families except ``init`` ---
1552 implicitly :ref:`return a retained object
1553 <arc.object.operands.retained-return-values>` as if they were annotated with
1554 the ``ns_returns_retained`` attribute.  This can be overridden by annotating
1555 the method with either of the ``ns_returns_autoreleased`` or
1556 ``ns_returns_not_retained`` attributes.
1558 Properties also follow same naming rules as methods.  This means that those in
1559 the ``alloc``, ``copy``, ``mutableCopy``, and ``new`` families provide access
1560 to :ref:`retained objects <arc.object.operands.retained-return-values>`.  This
1561 can be overridden by annotating the property with ``ns_returns_not_retained``
1562 attribute.
1564 .. _arc.family.semantics.init:
1566 Semantics of ``init``
1567 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1569 Methods in the ``init`` family implicitly :ref:`consume
1570 <arc.objects.operands.consumed>` their ``self`` parameter and :ref:`return a
1571 retained object <arc.object.operands.retained-return-values>`.  Neither of
1572 these properties can be altered through attributes.
1574 A call to an ``init`` method with a receiver that is either ``self`` (possibly
1575 parenthesized or casted) or ``super`` is called a :arc-term:`delegate init
1576 call`.  It is an error for a delegate init call to be made except from an
1577 ``init`` method, and excluding blocks within such methods.
1579 As an exception to the :ref:`usual rule <arc.misc.self>`, the variable ``self``
1580 is mutable in an ``init`` method and has the usual semantics for a ``__strong``
1581 variable.  However, it is undefined behavior and the program is ill-formed, no
1582 diagnostic required, if an ``init`` method attempts to use the previous value
1583 of ``self`` after the completion of a delegate init call.  It is conventional,
1584 but not required, for an ``init`` method to return ``self``.
1586 It is undefined behavior for a program to cause two or more calls to ``init``
1587 methods on the same object, except that each ``init`` method invocation may
1588 perform at most one delegate init call.
1590 .. _arc.family.semantics.result_type:
1592 Related result types
1593 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1595 Certain methods are candidates to have :arc-term:`related result types`:
1597 * class methods in the ``alloc`` and ``new`` method families
1598 * instance methods in the ``init`` family
1599 * the instance method ``self``
1600 * outside of ARC, the instance methods ``retain`` and ``autorelease``
1602 If the formal result type of such a method is ``id`` or protocol-qualified
1603 ``id``, or a type equal to the declaring class or a superclass, then it is said
1604 to have a related result type.  In this case, when invoked in an explicit
1605 message send, it is assumed to return a type related to the type of the
1606 receiver:
1608 * if it is a class method, and the receiver is a class name ``T``, the message
1609   send expression has type ``T*``; otherwise
1610 * if it is an instance method, and the receiver has type ``T``, the message
1611   send expression has type ``T``; otherwise
1612 * the message send expression has the normal result type of the method.
1614 This is a new rule of the Objective-C language and applies outside of ARC.
1616 .. admonition:: Rationale
1618   ARC's automatic code emission is more prone than most code to signature
1619   errors, i.e. errors where a call was emitted against one method signature,
1620   but the implementing method has an incompatible signature.  Having more
1621   precise type information helps drastically lower this risk, as well as
1622   catching a number of latent bugs.
1624 .. _arc.optimization:
1626 Optimization
1627 ============
1629 Within this section, the word :arc-term:`function` will be used to
1630 refer to any structured unit of code, be it a C function, an
1631 Objective-C method, or a block.
1633 This specification describes ARC as performing specific ``retain`` and
1634 ``release`` operations on retainable object pointers at specific
1635 points during the execution of a program.  These operations make up a
1636 non-contiguous subsequence of the computation history of the program.
1637 The portion of this sequence for a particular retainable object
1638 pointer for which a specific function execution is directly
1639 responsible is the :arc-term:`formal local retain history` of the
1640 object pointer.  The corresponding actual sequence executed is the
1641 `dynamic local retain history`.
1643 However, under certain circumstances, ARC is permitted to re-order and
1644 eliminate operations in a manner which may alter the overall
1645 computation history beyond what is permitted by the general "as if"
1646 rule of C/C++ and the :ref:`restrictions <arc.objects.retains>` on
1647 the implementation of ``retain`` and ``release``.
1649 .. admonition:: Rationale
1651   Specifically, ARC is sometimes permitted to optimize ``release``
1652   operations in ways which might cause an object to be deallocated
1653   before it would otherwise be.  Without this, it would be almost
1654   impossible to eliminate any ``retain``/``release`` pairs.  For
1655   example, consider the following code:
1657   .. code-block:: objc
1659     id x = _ivar;
1660     [x foo];
1662   If we were not permitted in any event to shorten the lifetime of the
1663   object in ``x``, then we would not be able to eliminate this retain
1664   and release unless we could prove that the message send could not
1665   modify ``_ivar`` (or deallocate ``self``).  Since message sends are
1666   opaque to the optimizer, this is not possible, and so ARC's hands
1667   would be almost completely tied.
1669 ARC makes no guarantees about the execution of a computation history
1670 which contains undefined behavior.  In particular, ARC makes no
1671 guarantees in the presence of race conditions.
1673 ARC may assume that any retainable object pointers it receives or
1674 generates are instantaneously valid from that point until a point
1675 which, by the concurrency model of the host language, happens-after
1676 the generation of the pointer and happens-before a release of that
1677 object (possibly via an aliasing pointer or indirectly due to
1678 destruction of a different object).
