内容简介：Block 是一种带有自动变量值的匿名函数。Block 在 iOS 日常开发中会频繁使用到，使用起来也十分方便，而它的实现原理和机制很多小伙伴却一无所知。 Block 是一种带有自动变量值的匿名函数，它能够自动捕获函数内使用到的参数，本文将从细节分析 Block 的实现原理。在探寻 Block 实现原理中，命令行工具
Block 是一种带有自动变量值的匿名函数。
Block 在 iOS 日常开发中会频繁使用到，使用起来也十分方便，而它的实现原理和机制很多小伙伴却一无所知。 Block 是一种带有自动变量值的匿名函数，它能够自动捕获函数内使用到的参数，本文将从细节分析 Block 的实现原理。
一、Block 的实现
在探寻 Block 实现原理中，命令行工具 Clang 是非常实用的，它可以将其转换成 C++ 源码，方便我们了解其中的实现原理。
clang -rewrite-objc main.m 复制代码
我们可以利用上面的命令，尝试将下面这段代码转换成 C++ 源码，进而分析 Block 的具体实现：
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
int tempVar = 1;
void (^blk)(void) = ^() {
printf("Block var:%d\n", tempVar);
};
blk();
}
return 0;
}
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转换并剔除多余代码后如下：
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;
int tempVar;
__main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, int _tempVar, int flags=0) : tempVar(_tempVar) {
impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
impl.Flags = flags;
impl.FuncPtr = fp;
Desc = desc;
}
};
static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
int tempVar = __cself->tempVar; // bound by copy
printf("Block var:%d\n", tempVar);
}
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)};
int main(int argc, const char * argv[]) {
/* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool;
int tempVar = 1;
void (*blk)(void) = ((void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, tempVar));
((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)blk)->FuncPtr)((__block_impl *)blk);
}
return 0;
}
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转换后得到了一大串代码，接下来我们一一分析这段代码的实际意义。
第一部分是 __block_impl ，它是 Block 实现的最底层的结构体：
struct __block_impl {
void *isa;
int Flags;
int Reserved;
void *FuncPtr;
};
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- isa：表明具有它和对象一样特性。
- Flag：为状态标志位。
- Reserved：升级预留内存大小。
- FuncPtr：函数指针。
第二部分 __main_block_desc_0 是一个管理 Block 内存占用大小的结构体：
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)};
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- Reserved：升级预留内存大小。
- Block_size：Block 的大小。
第三部分为 Block 实现结构体：
struct __main_block_impl_0 {
struct __block_impl impl;
struct __main_block_desc_0* Desc;
int tempVar;
__main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, int _tempVar, int flags=0) : tempVar(_tempVar) {
impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
impl.Flags = flags;
impl.FuncPtr = fp;
Desc = desc;
}
};
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该结构体的命名逻辑为 __函数名_block_impl_函数内顺序 ，接下来查看结构体成员：
__block_impl __main_block_impl_0 __main_block_impl_0
第四部分为 Block 的函数指针指向的函数 __main_block_func_0 ：
static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
int tempVar = __cself->tempVar; // bound by copy
printf("Block var:%d\n", tempVar);
}
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__main_block_impl_0 结构体中将捕获的自动变量值作为成员变量，调用时先获取结构体成员变量的值，然后复制使用。
第五部分为 main 函数转换后源码：
int main(int argc, const char * argv[]) {
/* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool;
int tempVar = 1;
void (*blk)(void) = ((void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, tempVar));
((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)blk)->FuncPtr)((__block_impl *)blk);
}
return 0;
}
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除了一个局部变量 tempVar 之外，另外 2 行代码分别是 Block 的的初始化部分和调用部分。去除部分类型强转代码后如下：
void (*blk)(void) = &__main_block_impl_0(__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA)); (blk->FuncPtr)(blk); 复制代码
