Block浅谈

只懂一点点
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入门分析

在iOS开发的过程中免不了会用到block，今天来探究一下其底层结构和原理，接下来先上一段简单代码

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使用命令xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m来将main.m文件转化为C++文件来一探究竟,由于该文件很大，故只会挑选关键内容来分析 首先找到main函数

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可以看到最后一句就是我们调用block，由于其中包含很多强制转换，故简化后可看作 block->FuncPtr(block),是这样来调用的，而我们整体的block的结构是__main_block_impl_0的结构体，其中有三个结构体成员分别为:

  • __block_impl类型的:impl
  • __main_block_desc_0类型的:Desc
  • int类型的:age

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__block_impl结构体如下:

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可以看到其中有个成员变量FuncPtr是一个指针类型的成员变量

__main_block_desc_0结构体如下:

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这里最主要的是记录block所需要的内存大小

重新看回到main函数中的第一句代码

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开始调用了__main_block_impl_0结构体的构造函数来创建block,同时看到传入的第一个参数__main_block_func_0是一个函数指针

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在构造函数中将这个函数指针赋予到FuncPtr中，所以之后的调用会是block->FuncPtr(block)如此调用。

结构

将上面的解释总结一下，大概能得到的一副这样的示意图

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block的本质

  • block的本质也是一个OC对象，因为它内部也有一个isa指针
  • block是封装了函数调用及函数调用环境的OC对象

block底层结构如下图所示:

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block的变量捕获

auto 局部变量的捕获

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先来看这样一段代码，大家应该都知道答案是20,同样为了探索为什么是这样，使用命令xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m来查看

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可以看到在__main_block_impl_0的构造函数中，将外部传入的age变量赋值给了结构体中的age成员变量

Tip

C++语法中构造函数会使用默认赋值，例如:__main_block_impl_0(void *fp, struct _main_block_desc_0 *desc, int _age, int flags=0) : age(_age)，就是将外部传入的参数 _age 赋值给成员变量 age

static 局部变量的捕获

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如果是这样，答案又该是多少呢？ 同样使用命令xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m来查看

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对比之前发现了略有不同，之前是直接把值传入了，这里传入了地址，接着往下看

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可以看到这时候都是传递的指针，这个指针指向了age的地址，那么答案就应该是25了

全局变量的捕获

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使用命令xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m来查看

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可以看到这时候并未进行捕获

总结

变量类型捕获到block内部访问方式
auto 局部变量✅值传递
static 局部变量✅指针传递
全局变量❌直接访问

block的三种类型

block的copy

在ARC环境下，编译器会根据情况自动将栈上的block复制到堆上，如以下情况:

  • block作为函数返回值时
  • 将block赋值给__strong指针时
  • block作为Cocoa API中方法名含有usingBlock的方法参数时(ex:NSArray的sort方法)
  • block作为GCDAPI的方法参数时

对象类型的auto变量

从开始研究的变量一直是基本数据类型，现在如果外部对象是对象类型的话会有什么变化呢

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可以看到__main_block_desc_0的内部多了copy和dispose,这里就是方便在block对象被从栈拷贝到堆上时把外部变量需要使用_Block_object_assign对外部对象进行retain操作

那么如果是弱引用会是怎样呢? 同样使用命令xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m，但是这时候会发现爆出一个错误__weak是要使用runtime才可以的，所以这里要加新的参数进去来指定使用的runtime版本

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xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc -fobjc-arc -fobjc-runtime=ios-13.0.0 main.m命令变成这样即可

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总结 当block内部访问了对象类型的auto变量时:

  • 若block在栈上，不会对auto变量产生强引用

  • 若block被拷贝到堆上

    1. 会调用block内部的copy函数
    2. copy函数内部会调用_Block_object_assign函数
    3. _Block_object_assign函数会根据变量的修饰符(__strong、__weak、__unsafe_unretained)做出相应的操作,类似于retain

  • 若block从堆上移除

    1. 会调用block内部的dispose函数
    2. dispose函数会调用_Block_object_dispose
    3. _Block_object_dispose会自动释放引用的auto变量，类似于release

__block修饰符

我们都知道block中若想修改捕获的外部变量并不能直接修改，直接修改会产生编译报错，例如:

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那么到底为什么不能修改呢？还是看到之前分析的部分

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可以看到age变量的作用域在main函数中，而改变age的值发生在__main_block_func_0函数中，并且在此函数中使用的age也并非变量age而是block记录的变量，所以我们想到用static修饰的局部变量是可以的，当然使用全局变量也可以，但是有个弊端这个变量会一直存放于内存中，所以引入了__block修饰符，我们来看一下，__block究竟做了什么

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可以看到这里将age包装成了一个__Block_byref_age_0类型的对象，这个结构基本如下

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__block的内存管理

  • 当block在栈上时，不会对__block变量产生强引用
  • 当block被拷贝到堆上时

    1. 会调用block内部的copy函数

    2. copy函数内部会调用_Block_object_assign函数会对__block变量形成强引用

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  • 当block从堆中移除时
    1. 会调用block内部dispose函数
    2. dispose函数内部调用_Block_object_dispose函数
    3. _Block_object_dispose函数会自动释放引用的__block变量

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对象类型的局部变量&__block变量

  • 当block在栈上时，对它们都不会产生强引用
  • 当block拷贝到堆上时，都会通过copy函数来处理
  • _Block_object_assign函数会根据所指向对象的修饰符(__strong、__weak、__unsafe_unretained)做出相应的操作，形成强引用或者弱引用(仅有ARC时会retain,MRC时不会)
  • 当block从堆上移除时，都会通过dispose函数来释放

__block中的__forwarding指针

从之前的分析中能看到使用__block修饰的变量会被包装成一个新的对象，其中有一个__forwarding指针，当时比较奇怪为什么要访问外部变量时要通过这个指针来取得，主要原因是当block拷贝到堆上后确保__forwarding指针都访问的对象的确在堆上。

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解决循环引用

循环引用的问题经常出现于使用block的场景，其本质就是互相持有导致被持有的对象都无法正常释放，接下来会分为ARC环境下和MRC环境下的解决

ARC

ARC环境下有两种解决方案:

  • __weak、__unsafe_unretained

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  • 使用__block解决(缺点:必须要调用block)

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这个原理也很简单，因为__block修饰的变量生成的结构体会被block对象强引用，结构体对象同时会强引用self,self也同时强引用了block，形成三角关系的引用，最后的置空会打破这个三角关系，从而打破循环引用。

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MRC

在MRC环境下时，__block修饰的对象类型不会在block拷贝到堆上时对外部变量进行强引用，那么根据这个规则，在MRC时打破循环引用使用__unsafe_unretained和__block。

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