1680 .. admonition:: Rationale
1682   There is very little point in trying to guarantee correctness in the
1683   presence of race conditions.  ARC does not have a stack-scanning
1684   garbage collector, and guaranteeing the atomicity of every load and
1685   store operation would be prohibitive and preclude a vast amount of
1686   optimization.
1688 ARC may assume that non-ARC code engages in sensible balancing
1689 behavior and does not rely on exact or minimum retain count values
1690 except as guaranteed by ``__strong`` object invariants or +1 transfer
1691 conventions.  For example, if an object is provably double-retained
1692 and double-released, ARC may eliminate the inner retain and release;
1693 it does not need to guard against code which performs an unbalanced
1694 release followed by a "balancing" retain.
1696 .. _arc.optimization.liveness:
1698 Object liveness
1699 ---------------
1701 ARC may not allow a retainable object ``X`` to be deallocated at a
1702 time ``T`` in a computation history if:
1704 * ``X`` is the value stored in a ``__strong`` object ``S`` with
1705   :ref:`precise lifetime semantics <arc.optimization.precise>`, or
1707 * ``X`` is the value stored in a ``__strong`` object ``S`` with
1708   imprecise lifetime semantics and, at some point after ``T`` but
1709   before the next store to ``S``, the computation history features a
1710   load from ``S`` and in some way depends on the value loaded, or
1712 * ``X`` is a value described as being released at the end of the
1713   current full-expression and, at some point after ``T`` but before
1714   the end of the full-expression, the computation history depends
1715   on that value.
1717 .. admonition:: Rationale
1719   The intent of the second rule is to say that objects held in normal
1720   ``__strong`` local variables may be released as soon as the value in
1721   the variable is no longer being used: either the variable stops
1722   being used completely or a new value is stored in the variable.
1724   The intent of the third rule is to say that return values may be
1725   released after they've been used.
1727 A computation history depends on a pointer value ``P`` if it:
1729 * performs a pointer comparison with ``P``,
1730 * loads from ``P``,
1731 * stores to ``P``,
1732 * depends on a pointer value ``Q`` derived via pointer arithmetic
1733   from ``P`` (including an instance-variable or field access), or
1734 * depends on a pointer value ``Q`` loaded from ``P``.
1736 Dependency applies only to values derived directly or indirectly from
1737 a particular expression result and does not occur merely because a
1738 separate pointer value dynamically aliases ``P``.  Furthermore, this
1739 dependency is not carried by values that are stored to objects.
1741 .. admonition:: Rationale
1743   The restrictions on dependency are intended to make this analysis
1744   feasible by an optimizer with only incomplete information about a
1745   program.  Essentially, dependence is carried to "obvious" uses of a
1746   pointer.  Merely passing a pointer argument to a function does not
1747   itself cause dependence, but since generally the optimizer will not
1748   be able to prove that the function doesn't depend on that parameter,
1749   it will be forced to conservatively assume it does.
1751   Dependency propagates to values loaded from a pointer because those
1752   values might be invalidated by deallocating the object.  For
1753   example, given the code ``__strong id x = p->ivar;``, ARC must not
1754   move the release of ``p`` to between the load of ``p->ivar`` and the
1755   retain of that value for storing into ``x``.
1757   Dependency does not propagate through stores of dependent pointer
1758   values because doing so would allow dependency to outlive the
1759   full-expression which produced the original value.  For example, the
1760   address of an instance variable could be written to some global
1761   location and then freely accessed during the lifetime of the local,
1762   or a function could return an inner pointer of an object and store
1763   it to a local.  These cases would be potentially impossible to
1764   reason about and so would basically prevent any optimizations based
1765   on imprecise lifetime.  There are also uncommon enough to make it
1766   reasonable to require the precise-lifetime annotation if someone
1767   really wants to rely on them.
1769   Dependency does propagate through return values of pointer type.
1770   The compelling source of need for this rule is a property accessor
1771   which returns an un-autoreleased result; the calling function must
1772   have the chance to operate on the value, e.g. to retain it, before
1773   ARC releases the original pointer.  Note again, however, that
1774   dependence does not survive a store, so ARC does not guarantee the
1775   continued validity of the return value past the end of the
1776   full-expression.
1778 .. _arc.optimization.object_lifetime:
1780 No object lifetime extension
1781 ----------------------------
1783 If, in the formal computation history of the program, an object ``X``
1784 has been deallocated by the time of an observable side-effect, then
1785 ARC must cause ``X`` to be deallocated by no later than the occurrence
1786 of that side-effect, except as influenced by the re-ordering of the
1787 destruction of objects.
1789 .. admonition:: Rationale
1791   This rule is intended to prohibit ARC from observably extending the
1792   lifetime of a retainable object, other than as specified in this
1793   document.  Together with the rule limiting the transformation of
1794   releases, this rule requires ARC to eliminate retains and release
1795   only in pairs.
1797   ARC's power to reorder the destruction of objects is critical to its
1798   ability to do any optimization, for essentially the same reason that
1799   it must retain the power to decrease the lifetime of an object.
1800   Unfortunately, while it's generally poor style for the destruction
1801   of objects to have arbitrary side-effects, it's certainly possible.
1802   Hence the caveat.
1804 .. _arc.optimization.precise:
1806 Precise lifetime semantics
1807 --------------------------
1809 In general, ARC maintains an invariant that a retainable object pointer held in
1810 a ``__strong`` object will be retained for the full formal lifetime of the
1811 object.  Objects subject to this invariant have :arc-term:`precise lifetime
1812 semantics`.
1814 By default, local variables of automatic storage duration do not have precise
1815 lifetime semantics.  Such objects are simply strong references which hold
1816 values of retainable object pointer type, and these values are still fully
1817 subject to the optimizations on values under local control.