第一行代码是将前面声明的 __main_block_func_0 和 &__main_block_desc_0_DATA 传入构造函数，得到 blk 结构体实例。
第二行代码则是调用 blk 的函数指针。
二、捕获变量值
2.1 自动变量
在 Block 中使用外部的局部变量时，会自动捕获该变量并且成为 Block 结构体的成员变量，以便在 Block 内部访问该变量。除此之外，有其他几种方式可以访问外部变量，下面是变量类型和对应的作用域：
- 自动变量：捕获至 Block 内。
- 静态变量：作用域内可用。
- 全局变量：整个程序可用。
- 静态全局变量：当前文件可用。
通过将下面的代码转换至 C++ 代码，分析 Block 中各种类型变量的访问方式：
static char globalVar[] = {"globalVar"};
static char globalStaticVar[] = {"globalStaticVar"};
void catchVar() {
int var1 = 1;
int var2 = 2;
static char staticVar[] = {"staticVar"};
void (^blk)(void) = ^{
printf("%d\n", var1);
printf("%s\n", staticVar);
printf("%s\n", globalVar);
printf("%s\n", globalStaticVar);
};
blk();
}
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上面的代码分别使用了局部变量、静态变量、全局变量和静态全局变量，其转换后的代码：
struct __catchVar_block_impl_0 {
struct __block_impl impl;
struct __catchVar_block_desc_0* Desc;
int var1; // 局部变量
char (*staticVar)[10]; // 静态变量
__catchVar_block_impl_0(void *fp, struct __catchVar_block_desc_0 *desc, int _var1, char (*_staticVar)[10], int flags=0) : var1(_var1), staticVar(_staticVar) {
impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
impl.Flags = flags;
impl.FuncPtr = fp;
Desc = desc;
}
};
static void __catchVar_block_func_0(struct __catchVar_block_impl_0 *__cself) {
int var1 = __cself->var1; // bound by copy
char (*staticVar)[10] = __cself->staticVar; // bound by copy
printf("%d\n", var1);
printf("%s\n", (*staticVar));
printf("%s\n", globalVar);
printf("%s\n", globalStaticVar);
}
static struct __catchVar_block_desc_0 {
size_t reserved;
size_t Block_size;
} __catchVar_block_desc_0_DATA = { 0, sizeof(struct __catchVar_block_impl_0)};
void catchVar() {
int var1 = 1;
int var2 = 2;
static char staticVar[] = {"staticVar"};
void (*blk)(void) = ((void (*)())&__catchVar_block_impl_0((void *)__catchVar_block_func_0, &__catchVar_block_desc_0_DATA, var1, &staticVar));
((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)blk)->FuncPtr)((__block_impl *)blk);
}
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通过 __catchVar_block_func_0 函数和 Block 构造函数可以知道各种变量的访问方式：
- 全局变量 和 静态全局变量 因其作用域内都可以直接访问。
- 静态变量 成为成员变量，但是从构造函数传入的是一个内存地址，然后通过地址访问。
- 局部变量 成为成员变量，从构造函数直接传入变量的值并赋值给成员变量，然后通过成员变量访问。
2.2 对象
下面的代码中，Block 内使用了外部的一个对象，这种情况下 Block 内部是如何捕获该对象的呢？
void catchObject() {
id obj = [NSObject new];
void (^blk)(void) = ^{
printf("%d\n", [obj hash]);
};
blk();
}
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我们将上面的代码转换成 C++ 代码后分析其中实现原理：
struct __catchObject_block_impl_0 {
struct __block_impl impl;
struct __catchObject_block_desc_0* Desc;
__strong id obj;
__catchObject_block_impl_0(void *fp, struct __catchObject_block_desc_0 *desc, __strong id _obj, int flags=0) : obj(_obj) {
impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
impl.Flags = flags;
impl.FuncPtr = fp;
Desc = desc;
}
};
static void __catchObject_block_func_0(struct __catchObject_block_impl_0 *__cself) {
__strong id obj = __cself->obj; // bound by copy
printf("%d\n", ((NSUInteger (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)obj, sel_registerName("hash")));
}
static void __catchObject_block_copy_0(struct __catchObject_block_impl_0*dst, struct __catchObject_block_impl_0*src) {_Block_object_assign((void*)&dst->obj, (void*)src->obj, 3/*BLOCK_FIELD_IS_OBJECT*/);}
static void __catchObject_block_dispose_0(struct __catchObject_block_impl_0*src) {_Block_object_dispose((void*)src->obj, 3/*BLOCK_FIELD_IS_OBJECT*/);}
static struct __catchObject_block_desc_0 {
size_t reserved;
size_t Block_size;
