深究Block的实现
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JlongTian 发表于7个月前
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先看一下Block使用的语法

声明一个block
返回值 (^名称)(参数列表) = ^(参数列表){
};

 int (^name)(int ,int) = ^(int a,int b){
    
     return (a+b);
};

作为一个函数的参数:

- (void)testBlock:(NSString *(返回类型) (^)(int a))s(block名字) {
NSString *a = s(1);
}
 
 [self testBlock:^NSString *(int a) {
    
     a = 5;
    
     return @"1";
}];

然后通过底层代码分析一下block的实现

iOS中有三种block,下文会细说
NSConcreteGlobalBlock;//在全局中定义的
NSConcreteStackBlock; //在局部定义的
NSConcreteMallocBlock;//分配在堆中

先从最简单的看起

int main(int argc, char * argv[]) {
void (^block)(void) = ^{    
  NSLog(@"1");
};

(通过 在终端找到这个.m文件,然后clang -rewrite-objc 代码文件名 就可以看到文件夹有个.cpp的文件,本来想变量ViewController的文件,里面用了UIKit库,编译的时候总是显示找不到,于是我编译的main.m文件)

编译过来是

这里先来分析一下(便于理解):

static void _main_block_func_0(struct _main_block_impl_0 *__cself) {
 NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_
folders_yq_s_hjnhd12x79wq1ldg1jdr_w0000gn_T_main_50d1d6_mi_0);
}

可以看到,这里对应我们代码中的block中的实现,所以可以知道,block使用的匿名函数,实际上被当作一个函数来处理。不过传入的是:一个_main_block_impl_0类型的结构体,里面有一个block_impl的结构体,和一个_main_block_desc_0的结构体。跟着是他们的构造函数。
来简单看一下这个_main_block_impl_0结构体吧:

isa指向这个block的类型。这里说明这个block是NSConcreteStackBlock类型的。
flag是标志,可以看到,默认构造为0;
还有一个FuncPtr,也就是指向函数地址的指针。
还有一个__main_block_desc_0的结构体,
在下面可以看到这个结构体的初始化,
一个是reserverd默认为0,
一个是block_size。是这个impl的size。
所以,这个_main_block_impl_0,我们可以理解为就是一个block实例,里面的成员变量有要执行的函数的指针,和isa(和所有的oc对象一样),还有一个size。

现在看一下main函数里面的内容

   void (*name)(void) = ((void (*)())&__main_block_impl_0((void 
*)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA));

这里执行的操作就是:初始化一个block实例,交给我们这么name名字变量,也就是用name这个指针指向这个block实例,执行的时候,直接找到这个block中的指向函数地址的指针。

通过以上可以了解:block的实质,就是一个对象,包含了一个指向函数首地址的指针,和一些与自己相关的成员变量。

接着看一下block访问外部变量是怎么回事,这也是我们最关心的问题。

先来看一下局部变量:

int a = 10;
int b = 20;
void (^block)() = ^ {
   NSLog(@"%d--%d",a,b);
};
block ();

 

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block访问局部变量

首先在_main_block_impl_0的定义中看到,block中用到的变量被作为成员变量追加到了结构体中,

_main_block_impl_0(void *fp, struct _main_block_desc_0 *desc, 
int _a, int _b, int flags=0) : a(_a), b(_b) {
impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
impl.Flags = flags;
impl.FuncPtr = fp;
Desc = desc;
}

在初始化的时候,也需要把a和b的值传入。

void (**block)() = ((void (*)())&_main_block_impl_0((void *)
_main_block_func_0, &_main_block_desc_0_DATA, a, b));

这里看到,在初始化的时候,把a,b值传入来初始化一个_main_block_impl_0结构体。这里需要注意,传入的是a和b的值,所以我们要在结构体中改变a和b是无效的。并且编译会报错,如果要在block中改变里面的值。有以下几种方法