1819 .. admonition:: Rationale
1821   Applying these precise-lifetime semantics strictly would be prohibitive.
1822   Many useful optimizations that might theoretically decrease the lifetime of
1823   an object would be rendered impossible.  Essentially, it promises too much.
1825 A local variable of retainable object owner type and automatic storage duration
1826 may be annotated with the ``objc_precise_lifetime`` attribute to indicate that
1827 it should be considered to be an object with precise lifetime semantics.
1829 .. admonition:: Rationale
1831   Nonetheless, it is sometimes useful to be able to force an object to be
1832   released at a precise time, even if that object does not appear to be used.
1833   This is likely to be uncommon enough that the syntactic weight of explicitly
1834   requesting these semantics will not be burdensome, and may even make the code
1835   clearer.
1837 .. _arc.misc:
1839 Miscellaneous
1840 =============
1842 .. _arc.misc.special_methods:
1844 Special methods
1845 ---------------
1847 .. _arc.misc.special_methods.retain:
1849 Memory management methods
1850 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1852 A program is ill-formed if it contains a method definition, message send, or
1853 ``@selector`` expression for any of the following selectors:
1855 * ``autorelease``
1856 * ``release``
1857 * ``retain``
1858 * ``retainCount``
1860 .. admonition:: Rationale
1862   ``retainCount`` is banned because ARC robs it of consistent semantics.  The
1863   others were banned after weighing three options for how to deal with message
1864   sends:
1866   **Honoring** them would work out very poorly if a programmer naively or
1867   accidentally tried to incorporate code written for manual retain/release code
1868   into an ARC program.  At best, such code would do twice as much work as
1869   necessary; quite frequently, however, ARC and the explicit code would both
1870   try to balance the same retain, leading to crashes.  The cost is losing the
1871   ability to perform "unrooted" retains, i.e. retains not logically
1872   corresponding to a strong reference in the object graph.
1874   **Ignoring** them would badly violate user expectations about their code.
1875   While it *would* make it easier to develop code simultaneously for ARC and
1876   non-ARC, there is very little reason to do so except for certain library
1877   developers.  ARC and non-ARC translation units share an execution model and
1878   can seamlessly interoperate.  Within a translation unit, a developer who
1879   faithfully maintains their code in non-ARC mode is suffering all the
1880   restrictions of ARC for zero benefit, while a developer who isn't testing the
1881   non-ARC mode is likely to be unpleasantly surprised if they try to go back to
1882   it.
1884   **Banning** them has the disadvantage of making it very awkward to migrate
1885   existing code to ARC.  The best answer to that, given a number of other
1886   changes and restrictions in ARC, is to provide a specialized tool to assist
1887   users in that migration.
1889   Implementing these methods was banned because they are too integral to the
1890   semantics of ARC; many tricks which worked tolerably under manual reference
1891   counting will misbehave if ARC performs an ephemeral extra retain or two.  If
1892   absolutely required, it is still possible to implement them in non-ARC code,
1893   for example in a category; the implementations must obey the :ref:`semantics
1894   <arc.objects.retains>` laid out elsewhere in this document.
1896 .. _arc.misc.special_methods.dealloc:
1898 ``dealloc``
1899 ^^^^^^^^^^^
1901 A program is ill-formed if it contains a message send or ``@selector``
1902 expression for the selector ``dealloc``.
1904 .. admonition:: Rationale
1906   There are no legitimate reasons to call ``dealloc`` directly.
1908 A class may provide a method definition for an instance method named
1909 ``dealloc``.  This method will be called after the final ``release`` of the
1910 object but before it is deallocated or any of its instance variables are
1911 destroyed.  The superclass's implementation of ``dealloc`` will be called
1912 automatically when the method returns.
1914 .. admonition:: Rationale
1916   Even though ARC destroys instance variables automatically, there are still
1917   legitimate reasons to write a ``dealloc`` method, such as freeing
1918   non-retainable resources.  Failing to call ``[super dealloc]`` in such a
1919   method is nearly always a bug.  Sometimes, the object is simply trying to
1920   prevent itself from being destroyed, but ``dealloc`` is really far too late
1921   for the object to be raising such objections.  Somewhat more legitimately, an
1922   object may have been pool-allocated and should not be deallocated with
1923   ``free``; for now, this can only be supported with a ``dealloc``
1924   implementation outside of ARC.  Such an implementation must be very careful
1925   to do all the other work that ``NSObject``'s ``dealloc`` would, which is
1926   outside the scope of this document to describe.
1928 The instance variables for an ARC-compiled class will be destroyed at some
1929 point after control enters the ``dealloc`` method for the root class of the
1930 class.  The ordering of the destruction of instance variables is unspecified,
1931 both within a single class and between subclasses and superclasses.
1933 .. admonition:: Rationale
1935   The traditional, non-ARC pattern for destroying instance variables is to
1936   destroy them immediately before calling ``[super dealloc]``.  Unfortunately,
1937   message sends from the superclass are quite capable of reaching methods in
1938   the subclass, and those methods may well read or write to those instance
1939   variables.  Making such message sends from dealloc is generally discouraged,
1940   since the subclass may well rely on other invariants that were broken during
1941   ``dealloc``, but it's not so inescapably dangerous that we felt comfortable
1942   calling it undefined behavior.  Therefore we chose to delay destroying the
1943   instance variables to a point at which message sends are clearly disallowed:
1944   the point at which the root class's deallocation routines take over.
