窺探block底層結(jié)構(gòu)

我們寫下一個(gè)最簡(jiǎn)單的block使用clang指令生成對(duì)應(yīng)的C\C++代碼

void (^block)(void) = ^{
    NSLog(@"Hello, World!");
};
block();

截取關(guān)鍵代碼如下

struct __block_impl {
    void *isa;
    int Flags;
    int Reserved;
    void *FuncPtr;
};

struct __main_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __main_block_desc_0* Desc;
  // 構(gòu)造函數(shù)（類似于OC的init方法），返回結(jié)構(gòu)體對(duì)象
  __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, int flags=0) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};
// 封裝了block執(zhí)行邏輯的函數(shù)
static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
            //這一句就是打印"Hello, World!"
            NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_2r__m13fp2x2n9dvlr8d68yry500000gn_T_main_c60393_mi_0);
}

static struct __main_block_desc_0 {
  size_t reserved;
  size_t Block_size;
} __main_block_desc_0_DATA = { 0, sizeof(struct __main_block_impl_0)};

// 定義block變量
void (*block)(void) = &__main_block_impl_0(
                                           __main_block_func_0,
                                           &__main_block_desc_0_DATA
                                           );

// 執(zhí)行block內(nèi)部的代碼
block->FuncPtr(block);

從上面代碼可以看出，block本質(zhì)上也是一個(gè)OC對(duì)象，內(nèi)部也有個(gè)isa指針，并且內(nèi)部封裝了函數(shù)調(diào)用。

block的變量捕獲

寫下一個(gè)訪問外部變量的block

int age = 10;
void (^block)(void) = ^{
    NSLog(@"age is %d",age);
};
block();

生成C\C++代碼，截取關(guān)鍵部分

struct __main_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __main_block_desc_0* Desc;
  int age;
};
//block內(nèi)部的函數(shù)
static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
  int age = __cself->age; // bound by copy
            NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_2w_5f0_0k152c5d825xmdf9ztmr0000gn_T_main_b9df52_mi_0,age);
}

int age = 10;
void (*block)(void) = ((void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, age));

((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)block)->FuncPtr)((__block_impl *)block);

我們可以觀察到block結(jié)構(gòu)體多了個(gè)age變量，并且在初始化block時(shí)，將外部的age變量賦值給了結(jié)構(gòu)體內(nèi)部這個(gè)age變量，當(dāng)函數(shù)執(zhí)行時(shí)，直接打印的是結(jié)構(gòu)體內(nèi)部的age變量。
所以我們可以總結(jié)一下，block就是封裝了函數(shù)調(diào)用以及函數(shù)調(diào)用環(huán)境的OC對(duì)象
為了保證block內(nèi)部能正常訪問外部的變量，block有個(gè)變量捕獲機(jī)制

局部變量不寫修飾默認(rèn)就是auto變量，其實(shí)從內(nèi)存上也很好理解block的捕獲機(jī)制。auto局部變量在棧區(qū)，函數(shù)調(diào)用完后資源會(huì)被釋放掉，而static局部變量是在程序運(yùn)行過程中一直存在的（存在數(shù)據(jù)段），所以用指針隨時(shí)可以找到，而全局變量本來(lái)就是在哪都可訪問，根本沒必要捕獲。

block的類型

block有三種類型，可以通過class方法或者isa指針查看具體的類型，它們最終都繼承自NSBlock

在ARC環(huán)境下會(huì)根據(jù)情況自動(dòng)將棧上的block復(fù)制到堆上，比如以下情況

• block作為函數(shù)返回值時(shí)
• block賦值給__strong指針時(shí)（對(duì)象類型的默認(rèn)修飾就是__strong）
• block作為Cocoa API中方法名含有usingBlock參數(shù)時(shí)
• block作為GCD API的方法參數(shù)時(shí)
  MRC下建議用copy修飾block屬性，ARC可以用strong和copy修飾block屬性

block訪問對(duì)象類型的auto變量

寫下如下代碼，用clang指令生成C\C++

NSObject *obj = [[NSObject alloc] init];
void (^block)(void) = ^{
    NSLog(@"%@",obj);
};
block();