void (*copy)(struct __catchObject_block_impl_0*, struct __catchObject_block_impl_0*);
void (*dispose)(struct __catchObject_block_impl_0*);
} __catchObject_block_desc_0_DATA = { 0, sizeof(struct __catchObject_block_impl_0), __catchObject_block_copy_0, __catchObject_block_dispose_0};
void catchObject() {
id obj = ((NSObject *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("NSObject"), sel_registerName("new"));
void (*blk)(void) = ((void (*)())&__catchObject_block_impl_0((void *)__catchObject_block_func_0, &__catchObject_block_desc_0_DATA, obj, 570425344));
((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)blk)->FuncPtr)((__block_impl *)blk);
}
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首先来看 catchObject() 函数，在构建 blk 时，传入了对象 obj 和十进制标志位 570425344 。
void (*blk)(void) = ((void (*)())&__catchObject_block_impl_0((void *)__catchObject_block_func_0, &__catchObject_block_desc_0_DATA, obj, 570425344)); 复制代码
Block 结构体中成员变量 obj 为 __strong 修饰符，传入的对象 obj 直接赋值给成员变量，说明是直接使用原对象并且使引用计数 +1 。
其次是源代码中新增了两个方法，分别是 __catchObject_block_copy_0 和 __catchObject_block_dispose_0 ，而这两个方法又分别调用了 _Block_object_assign 和 _Block_object_dispose 方法，这两个方法是用来管理 Block 中变量存储的，后面会进行分析。
static void __catchObject_block_copy_0(struct __catchObject_block_impl_0*dst, struct __catchObject_block_impl_0*src) {
_Block_object_assign((void*)&dst->obj, (void*)src->obj, 3/*BLOCK_FIELD_IS_OBJECT*/);
}
static void __catchObject_block_dispose_0(struct __catchObject_block_impl_0*src) {
_Block_object_dispose((void*)src->obj, 3/*BLOCK_FIELD_IS_OBJECT*/);
}
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2.3 Block
将一个 Block 作为另外一个 Block 内的参数来使用，接下来分析这种情况下 Block 的实现。
void catchBlock() {
void (^block)(void) = ^{};
void (^blk)(void) = ^{
block;
};
blk();
}
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转换后代码如下：
struct __catchBlock_block_impl_0 {
struct __block_impl impl;
struct __catchBlock_block_desc_0* Desc;
__catchBlock_block_impl_0(void *fp, struct __catchBlock_block_desc_0 *desc, int flags=0) {
impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
impl.Flags = flags;
impl.FuncPtr = fp;
Desc = desc;
}
};
static void __catchBlock_block_func_0(struct __catchBlock_block_impl_0 *__cself) {
}
static struct __catchBlock_block_desc_0 {
size_t reserved;
size_t Block_size;
} __catchBlock_block_desc_0_DATA = { 0, sizeof(struct __catchBlock_block_impl_0)};
struct __catchBlock_block_impl_1 {
struct __block_impl impl;
struct __catchBlock_block_desc_1* Desc;
struct __block_impl *block;
__catchBlock_block_impl_1(void *fp, struct __catchBlock_block_desc_1 *desc, void *_block, int flags=0) : block((struct __block_impl *)_block) {
impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
impl.Flags = flags;
impl.FuncPtr = fp;
Desc = desc;
}
};
static void __catchBlock_block_func_1(struct __catchBlock_block_impl_1 *__cself) {
void (*block)() = (void (*)())__cself->block; // bound by copy
block;
}
static void __catchBlock_block_copy_1(struct __catchBlock_block_impl_1*dst, struct __catchBlock_block_impl_1*src) {_Block_object_assign((void*)&dst->block, (void*)src->block, 7/*BLOCK_FIELD_IS_BLOCK*/);}
static void __catchBlock_block_dispose_1(struct __catchBlock_block_impl_1*src) {_Block_object_dispose((void*)src->block, 7/*BLOCK_FIELD_IS_BLOCK*/);}
static struct __catchBlock_block_desc_1 {
size_t reserved;
size_t Block_size;
void (*copy)(struct __catchBlock_block_impl_1*, struct __catchBlock_block_impl_1*);
void (*dispose)(struct __catchBlock_block_impl_1*);