1946   In most code, the difference is not observable.  It can, however, be observed
1947   if an instance variable holds a strong reference to an object whose
1948   deallocation will trigger a side-effect which must be carefully ordered with
1949   respect to the destruction of the super class.  Such code violates the design
1950   principle that semantically important behavior should be explicit.  A simple
1951   fix is to clear the instance variable manually during ``dealloc``; a more
1952   holistic solution is to move semantically important side-effects out of
1953   ``dealloc`` and into a separate teardown phase which can rely on working with
1954   well-formed objects.
1956 .. _arc.misc.autoreleasepool:
1958 ``@autoreleasepool``
1959 --------------------
1961 To simplify the use of autorelease pools, and to bring them under the control
1962 of the compiler, a new kind of statement is available in Objective-C.  It is
1963 written ``@autoreleasepool`` followed by a *compound-statement*, i.e.  by a new
1964 scope delimited by curly braces.  Upon entry to this block, the current state
1965 of the autorelease pool is captured.  When the block is exited normally,
1966 whether by fallthrough or directed control flow (such as ``return`` or
1967 ``break``), the autorelease pool is restored to the saved state, releasing all
1968 the objects in it.  When the block is exited with an exception, the pool is not
1969 drained.
1971 ``@autoreleasepool`` may be used in non-ARC translation units, with equivalent
1972 semantics.
1974 A program is ill-formed if it refers to the ``NSAutoreleasePool`` class.
1976 .. admonition:: Rationale
1978   Autorelease pools are clearly important for the compiler to reason about, but
1979   it is far too much to expect the compiler to accurately reason about control
1980   dependencies between two calls.  It is also very easy to accidentally forget
1981   to drain an autorelease pool when using the manual API, and this can
1982   significantly inflate the process's high-water-mark.  The introduction of a
1983   new scope is unfortunate but basically required for sane interaction with the
1984   rest of the language.  Not draining the pool during an unwind is apparently
1985   required by the Objective-C exceptions implementation.
1987 .. _arc.misc.externally_retained:
1989 Externally-Retained Variables
1990 -----------------------------
1992 In some situations, variables with strong ownership are considered
1993 externally-retained by the implementation. This means that the variable is
1994 retained elsewhere, and therefore the implementation can elide retaining and
1995 releasing its value. Such a variable is implicitly ``const`` for safety. In
1996 contrast with ``__unsafe_unretained``, an externally-retained variable still
1997 behaves as a strong variable outside of initialization and destruction. For
1998 instance, when an externally-retained variable is captured in a block the value
1999 of the variable is retained and released on block capture and destruction. It
2000 also affects C++ features such as lambda capture, ``decltype``, and template
2001 argument deduction.
2003 Implicitly, the implementation assumes that the :ref:`self parameter in a
2004 non-init method <arc.misc.self>` and the :ref:`variable in a for-in loop
2005 <arc.misc.enumeration>` are externally-retained.
2007 Externally-retained semantics can also be opted into with the
2008 ``objc_externally_retained`` attribute. This attribute can apply to strong local
2009 variables, functions, methods, or blocks:
2011 .. code-block:: objc
2013   @class WobbleAmount;
2015   @interface Widget : NSObject
2016   -(void)wobble:(WobbleAmount *)amount;
2017   @end
2019   @implementation Widget
2021   -(void)wobble:(WobbleAmount *)amount
2022            __attribute__((objc_externally_retained)) {
2023     // 'amount' and 'alias' aren't retained on entry, nor released on exit.
2024     __attribute__((objc_externally_retained)) WobbleAmount *alias = amount;
2025   }
2026   @end
2028 Annotating a function with this attribute makes every parameter with strong
2029 retainable object pointer type externally-retained, unless the variable was
2030 explicitly qualified with ``__strong``. For instance, ``first_param`` is
2031 externally-retained (and therefore ``const``) below, but not ``second_param``:
2033 .. code-block:: objc
2035   __attribute__((objc_externally_retained))
2036   void f(NSArray *first_param, __strong NSArray *second_param) {
2037     // ...
2038   }
2040 You can test if your compiler has support for ``objc_externally_retained`` with
2041 ``__has_attribute``:
2043 .. code-block:: objc
2045   #if __has_attribute(objc_externally_retained)
2046   // Use externally retained...
2047   #endif
2049 .. _arc.misc.self:
2051 ``self``
2052 --------
2054 The ``self`` parameter variable of an non-init Objective-C method is considered
2055 :ref:`externally-retained <arc.misc.externally_retained>` by the implementation.
2056 It is undefined behavior, or at least dangerous, to cause an object to be
2057 deallocated during a message send to that object.  In an init method, ``self``
2058 follows the :ref:``init family rules <arc.family.semantics.init>``.
2060 .. admonition:: Rationale
2062   The cost of retaining ``self`` in all methods was found to be prohibitive, as
2063   it tends to be live across calls, preventing the optimizer from proving that
2064   the retain and release are unnecessary --- for good reason, as it's quite
2065   possible in theory to cause an object to be deallocated during its execution
2066   without this retain and release.  Since it's extremely uncommon to actually
2067   do so, even unintentionally, and since there's no natural way for the
2068   programmer to remove this retain/release pair otherwise (as there is for
2069   other parameters by, say, making the variable ``objc_externally_retained`` or
2070   qualifying it with ``__unsafe_unretained``), we chose to make this optimizing
2071   assumption and shift some amount of risk to the user.
2073 .. _arc.misc.enumeration:
2075 Fast enumeration iteration variables
2076 ------------------------------------
2078 If a variable is declared in the condition of an Objective-C fast enumeration
2079 loop, and the variable has no explicit ownership qualifier, then it is
2080 implicitly :ref:`externally-retained <arc.misc.externally_retained>` so that
2081 objects encountered during the enumeration are not actually retained and
2082 released.