1,静态变量,全局变量

直接上代码吧,嘻嘻

int global_val  = 1;
static int static_global_val = 2;
int main(int argc, char * argv[]) {
static int static_val = 3;
void (^block)() = ^ {
    global_val = 10;
    static_global_val = 20;
    static_val = 30;
};
NSLog(@"%d-%d-%d",global_val,static_global_val,static_val);
block ();
NSLog(@"%d-%d-%d",global_val,static_global_val,static_val);
}

然后rewrite一下

783200-03b0e3032f905b77.png

访问全局变量

因为这个_main_block_func_0能直接访问静态变量,所以可以直接访问这个变量的值,也可以改变,不用担心在调用这个函数的时候,全局变量访问不到,导致错误。所以这里面在调用全局变量的时候,就是很普通的调用全局变量,没有什么不同。

局部静态变量则传的是一个指针进来。因为不用担心它在函数结束时或者其他什么地方被释放,所以可以放心的访问这个值。

global_val = 10;
   static_global_val = 20;
   (*static_val) = 30;

改变的是这个指针指向的值

void (*block)() = ((void (*)())&__main_block_impl_0((void *)
_main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, &static_val));

可以看到,这里传的是指针。
_main_block_func_0的作用域在main函数之外,要访问这个变量,就只能传指针。

第二种方法是给参数加__block属性

int main(int argc, char * argv[]) {
__block int block_val = 3;
void (^block)() = ^ {        
 block_val = 30;
};
NSLog(@"%d",block_val);
block ();
NSLog(@"%d",block_val);
NSLog(@"%@",block);
}

69.png

__block参数

可以看到里面比其他多了一个这样的结构体_Block_byref_block_val_0
里面有:
_isa初始化为0,
__forwarding;//持有该实例自身的的指针
int flags;为0
int s__Block_byref_block_val_0ize;size
int block_val;//存放这个变量的值
原来是把一个局部变量,封装成了一个结构体
赋值的时候直接给这个结构体中的这个值赋值
(block_val->__forwarding->block_val) = 30;

所以,在访问这个变量的时候,其实在访问这个结构体的这个变量。

关于_forwarding的作用请不要着急。

Block有三种类型:

{
NSConcreteGlobalBlock;//在全局中定义的
NSConcreteStackBlock; //在局部定义的
NSConcreteMallocBlock;//分配在堆中
}

设置在栈上的block,当“name这个名字变量”作用域结束时,block变量也会废弃。
所以,iOS提供了将block结构体和_block变量,复制到堆上的方法。即使block的name变量结束,那么堆上的block还可以继续访问。
而此时,_block变量结构体中的_forwarding变量可以实现,无论在堆上还是在栈上。都可以正确访问_block变量。可以理解,当把_block变量复制到堆上的时候,_forwarding就指向堆里中的自己。所以无论是访问栈中自己,还是堆中的自己,最终访问都是堆中的这个值。

一个Block对_block的内存管理方式与 ARC机制完全相同。
而_main_block_desc 中的copy和dispose就是这个 __block的retain和release操作。

那什么block在时候会复制到堆呢?

  1. 掉用block的copy方法。

  2. block作为函数返回值返回时。

  3. block调用外面的_strong的id的类时,或用_block时。

  4. 方法中,用usingblock或者GCD中的API时。

这里想讲一下,在局部函数里,定义block时,打印出来还是NSConcreteGlobalBlock类型的,而且只要用了外部变量,不管是assign还是week还是strong类型的,打印出来都是NSConcreteMallocBlock类型的。所以我猜测这会不会是苹果新版的改进,为了block在访问无效的变量,直接把block拷贝到堆上,从而也拷贝一份变量。或许是我忽略了中间的某个步骤

其实到了这里,不用再描述,也知道为什么会发送死循环,又怎么解决了。当在block中用self的时候,block拷贝到堆上,首先,在栈上的这个block有一个持有者,是name这个变量。当name这个变量作用域之外,栈上这个block就release了。,那么当block拷贝到堆上的时候,block有一个持有者是self,那么block在拷贝时,它的变量一个self指针,也会拷贝,而self又指向这个block,block持有self,self持有block,两者都不会释放。要打破这个循环,需要将self置为__week,就算拷贝一个week指针,那也不影响self的引用计数。

 

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JlongTian
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