} __catchBlock_block_desc_1_DATA = { 0, sizeof(struct __catchBlock_block_impl_1), __catchBlock_block_copy_1, __catchBlock_block_dispose_1};
void catchBlock() {
void (*block)(void) = ((void (*)())&__catchBlock_block_impl_0((void *)__catchBlock_block_func_0, &__catchBlock_block_desc_0_DATA));
void (*blk)(void) = ((void (*)())&__catchBlock_block_impl_1((void *)__catchBlock_block_func_1, &__catchBlock_block_desc_1_DATA, (void *)block, 570425344));
((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)blk)->FuncPtr)((__block_impl *)blk);
}
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同样的先看 catchBlock() 函数，其中 Block 构造函数中传入了 block 和标志位 570425344 ，赋值给在 __catchBlock_block_impl_1 结构体中的一个 __block_impl 类型的结构体成员变量 block 。
void (*blk)(void) = ((void (*)())&__catchBlock_block_impl_1((void *)__catchBlock_block_func_1, &__catchBlock_block_desc_1_DATA, (void *)block, 570425344)); 复制代码
在这段代码中同样有 __catchObject_block_copy_0 和 __catchObject_block_dispose_0 两个方法，不同的是调用 _Block_object_assign 和 _Block_object_dispose 方法时最后一个入参为 7 /*BLOCK_FIELD_IS_BLOCK*/ ，之前的捕获对象时传入的参数是 3 /*BLOCK_FIELD_IS_OBJECT*/ 。
static void __catchBlock_block_copy_1(struct __catchBlock_block_impl_1*dst, struct __catchBlock_block_impl_1*src) {
_Block_object_assign((void*)&dst->block, (void*)src->block, 7/*BLOCK_FIELD_IS_BLOCK*/);
}
static void __catchBlock_block_dispose_1(struct __catchBlock_block_impl_1*src) {
_Block_object_dispose((void*)src->block, 7/*BLOCK_FIELD_IS_BLOCK*/);
}
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2.4 __block 修饰的变量
Block 将外部的变量捕获后，可以在内部访问外部的变量，但是还不能修改外部变量的值（静态变量、全局变量和静态全局变量可以直接修改）。这个时候需要使用 __block 修饰符，使得在 Block 内部也可以修改 __block 修饰符修饰的变量。
下面通过转换源码来分析实现原理：
void catchBlockVar() {
__block int blockVar = 1;
void (^blk)(void) = ^{
blockVar = 2;
printf("%d\n", blockVar);
};
blk();
}
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转换后：
struct __Block_byref_blockVar_0 {
void *__isa;
__Block_byref_blockVar_0 *__forwarding;
int __flags;
int __size;
int blockVar;
};
struct __catchBlockVar_block_impl_0 {
struct __block_impl impl;
struct __catchBlockVar_block_desc_0* Desc;
__Block_byref_blockVar_0 *blockVar; // by ref
__catchBlockVar_block_impl_0(void *fp, struct __catchBlockVar_block_desc_0 *desc, __Block_byref_blockVar_0 *_blockVar, int flags=0) : blockVar(_blockVar->__forwarding) {
impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
impl.Flags = flags;
impl.FuncPtr = fp;
Desc = desc;
}
};
static void __catchBlockVar_block_func_0(struct __catchBlockVar_block_impl_0 *__cself) {
__Block_byref_blockVar_0 *blockVar = __cself->blockVar; // bound by ref
(blockVar->__forwarding->blockVar) = 2;
printf("%d\n", (blockVar->__forwarding->blockVar));
}
static void __catchBlockVar_block_copy_0(struct __catchBlockVar_block_impl_0*dst, struct __catchBlockVar_block_impl_0*src) {_Block_object_assign((void*)&dst->blockVar, (void*)src->blockVar, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);}
static void __catchBlockVar_block_dispose_0(struct __catchBlockVar_block_impl_0*src) {_Block_object_dispose((void*)src->blockVar, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);}
static struct __catchBlockVar_block_desc_0 {
size_t reserved;
size_t Block_size;
void (*copy)(struct __catchBlockVar_block_impl_0*, struct __catchBlockVar_block_impl_0*);
void (*dispose)(struct __catchBlockVar_block_impl_0*);
} __catchBlockVar_block_desc_0_DATA = { 0, sizeof(struct __catchBlockVar_block_impl_0), __catchBlockVar_block_copy_0, __catchBlockVar_block_dispose_0};
