iOS底层探索之Block(四)——Block的探索和源码分析

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在上一篇博客中,已经探索到block的本质是结构体(__main_block_impl_0)继承自__block_implblock可以捕获外部变量,通过__block修饰内部可以变更外部变量的值。 那么本篇博客将对继续对block的底层原理进行分析。

iOS底层探索之Block(一)——初识Block(你知道几种Block呢?)

iOS底层探索之Block(二)——如何解决Block循环引用问题?

iOS底层探索之Block(三)——Block的本质

1. block追根溯源

在以往的分析都是找到分析对象的出处,然后看相应的源码进行分析,那么block是来自哪个库呢,现在还不得而知,我们现在尝试的去寻找一下。

汇编查看流程

block代码举例 通过简单的 block 代码去查看汇编的调用情况,是否会有不一样的发现呢!

objc_retainBlock 从👆上图汇编的流程中可以发现,调用了一个objc_retainBlockobjc 开头的不就是libobjc.A.dylib源码库嘛!那么我再去验证一下,通过符号断点看看,到底是不是libobjc.A.dylib

下符号断点验证

下符号断点

通过符号断点,也验证了确实是来自我们熟悉的libobjc.A.dylib源码库,如下所示:

符号断点跟踪 再次跑一次代码,确实走到了下的符号断点处,也发现了是来自libobjc.A.dylib,验证了上面的猜想,然后jmp跳转到_Block_copy,源码中也可以验证: objc_retainBlock

从源码中可以知道调用objc_retainBlock返回的是_Block_copy,但是在源码中并没有搜索到_Block_copy的方法实现在哪里。

搜索_Block_copy 既然源码中没有_Block_copy的实现,大胆猜测一下,是不是不在libobjc.A.dylib里面呢?那么去下_Block_copy符号断点看看不就知道了啊!如下:

_Block_copy符号断点 通过下_Block_copy符号断点的跟踪,发现_Block_copy是来自于libsystem_blocks.dylib这个库,但是这个libsystem_blocks.dylib并没有开源,这一波操作就很烦了。那该怎么办呢?这里有两种办法,我们已经知道是来自libsystem_blocks.dylib就可以进行反汇编,还有一种就是找libclosure来代替,也是可以的。 libclosure源码工程

libclosure-79的工程中搜索_Block_copy是可以找到的,来自于Block_layout的结构体,是在Block_private.h文件中。

Block_layout Block_layout结构体里面有 isa、标记flagsinvoke函数、descriptor描述等。

clang获取的cpp文件中也可以看到block源码的出处,来自Block_private.h,如下图所示:  cpp 文件查看block出处

通过对比还发现,在cpp文件中block定义的结构体__block_impl和源码中Block_layout的结构体是一致的,如下图所示:

对比图 小结:通过汇编调试,下符号断点,最终追根溯源到block是来自于libsystem_blocks.dylib,但是其并没有开源,可以通过对libsystem_blocks.dylib进行反汇编或者通过libclosure来代替源码工程来进行源码分析。

2. 汇编查看block捕获变量前后变化

block 捕获外部变量,在编译时是栈block,在运行时会copy堆区,变成堆block

变化前

下面就来分析这种内存变化是何时发生的,如下图所示:

读寄存器看 block类型变化

通过汇编调试,读取寄存器,发现当调用objc_retainBlock时,读取寄存器x0这里是模拟器就是rax,分析block的数据状态还是在栈区的,那么继续往下走流程,看看调用_Block_copy之后是有什么样的变化。

变化后

继续走,当调用_Block_copy之后变化如下:

读寄存器看 block类型变化

当调用_Block_copy之后变化的变化是,从栈区(NSStackBlock)变成堆区(NSMallocBlock)block了,地址发生了改变,从栈区拷贝到了堆区。

这也就验证了 block捕获了外部变量,在编译时是栈block,在运行时通过_Block_copycopy到堆区,变成堆block

3. _Block_copy源码分析

上面已经定位到 block的源码了,那么具体看看源码吧

  • Block_layout
truct Block_layout {
    void * __ptrauth_objc_isa_pointer isa;
    volatile int32_t flags; // contains ref count
    int32_t reserved;
    BlockInvokeFunction invoke;
    struct Block_descriptor_1 *descriptor;
    // imported variables
};
  • isa isa指向确定block类型
  • flags 标识码
  • reserved 保留字段
  • invoke 函数,也就是FuncPtr
  • descriptor 相关附加信息 BLOCK_DESCRIPTOR
  • flags 在这里插入图片描述
  • _Block_copy源码分析 _Block_copy源码分析
  1. flags也就是引用计数进行判断,如果是BLOCK_NEEDS_FREE已经释放了,直接返回aBlock
  2. 是否是全局的 block,也是直接返回aBlock
  3. 如果不是全局的那么就是栈 block或者是堆 block,但是此时是编译期不可能是堆区的block,如果编译期就开辟内存,对编译器压力太大了。所以编译器就标记为栈 block,当编译器知道你捕获到外部变量,到运行时就进行相关的内存开辟操作(malloc),在进行memmove拷贝一份
  4. 对其他一些信息,包括invoke、签名(ptrauth_signed_block_descriptors)信息也包装进result
  5. 最后isa = _NSConcreteMallocBlock返回一堆区的 block

在上面汇编查看的时候,打印了捕获变量的前后变化,lldb调试打印信息中有signatureinvokecopydispose等信息,这些是什么呢? 在这里插入图片描述

这个signature就是签名,还记得消息转发的时候这种[NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"v8@?0"];代码吗?

这是Type Encodings,类型编码。iOS提供了一个叫@encode的指令,可以将具体的类型表示成字符串编码!在分析类的结构的时候也介绍过。

  • v 表示viod,无返回值
  • 8 表示占了8个字节
  • @ 表示 参数id self
  • 未知类型(用于函数指针)
  • 0 表示id0号位开始

从下图中也可以看出这些信息,如下:

signature

在控制台可以通过 po 打印po [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"v8@?0"]查看signature具体信息。

还记得上面介绍了flagsdescriptor 相关附加信息吗

#define BLOCK_DESCRIPTOR_1 1
struct Block_descriptor_1 {
    uintptr_t reserved;
    uintptr_t size;
};

Block_descriptor_1里面reserved就是保留字段,sizeblock的大小。

如果#define BLOCK_DESCRIPTOR_2 1,也就是为Block_descriptor_2的时候,才有上面控制台打印的copydispose

#define BLOCK_DESCRIPTOR_2 1
struct Block_descriptor_2 {
    // requires BLOCK_HAS_COPY_DISPOSE
    BlockCopyFunction copy;
    BlockDisposeFunction dispose;
};

Block_descriptor_3是可选的参数。而这里就通过flag字段来判断block是否存在Block_descriptor_3的相关属性

#define BLOCK_DESCRIPTOR_3 1
struct Block_descriptor_3 {
    // requires BLOCK_HAS_SIGNATURE
    const char *signature;
    const char *layout;     // contents depend on BLOCK_HAS_EXTENDED_LAYOUT
};

Block_descriptor的get方法

  • 通过Block_descriptorget方法可以发现,Block_descriptor_2可以通过Block_descriptor_1地址平移的方式获取
  • 获取Block_descriptor_3时会判断Block_descriptor_2是否存在,如果不存在,就不需要添加Block_descriptor_2的地址空间。

lldb调试验证,如下

地址平移

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