2084 .. admonition:: Rationale
2086   This is an optimization made possible because fast enumeration loops promise
2087   to keep the objects retained during enumeration, and the collection itself
2088   cannot be synchronously modified.  It can be overridden by explicitly
2089   qualifying the variable with ``__strong``, which will make the variable
2090   mutable again and cause the loop to retain the objects it encounters.
2092 .. _arc.misc.blocks:
2094 Blocks
2095 ------
2097 The implicit ``const`` capture variables created when evaluating a block
2098 literal expression have the same ownership semantics as the local variables
2099 they capture.  The capture is performed by reading from the captured variable
2100 and initializing the capture variable with that value; the capture variable is
2101 destroyed when the block literal is, i.e. at the end of the enclosing scope.
2103 The :ref:`inference <arc.ownership.inference>` rules apply equally to
2104 ``__block`` variables, which is a shift in semantics from non-ARC, where
2105 ``__block`` variables did not implicitly retain during capture.
2107 ``__block`` variables of retainable object owner type are moved off the stack
2108 by initializing the heap copy with the result of moving from the stack copy.
2110 With the exception of retains done as part of initializing a ``__strong``
2111 parameter variable or reading a ``__weak`` variable, whenever these semantics
2112 call for retaining a value of block-pointer type, it has the effect of a
2113 ``Block_copy``.  The optimizer may remove such copies when it sees that the
2114 result is used only as an argument to a call.
2116 When a block pointer type is converted to a non-block pointer type (such as
2117 ``id``), ``Block_copy`` is called. This is necessary because a block allocated
2118 on the stack won't get copied to the heap when the non-block pointer escapes.
2119 A block pointer is implicitly converted to ``id`` when it is passed to a
2120 function as a variadic argument.
2122 .. _arc.misc.exceptions:
2124 Exceptions
2125 ----------
2127 By default in Objective C, ARC is not exception-safe for normal releases:
2129 * It does not end the lifetime of ``__strong`` variables when their scopes are
2130   abnormally terminated by an exception.
2131 * It does not perform releases which would occur at the end of a
2132   full-expression if that full-expression throws an exception.
2134 A program may be compiled with the option ``-fobjc-arc-exceptions`` in order to
2135 enable these, or with the option ``-fno-objc-arc-exceptions`` to explicitly
2136 disable them, with the last such argument "winning".
2138 .. admonition:: Rationale
2140   The standard Cocoa convention is that exceptions signal programmer error and
2141   are not intended to be recovered from.  Making code exceptions-safe by
2142   default would impose severe runtime and code size penalties on code that
2143   typically does not actually care about exceptions safety.  Therefore,
2144   ARC-generated code leaks by default on exceptions, which is just fine if the
2145   process is going to be immediately terminated anyway.  Programs which do care
2146   about recovering from exceptions should enable the option.
2148 In Objective-C++, ``-fobjc-arc-exceptions`` is enabled by default.
2150 .. admonition:: Rationale
2152   C++ already introduces pervasive exceptions-cleanup code of the sort that ARC
2153   introduces.  C++ programmers who have not already disabled exceptions are
2154   much more likely to actual require exception-safety.
2156 ARC does end the lifetimes of ``__weak`` objects when an exception terminates
2157 their scope unless exceptions are disabled in the compiler.
2159 .. admonition:: Rationale
2161   The consequence of a local ``__weak`` object not being destroyed is very
2162   likely to be corruption of the Objective-C runtime, so we want to be safer
2163   here.  Of course, potentially massive leaks are about as likely to take down
2164   the process as this corruption is if the program does try to recover from
2165   exceptions.
2167 .. _arc.misc.interior:
2169 Interior pointers
2170 -----------------
2172 An Objective-C method returning a non-retainable pointer may be annotated with
2173 the ``objc_returns_inner_pointer`` attribute to indicate that it returns a
2174 handle to the internal data of an object, and that this reference will be
2175 invalidated if the object is destroyed.  When such a message is sent to an
2176 object, the object's lifetime will be extended until at least the earliest of:
2178 * the last use of the returned pointer, or any pointer derived from it, in the
2179   calling function or
2180 * the autorelease pool is restored to a previous state.
2182 .. admonition:: Rationale
2184   Rationale: not all memory and resources are managed with reference counts; it
2185   is common for objects to manage private resources in their own, private way.
2186   Typically these resources are completely encapsulated within the object, but
2187   some classes offer their users direct access for efficiency.  If ARC is not
2188   aware of methods that return such "interior" pointers, its optimizations can
2189   cause the owning object to be reclaimed too soon.  This attribute informs ARC
2190   that it must tread lightly.
2192   The extension rules are somewhat intentionally vague.  The autorelease pool
2193   limit is there to permit a simple implementation to simply retain and
2194   autorelease the receiver.  The other limit permits some amount of
2195   optimization.  The phrase "derived from" is intended to encompass the results
2196   both of pointer transformations, such as casts and arithmetic, and of loading
2197   from such derived pointers; furthermore, it applies whether or not such
2198   derivations are applied directly in the calling code or by other utility code
2199   (for example, the C library routine ``strchr``).  However, the implementation
2200   never need account for uses after a return from the code which calls the
2201   method returning an interior pointer.
2203 As an exception, no extension is required if the receiver is loaded directly
2204 from a ``__strong`` object with :ref:`precise lifetime semantics
2205 <arc.optimization.precise>`.
2207 .. admonition:: Rationale
2209   Implicit autoreleases carry the risk of significantly inflating memory use,
2210   so it's important to provide users a way of avoiding these autoreleases.