void catchBlockVar() {
__attribute__((__blocks__(byref))) __Block_byref_blockVar_0 blockVar = {(void*)0,(__Block_byref_blockVar_0 *)&blockVar, 0, sizeof(__Block_byref_blockVar_0), 1};
void (*blk)(void) = ((void (*)())&__catchBlockVar_block_impl_0((void *)__catchBlockVar_block_func_0, &__catchBlockVar_block_desc_0_DATA, (__Block_byref_blockVar_0 *)&blockVar, 570425344));
((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)blk)->FuncPtr)((__block_impl *)blk);
}
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和其他类型 Block 最大的不同就是多了一个结构体 __Block_byref_blockVar_0 ，经过 __block 修饰符修饰的变量都会自动生成一个这样的结构体。
struct __Block_byref_blockVar_0 {
void *__isa;
__Block_byref_blockVar_0 *__forwarding;
int __flags;
int __size;
int blockVar;
};
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- __isa：具体和对象一样的特性。
- __forwarding：在栈区且未被复制时指向自己，被复制到堆区后指向堆区的结构体。
- __flags：标志位。
- __size：结构体占用内存大小。
- blockVar：原变量值。
在 catchBlockVar 方法转换后，之前的 int 类型变量 blockVar 变成 __Block_byref_blockVar_0 类型结构体，然后将此结构体地址传入 Block 的构造函数中，因此 Block 自动生成的成员变量也为 __Block_byref_blockVar_0 类型。
void catchBlockVar() {
__Block_byref_blockVar_0 blockVar = {(void*)0,(__Block_byref_blockVar_0 *)&blockVar, 0, sizeof(__Block_byref_blockVar_0), 1};
void (*blk)(void) = (&__catchBlockVar_block_impl_0((void *)__catchBlockVar_block_func_0, &__catchBlockVar_block_desc_0_DATA, (__Block_byref_blockVar_0 *)&blockVar, 570425344));
((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)blk)->FuncPtr)((__block_impl *)blk);
}
复制代码
在被 Block 被调用时，通过下面的代码可以发现，访问 blockVar 并不直接访问，而是通过其 __forwarding 来访问其原变量的值。这样可以在它被复制到堆区时，访问堆区中的结构体。为什么要优先访问堆区的结构体？栈区的对象在超出其作用域后会被释放，如果希望在作用域外使用就需要复制到堆区中。
static void __catchBlockVar_block_func_0(struct __catchBlockVar_block_impl_0 *__cself) {
__Block_byref_blockVar_0 *blockVar = __cself->blockVar; // bound by ref
(blockVar->__forwarding->blockVar) = 2;
printf("%d\n", (blockVar->__forwarding->blockVar));
}
复制代码
在这段代码中的 __catchObject_block_copy_0 和 __catchObject_block_dispose_0 两个方法中传入的参数是 8 /*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/ 。
static void __catchBlockVar_block_copy_0(struct __catchBlockVar_block_impl_0*dst, struct __catchBlockVar_block_impl_0*src) {
_Block_object_assign((void*)&dst->blockVar, (void*)src->blockVar, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);
}
static void __catchBlockVar_block_dispose_0(struct __catchBlockVar_block_impl_0*src) {
_Block_object_dispose((void*)src->blockVar, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);
}
复制代码
2.5 __block 修饰的对象
在 Block 使用 __block 修饰的变量和 __block 修饰的对象，其中内部实现是有一些细微区别的，通过下面的代码来进行分析。
void catchBlockObject() {
__block NSObject *obj = [[NSObject alloc] init];
blk_t block = ^ {
obj;
};
}
复制代码
转换后：
struct __Block_byref_obj_1 {
void *__isa;
__Block_byref_obj_1 *__forwarding;
int __flags;
int __size;
void (*__Block_byref_id_object_copy)(void*, void*);
void (*__Block_byref_id_object_dispose)(void*);
NSObject *obj;
};
struct __catchBlockObject_block_impl_0 {
struct __block_impl impl;
struct __catchBlockObject_block_desc_0* Desc;
__Block_byref_obj_1 *obj; // by ref
__catchBlockObject_block_impl_0(void *fp, struct __catchBlockObject_block_desc_0 *desc, __Block_byref_obj_1 *_obj, int flags=0) : obj(_obj->__forwarding) {
impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
impl.Flags = flags;
impl.FuncPtr = fp;
Desc = desc;
}
};
static void __catchBlockObject_block_func_0(struct __catchBlockObject_block_impl_0 *__cself) {