截取部分關(guān)鍵代碼，可以看到
當(dāng)block訪問對(duì)象類型的auto變量時(shí)，內(nèi)部多了copy函數(shù)和dispose函數(shù)

static void __main_block_copy_0(struct __main_block_impl_0*dst, struct __main_block_impl_0*src) {_Block_object_assign((void*)&dst->obj, (void*)src->obj, 3/*BLOCK_FIELD_IS_OBJECT*/);}
static void __main_block_dispose_0(struct __main_block_impl_0*src) {_Block_object_dispose((void*)src->obj, 3/*BLOCK_FIELD_IS_OBJECT*/);}
static struct __main_block_desc_0 {
  size_t reserved;
  size_t Block_size;
  void (*copy)(struct __main_block_impl_0*, struct __main_block_impl_0*);
  void (*dispose)(struct __main_block_impl_0*);
} __main_block_desc_0_DATA = { 0, sizeof(struct __main_block_impl_0), __main_block_copy_0, __main_block_dispose_0};
//定義block代碼
void (*block)(void) = ((void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, obj, 570425344));

• 當(dāng)block在棧上時(shí)，不會(huì)對(duì)auto變量產(chǎn)生強(qiáng)引用
• 當(dāng)block從棧上被拷貝到堆上時(shí)
  會(huì)調(diào)用block內(nèi)部的copy函數(shù)，copy函數(shù)會(huì)調(diào)用內(nèi)部的_Block_object_assign函數(shù)，該函數(shù)會(huì)根據(jù)auto變量的修飾符（__strong、__weak、__unsafe_unretained）做出相應(yīng)的操作，形成強(qiáng)引用或弱引用
• 當(dāng)block從堆上移除時(shí)
  block會(huì)調(diào)用內(nèi)部的dispose函數(shù)，dispose函數(shù)會(huì)調(diào)用內(nèi)部的_Block_object_dispose函數(shù)，該函數(shù)會(huì)釋放引用的auto變量（release）

__block修飾符

__block可以用于解決block內(nèi)部無(wú)法修改auto變量問題，__block不能用來(lái)修飾全局變量，靜態(tài)變量（static）

__block int age = 10;
^{
    age = 30;
}();
NSLog(@"age is %d",age);

生成C\C++代碼

struct __main_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __main_block_desc_0* Desc;
  __Block_byref_age_0 *age; // by ref
}
struct __Block_byref_age_0 {
  void *__isa;
__Block_byref_age_0 *__forwarding;
 int __flags;
 int __size;
 int age;
};
//__block int age = 10;
__attribute__((__blocks__(byref))) __Block_byref_age_0 age = {(void*)0,(__Block_byref_age_0 *)&age, 0, sizeof(__Block_byref_age_0), 10};
((void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, (__Block_byref_age_0 *)&age, 570425344))();
NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_2w_5f0_0k152c5d825xmdf9ztmr0000gn_T_main_ad80c7_mi_0,(age.__forwarding->age));

當(dāng)我們使用__block修飾age變量時(shí)，會(huì)將age變量包轉(zhuǎn)成age對(duì)象，age對(duì)象里的int age存儲(chǔ)著最初的age值，__forwarding指針是指向age對(duì)象自己，block捕獲的是age對(duì)象的地址值。從最后的一句可以看出，當(dāng)我們使用__block修飾auto變量后，訪問age都變成了訪問age對(duì)象里的age成員變量。

• __forwarding指針
  當(dāng)block從棧上拷貝到堆上時(shí)，棧上對(duì)象的__forwarding會(huì)指向堆上的拷貝對(duì)象（block拷貝到堆上時(shí)，會(huì)將捕獲的對(duì)象變量一并copy到堆上）

block循環(huán)引用問題

從上面我們可以看到，block訪問對(duì)象類型的auto變量時(shí)有可能會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)引用，當(dāng)訪問的auto變量又對(duì)block產(chǎn)生強(qiáng)引用時(shí)就會(huì)發(fā)生循環(huán)應(yīng)用。舉例如下

typedef void(^MyBlock)(void);
@interface Person : NSObject
@property (nonatomic, copy) MyBlock myBlock;
@end
//main函數(shù)里面
Person *person = [[Person alloc] init];
person.myBlock = ^{
    NSLog(@"%@",person);
};

在ARC環(huán)境下可以使用__weak、__unsafe_unretained解決（一般使用__weak，會(huì)自動(dòng)置nil）

Person *person = [[Person alloc] init];
//或者 __unsafe_unretained typeof(Person *) weakPerson = person;
__weak typeof(Person *) weakPerson = person;
person.myBlock = ^{
    NSLog(@"%@",weakPerson);
};

在MRC環(huán)境下可以使用__unsafe_unretained解決