2211   Tying this to precise lifetime semantics is ideal, as for local variables
2212   this requires a very explicit annotation, which allows ARC to trust the user
2213   with good cheer.
2215 .. _arc.misc.c-retainable:
2217 C retainable pointer types
2218 --------------------------
2220 A type is a :arc-term:`C retainable pointer type` if it is a pointer to
2221 (possibly qualified) ``void`` or a pointer to a (possibly qualifier) ``struct``
2222 or ``class`` type.
2224 .. admonition:: Rationale
2226   ARC does not manage pointers of CoreFoundation type (or any of the related
2227   families of retainable C pointers which interoperate with Objective-C for
2228   retain/release operation).  In fact, ARC does not even know how to
2229   distinguish these types from arbitrary C pointer types.  The intent of this
2230   concept is to filter out some obviously non-object types while leaving a hook
2231   for later tightening if a means of exhaustively marking CF types is made
2232   available.
2234 .. _arc.misc.c-retainable.audit:
2236 Auditing of C retainable pointer interfaces
2237 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2239 :when-revised:`[beginning Apple 4.0, LLVM 3.1]`
2241 A C function may be marked with the ``cf_audited_transfer`` attribute to
2242 express that, except as otherwise marked with attributes, it obeys the
2243 parameter (consuming vs. non-consuming) and return (retained vs. non-retained)
2244 conventions for a C function of its name, namely:
2246 * A parameter of C retainable pointer type is assumed to not be consumed
2247   unless it is marked with the ``cf_consumed`` attribute, and
2248 * A result of C retainable pointer type is assumed to not be returned retained
2249   unless the function is either marked ``cf_returns_retained`` or it follows
2250   the create/copy naming convention and is not marked
2251   ``cf_returns_not_retained``.
2253 A function obeys the :arc-term:`create/copy` naming convention if its name
2254 contains as a substring:
2256 * either "Create" or "Copy" not followed by a lowercase letter, or
2257 * either "create" or "copy" not followed by a lowercase letter and
2258   not preceded by any letter, whether uppercase or lowercase.
2260 A second attribute, ``cf_unknown_transfer``, signifies that a function's
2261 transfer semantics cannot be accurately captured using any of these
2262 annotations.  A program is ill-formed if it annotates the same function with
2263 both ``cf_audited_transfer`` and ``cf_unknown_transfer``.
2265 A pragma is provided to facilitate the mass annotation of interfaces:
2267 .. code-block:: objc
2269   #pragma clang arc_cf_code_audited begin
2270   ...
2271   #pragma clang arc_cf_code_audited end
2273 All C functions declared within the extent of this pragma are treated as if
2274 annotated with the ``cf_audited_transfer`` attribute unless they otherwise have
2275 the ``cf_unknown_transfer`` attribute.  The pragma is accepted in all language
2276 modes.  A program is ill-formed if it attempts to change files, whether by
2277 including a file or ending the current file, within the extent of this pragma.
2279 It is possible to test for all the features in this section with
2280 ``__has_feature(arc_cf_code_audited)``.
2282 .. admonition:: Rationale
2284   A significant inconvenience in ARC programming is the necessity of
2285   interacting with APIs based around C retainable pointers.  These features are
2286   designed to make it relatively easy for API authors to quickly review and
2287   annotate their interfaces, in turn improving the fidelity of tools such as
2288   the static analyzer and ARC.  The single-file restriction on the pragma is
2289   designed to eliminate the risk of accidentally annotating some other header's
2290   interfaces.
2292 .. _arc.runtime:
2294 Runtime support
2295 ===============
2297 This section describes the interaction between the ARC runtime and the code
2298 generated by the ARC compiler.  This is not part of the ARC language
2299 specification; instead, it is effectively a language-specific ABI supplement,
2300 akin to the "Itanium" generic ABI for C++.
2302 Ownership qualification does not alter the storage requirements for objects,
2303 except that it is undefined behavior if a ``__weak`` object is inadequately
2304 aligned for an object of type ``id``.  The other qualifiers may be used on
2305 explicitly under-aligned memory.
2307 The runtime tracks ``__weak`` objects which holds non-null values.  It is
2308 undefined behavior to direct modify a ``__weak`` object which is being tracked
2309 by the runtime except through an
2310 :ref:`objc_storeWeak <arc.runtime.objc_storeWeak>`,
2311 :ref:`objc_destroyWeak <arc.runtime.objc_destroyWeak>`, or
2312 :ref:`objc_moveWeak <arc.runtime.objc_moveWeak>` call.
2314 The runtime must provide a number of new entrypoints which the compiler may
2315 emit, which are described in the remainder of this section.
2317 .. admonition:: Rationale
2319   Several of these functions are semantically equivalent to a message send; we
2320   emit calls to C functions instead because:
2322   * the machine code to do so is significantly smaller,
2323   * it is much easier to recognize the C functions in the ARC optimizer, and
2324   * a sufficient sophisticated runtime may be able to avoid the message send in
2325     common cases.
2327   Several other of these functions are "fused" operations which can be
2328   described entirely in terms of other operations.  We use the fused operations
2329   primarily as a code-size optimization, although in some cases there is also a
2330   real potential for avoiding redundant operations in the runtime.
2332 .. _arc.runtime.objc_autorelease:
2334 ``id objc_autorelease(id value);``
2335 ----------------------------------
2337 *Precondition:* ``value`` is null or a pointer to a valid object.
2339 If ``value`` is null, this call has no effect.  Otherwise, it adds the object
2340 to the innermost autorelease pool exactly as if the object had been sent the
2341 ``autorelease`` message.