__Block_byref_obj_1 *obj = __cself->obj; // bound by ref
(obj->__forwarding->obj);
}
static void __catchBlockObject_block_copy_0(struct __catchBlockObject_block_impl_0*dst, struct __catchBlockObject_block_impl_0*src) {_Block_object_assign((void*)&dst->obj, (void*)src->obj, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);}
static void __catchBlockObject_block_dispose_0(struct __catchBlockObject_block_impl_0*src) {_Block_object_dispose((void*)src->obj, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);}
static struct __catchBlockObject_block_desc_0 {
size_t reserved;
size_t Block_size;
void (*copy)(struct __catchBlockObject_block_impl_0*, struct __catchBlockObject_block_impl_0*);
void (*dispose)(struct __catchBlockObject_block_impl_0*);
} __catchBlockObject_block_desc_0_DATA = { 0, sizeof(struct __catchBlockObject_block_impl_0), __catchBlockObject_block_copy_0, __catchBlockObject_block_dispose_0};
void catchBlockObject() {
__attribute__((__blocks__(byref))) __Block_byref_obj_1 obj = {(void*)0,(__Block_byref_obj_1 *)&obj, 33554432, sizeof(__Block_byref_obj_1), __Block_byref_id_object_copy_131, __Block_byref_id_object_dispose_131, ((NSObject *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)((NSObject *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("NSObject"), sel_registerName("alloc")), sel_registerName("init"))};
blk_t block = ((void (*)())&__catchBlockObject_block_impl_0((void *)__catchBlockObject_block_func_0, &__catchBlockObject_block_desc_0_DATA, (__Block_byref_obj_1 *)&obj, 570425344));
}
复制代码
在声明的结构体 __Block_byref_obj_1 中，和之前不一样的是多了 __Block_byref_id_object_copy 和 __Block_byref_id_object_dispose 两个管理内存的方法。
struct __Block_byref_obj_1 {
void *__isa;
__Block_byref_obj_1 *__forwarding;
int __flags;
int __size;
void (*__Block_byref_id_object_copy)(void*, void*);
void (*__Block_byref_id_object_dispose)(void*);
NSObject *obj;
};
复制代码
再看到 catchBlockObject() 函数中，被 __block 修饰符修饰的 obj 对象转换成 __Block_byref_obj_1 类型结构体。其中 copy 和 dispose 两个方法传入的 __Block_byref_id_object_copy_131 、 __Block_byref_id_object_dispose_131 两个静态方法。
void catchBlockObject() {
__Block_byref_obj_1 obj = {(void*)0,(__Block_byref_obj_1 *)&obj, 33554432, sizeof(__Block_byref_obj_1), __Block_byref_id_object_copy_131, __Block_byref_id_object_dispose_131, ((NSObject *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)((NSObject *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("NSObject"), sel_registerName("alloc")), sel_registerName("init"))};
blk_t block = (&__catchBlockObject_block_impl_0((void *)__catchBlockObject_block_func_0, &__catchBlockObject_block_desc_0_DATA, (__Block_byref_obj_1 *)&obj, 570425344));
}
复制代码
静态方法如下，在最后一个参数传入的是 131 ，其实就是 3 + 128 。
static void __Block_byref_id_object_copy_131(void *dst, void *src) {
_Block_object_assign((char*)dst + 40, *(void * *) ((char*)src + 40), 131);
}
static void __Block_byref_id_object_dispose_131(void *src) {
_Block_object_dispose(*(void * *) ((char*)src + 40), 131);
}
复制代码
通过下面这个枚举可以明白，为什么捕获不同类型的变量，需要不同的入参。根据入参不同，对捕获的变量复制和释放的操作都是不同的。 131 则表示 BLOCK_FIELD_IS_BYREF | BLOCK_BYREF_CALLER 。
// Runtime support functions used by compiler when generating copy/dispose helpers
// Values for _Block_object_assign() and _Block_object_dispose() parameters
enum {
// see function implementation for a more complete description of these fields and combinations
BLOCK_FIELD_IS_OBJECT = 3, // id, NSObject, __attribute__((NSObject)), block, ...