2343 Always returns ``value``.
2345 .. _arc.runtime.objc_autoreleasePoolPop:
2347 ``void objc_autoreleasePoolPop(void *pool);``
2348 ---------------------------------------------
2350 *Precondition:* ``pool`` is the result of a previous call to
2351 :ref:`objc_autoreleasePoolPush <arc.runtime.objc_autoreleasePoolPush>` on the
2352 current thread, where neither ``pool`` nor any enclosing pool have previously
2353 been popped.
2355 Releases all the objects added to the given autorelease pool and any
2356 autorelease pools it encloses, then sets the current autorelease pool to the
2357 pool directly enclosing ``pool``.
2359 .. _arc.runtime.objc_autoreleasePoolPush:
2361 ``void *objc_autoreleasePoolPush(void);``
2362 -----------------------------------------
2364 Creates a new autorelease pool that is enclosed by the current pool, makes that
2365 the current pool, and returns an opaque "handle" to it.
2367 .. admonition:: Rationale
2369   While the interface is described as an explicit hierarchy of pools, the rules
2370   allow the implementation to just keep a stack of objects, using the stack
2371   depth as the opaque pool handle.
2373 .. _arc.runtime.objc_autoreleaseReturnValue:
2375 ``id objc_autoreleaseReturnValue(id value);``
2376 ---------------------------------------------
2378 *Precondition:* ``value`` is null or a pointer to a valid object.
2380 If ``value`` is null, this call has no effect.  Otherwise, it makes a best
2381 effort to hand off ownership of a retain count on the object to a call to
2382 :ref:`objc_retainAutoreleasedReturnValue
2383 <arc.runtime.objc_retainAutoreleasedReturnValue>` for the same object in an
2384 enclosing call frame.  If this is not possible, the object is autoreleased as
2385 above.
2387 Always returns ``value``.
2389 .. _arc.runtime.objc_copyWeak:
2391 ``void objc_copyWeak(id *dest, id *src);``
2392 ------------------------------------------
2394 *Precondition:* ``src`` is a valid pointer which either contains a null pointer
2395 or has been registered as a ``__weak`` object.  ``dest`` is a valid pointer
2396 which has not been registered as a ``__weak`` object.
2398 ``dest`` is initialized to be equivalent to ``src``, potentially registering it
2399 with the runtime.  Equivalent to the following code:
2401 .. code-block:: objc
2403   void objc_copyWeak(id *dest, id *src) {
2404     objc_release(objc_initWeak(dest, objc_loadWeakRetained(src)));
2405   }
2407 Must be atomic with respect to calls to ``objc_storeWeak`` on ``src``.
2409 .. _arc.runtime.objc_destroyWeak:
2411 ``void objc_destroyWeak(id *object);``
2412 --------------------------------------
2414 *Precondition:* ``object`` is a valid pointer which either contains a null
2415 pointer or has been registered as a ``__weak`` object.
2417 ``object`` is unregistered as a weak object, if it ever was.  The current value
2418 of ``object`` is left unspecified; otherwise, equivalent to the following code:
2420 .. code-block:: objc
2422   void objc_destroyWeak(id *object) {
2423     objc_storeWeak(object, nil);
2424   }
2426 Does not need to be atomic with respect to calls to ``objc_storeWeak`` on
2427 ``object``.
2429 .. _arc.runtime.objc_initWeak:
2431 ``id objc_initWeak(id *object, id value);``
2432 -------------------------------------------
2434 *Precondition:* ``object`` is a valid pointer which has not been registered as
2435 a ``__weak`` object.  ``value`` is null or a pointer to a valid object.
2437 If ``value`` is a null pointer or the object to which it points has begun
2438 deallocation, ``object`` is zero-initialized.  Otherwise, ``object`` is
2439 registered as a ``__weak`` object pointing to ``value``.  Equivalent to the
2440 following code:
2442 .. code-block:: objc
2444   id objc_initWeak(id *object, id value) {
2445     *object = nil;
2446     return objc_storeWeak(object, value);
2447   }
2449 Returns the value of ``object`` after the call.
2451 Does not need to be atomic with respect to calls to ``objc_storeWeak`` on
2452 ``object``.
2454 .. _arc.runtime.objc_loadWeak:
2456 ``id objc_loadWeak(id *object);``
2457 ---------------------------------
2459 *Precondition:* ``object`` is a valid pointer which either contains a null
2460 pointer or has been registered as a ``__weak`` object.
2462 If ``object`` is registered as a ``__weak`` object, and the last value stored
2463 into ``object`` has not yet been deallocated or begun deallocation, retains and
2464 autoreleases that value and returns it.  Otherwise returns null.  Equivalent to
2465 the following code:
2467 .. code-block:: objc
2469   id objc_loadWeak(id *object) {
2470     return objc_autorelease(objc_loadWeakRetained(object));
2471   }
2473 Must be atomic with respect to calls to ``objc_storeWeak`` on ``object``.
2475 .. admonition:: Rationale
2477   Loading weak references would be inherently prone to race conditions without
2478   the retain.
2480 .. _arc.runtime.objc_loadWeakRetained:
2482 ``id objc_loadWeakRetained(id *object);``
2483 -----------------------------------------
2485 *Precondition:* ``object`` is a valid pointer which either contains a null
2486 pointer or has been registered as a ``__weak`` object.
2488 If ``object`` is registered as a ``__weak`` object, and the last value stored
2489 into ``object`` has not yet been deallocated or begun deallocation, retains
2490 that value and returns it.  Otherwise returns null.