BLOCK_FIELD_IS_BLOCK = 7, // a block variable
BLOCK_FIELD_IS_BYREF = 8, // the on stack structure holding the __block variable
BLOCK_FIELD_IS_WEAK = 16, // declared __weak, only used in byref copy helpers
BLOCK_BYREF_CALLER = 128, // called from __block (byref) copy/dispose support routines.
};
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Block 本身的 Copy / Dispose 方法入参还是 8 /*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/ 。
三、Block 的存储域
Block 的存储域分为 3 种，分别为 _NSConcreteStackBlock 、 _NSConcreteGlobalBlock 和 _NSConcreteMallocBlock 。
- _NSConcreteStackBlock：栈区
- _NSConcreteGlobalBlock：数据区域（.data 区）
- _NSConcreteMallocBlock：堆区
3.1 _NSConcreteStackBlock
正常情况下，定义在类内部的 Block 在捕获了自动变量的情况下都是在栈区，可以通过下面的代码打印出其类型。但是在实际使用中都会定义后都会赋值给一个变量，这会导致实际使用用这个 Block 的时候已经变成 _NSConcreteMallocBlock 类型。
// block 使用了捕获的变量 tempVar
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
int tempVar = 1;
NSLog(@"Stack Block:%@\n", ^() {
printf("Stack Block! %d\n", tempVar);
});
}
return 0;
}
// printf：Stack Block:<__NSStackBlock__: 0x7ffeefbff4a0>
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3.2 _NSConcreteGlobalBlock
在定义全局变量的区域定义的 Block 类型为 _NSConcreteGlobalBlock ，另外还有一种情况就是定义在类内部的 Block 在没有捕获任何自动变量时，也是 _NSConcreteGlobalBlock 类型。
// block 内未使用外部变量
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
NSLog(@"Global Block:%@\n", ^() {
printf("Global Block!\n");
});
}
return 0;
}
// printf：Global Block:<__NSGlobalBlock__: 0x1000021c8>
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3.3 _NSConcreteMallocBlock
因为 Block 捕获的 __block 变量存在栈区时，超出其作用域后则被释放。为了避免这种情况，Block 实现机制将 Block 从栈区复制到堆区，这样即使超出其作用域，堆区的 Block 和 __block 变量依然存在。
在未被复制时，__block 变量 __forwarding 指向自身，被复制后指向堆区中的 __block 变量，这种机制使其无论是在堆区还是栈区都可以正确访问。
下面这些场景下编译器会自动处理将 Block 拷贝到堆上：
- ARC 有效时 block 作为函数或方法的返回值会自动被拷贝到堆上
- Cocoa 框架中的方法名包含 usingBlock 等时
- GCD 的 API
- 将 block 赋值给 __Strong 修饰符 id 类型对象或 Block 类型的成员变量时
以下场景需要手动拷贝至堆上
- 手动调用 block 实例方法
- 将 block 作为方法中的参数时需要开发者手动拷贝
- 当将 block 放入数组并作为返回值时需要手动拷贝
四、 __block 变量的存储域
当 Block 从栈区被复制到堆区时，对应的 __block 修饰符修饰的变量也相应地被复制到堆区。
在前面的内容我们分析到 __block 修饰的变量会转换成一个结构体，结构体中含有成员变量 __forwarding ，复制到堆区后可以在 Block 变量超出其作用域使用，这个时候栈区结构体成员变量 __forwarding 指向堆区的结构体（在未被复制时指向自身结构体）。
当多个 Block 使用同一个 __block 变量时，复制已经在堆上的 __block 变量引用计数会增加，当释放时也是将减引用计数减至 0 后才废弃该 __block 变量。
五、_Block_object_assign 和 _Block_object_dispose
在第二章节中介绍了捕获不同类型的变量时，Block 调用 _Block_object_assign 函数的入参 flags 都不一样，下面来看看具体实现。
5.1 _Block_object_assign
直接看实现源码：
void _Block_object_assign(void *destArg, const void *object, const int flags) {
const void **dest = (const void **)destArg;
switch (os_assumes(flags & BLOCK_ALL_COPY_DISPOSE_FLAGS)) {
case BLOCK_FIELD_IS_OBJECT:
/*******
id object = ...;