2492 Must be atomic with respect to calls to ``objc_storeWeak`` on ``object``.
2494 .. _arc.runtime.objc_moveWeak:
2496 ``void objc_moveWeak(id *dest, id *src);``
2497 ------------------------------------------
2499 *Precondition:* ``src`` is a valid pointer which either contains a null pointer
2500 or has been registered as a ``__weak`` object.  ``dest`` is a valid pointer
2501 which has not been registered as a ``__weak`` object.
2503 ``dest`` is initialized to be equivalent to ``src``, potentially registering it
2504 with the runtime.  ``src`` may then be left in its original state, in which
2505 case this call is equivalent to :ref:`objc_copyWeak
2506 <arc.runtime.objc_copyWeak>`, or it may be left as null.
2508 Must be atomic with respect to calls to ``objc_storeWeak`` on ``src``.
2510 .. _arc.runtime.objc_release:
2512 ``void objc_release(id value);``
2513 --------------------------------
2515 *Precondition:* ``value`` is null or a pointer to a valid object.
2517 If ``value`` is null, this call has no effect.  Otherwise, it performs a
2518 release operation exactly as if the object had been sent the ``release``
2519 message.
2521 .. _arc.runtime.objc_retain:
2523 ``id objc_retain(id value);``
2524 -----------------------------
2526 *Precondition:* ``value`` is null or a pointer to a valid object.
2528 If ``value`` is null, this call has no effect.  Otherwise, it performs a retain
2529 operation exactly as if the object had been sent the ``retain`` message.
2531 Always returns ``value``.
2533 .. _arc.runtime.objc_retainAutorelease:
2535 ``id objc_retainAutorelease(id value);``
2536 ----------------------------------------
2538 *Precondition:* ``value`` is null or a pointer to a valid object.
2540 If ``value`` is null, this call has no effect.  Otherwise, it performs a retain
2541 operation followed by an autorelease operation.  Equivalent to the following
2542 code:
2544 .. code-block:: objc
2546   id objc_retainAutorelease(id value) {
2547     return objc_autorelease(objc_retain(value));
2548   }
2550 Always returns ``value``.
2552 .. _arc.runtime.objc_retainAutoreleaseReturnValue:
2554 ``id objc_retainAutoreleaseReturnValue(id value);``
2555 ---------------------------------------------------
2557 *Precondition:* ``value`` is null or a pointer to a valid object.
2559 If ``value`` is null, this call has no effect.  Otherwise, it performs a retain
2560 operation followed by the operation described in
2561 :ref:`objc_autoreleaseReturnValue <arc.runtime.objc_autoreleaseReturnValue>`.
2562 Equivalent to the following code:
2564 .. code-block:: objc
2566   id objc_retainAutoreleaseReturnValue(id value) {
2567     return objc_autoreleaseReturnValue(objc_retain(value));
2568   }
2570 Always returns ``value``.
2572 .. _arc.runtime.objc_retainAutoreleasedReturnValue:
2574 ``id objc_retainAutoreleasedReturnValue(id value);``
2575 ----------------------------------------------------
2577 *Precondition:* ``value`` is null or a pointer to a valid object.
2579 If ``value`` is null, this call has no effect.  Otherwise, it attempts to
2580 accept a hand off of a retain count from a call to
2581 :ref:`objc_autoreleaseReturnValue <arc.runtime.objc_autoreleaseReturnValue>` on
2582 ``value`` in a recently-called function or something it calls.  If that fails,
2583 it performs a retain operation exactly like :ref:`objc_retain
2584 <arc.runtime.objc_retain>`.
2586 Always returns ``value``.
2588 .. _arc.runtime.objc_retainBlock:
2590 ``id objc_retainBlock(id value);``
2591 ----------------------------------
2593 *Precondition:* ``value`` is null or a pointer to a valid block object.
2595 If ``value`` is null, this call has no effect.  Otherwise, if the block pointed
2596 to by ``value`` is still on the stack, it is copied to the heap and the address
2597 of the copy is returned.  Otherwise a retain operation is performed on the
2598 block exactly as if it had been sent the ``retain`` message.
2600 .. _arc.runtime.objc_storeStrong:
2602 ``void objc_storeStrong(id *object, id value);``
2603 ------------------------------------------------
2605 *Precondition:* ``object`` is a valid pointer to a ``__strong`` object which is
2606 adequately aligned for a pointer.  ``value`` is null or a pointer to a valid
2607 object.
2609 Performs the complete sequence for assigning to a ``__strong`` object of
2610 non-block type [*]_.  Equivalent to the following code:
2612 .. code-block:: objc
2614   void objc_storeStrong(id *object, id value) {
2615     id oldValue = *object;
2616     value = [value retain];
2617     *object = value;
2618     [oldValue release];
2619   }
2621 .. [*] This does not imply that a ``__strong`` object of block type is an
2622    invalid argument to this function. Rather it implies that an ``objc_retain``
2623    and not an ``objc_retainBlock`` operation will be emitted if the argument is
2624    a block.
2626 .. _arc.runtime.objc_storeWeak:
2628 ``id objc_storeWeak(id *object, id value);``
2629 --------------------------------------------
2631 *Precondition:* ``object`` is a valid pointer which either contains a null
2632 pointer or has been registered as a ``__weak`` object.  ``value`` is null or a
2633 pointer to a valid object.
2635 If ``value`` is a null pointer or the object to which it points has begun
2636 deallocation, ``object`` is assigned null and unregistered as a ``__weak``
2637 object.  Otherwise, ``object`` is registered as a ``__weak`` object or has its
2638 registration updated to point to ``value``.
2640 Returns the value of ``object`` after the call.