[^{ object; } copy];
********/
_Block_retain_object(object);
*dest = object;
break;
case BLOCK_FIELD_IS_BLOCK:
/*******
void (^object)(void) = ...;
[^{ object; } copy];
********/
*dest = _Block_copy(object);
break;
case BLOCK_FIELD_IS_BYREF | BLOCK_FIELD_IS_WEAK:
case BLOCK_FIELD_IS_BYREF:
/*******
// copy the onstack __block container to the heap
// Note this __weak is old GC-weak/MRC-unretained.
// ARC-style __weak is handled by the copy helper directly.
__block ... x;
__weak __block ... x;
[^{ x; } copy];
********/
*dest = _Block_byref_copy(object);
break;
case BLOCK_BYREF_CALLER | BLOCK_FIELD_IS_OBJECT:
case BLOCK_BYREF_CALLER | BLOCK_FIELD_IS_BLOCK:
/*******
// copy the actual field held in the __block container
// Note this is MRC unretained __block only.
// ARC retained __block is handled by the copy helper directly.
__block id object;
__block void (^object)(void);
[^{ object; } copy];
********/
*dest = object;
break;
case BLOCK_BYREF_CALLER | BLOCK_FIELD_IS_OBJECT | BLOCK_FIELD_IS_WEAK:
case BLOCK_BYREF_CALLER | BLOCK_FIELD_IS_BLOCK | BLOCK_FIELD_IS_WEAK:
/*******
// copy the actual field held in the __block container
// Note this __weak is old GC-weak/MRC-unretained.
// ARC-style __weak is handled by the copy helper directly.
__weak __block id object;
__weak __block void (^object)(void);
[^{ object; } copy];
********/
*dest = object;
break;
default:
break;
}
}
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由上面代码可知 _Block_object_assign 方法根据入参 flags 做了不同的处理，下面一一分析不同入参的处理方式：
5.1.1 BLOCK_FIELD_IS_OBJECT：复制对象
// 默认_Block_retain_object 被赋值为 _Block_retain_object_default 即什么都不做 _Block_retain_object(object); // 指针指向原对象内存地址。 *dest = object; 复制代码
_Block_retain_object 方法在 _Block_use_RR2 被执行时才有实际意义。
void _Block_use_RR2(const Block_callbacks_RR *callbacks) {
_Block_retain_object = callbacks->retain;
_Block_release_object = callbacks->release;
_Block_destructInstance = callbacks->destructInstance;
}
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5.1.2 BLOCK_FIELD_IS_BLOCK：复制 Block
分析 _Block_copy 的实现：
//复制或碰撞引用计数。如果确实要复制，请调用复制助手（如果存在）。
void *_Block_copy(const void *arg) {
struct Block_layout *aBlock;
if (!arg) return NULL;
aBlock = (struct Block_layout *)arg;
// 已复制 则增加引用计数
if (aBlock->flags & BLOCK_NEEDS_FREE) {
// latches on high
latching_incr_int(&aBlock->flags);
return aBlock;
}
// 如果是全局 Block 则直接返回
else if (aBlock->flags & BLOCK_IS_GLOBAL) {
return aBlock;
}
// 进行复制
else {
// Its a stack block. Make a copy.
struct Block_layout *result =
(struct Block_layout *)malloc(aBlock->descriptor->size);
if (!result) return NULL;
memmove(result, aBlock, aBlock->descriptor->size); // bitcopy first
#if __has_feature(ptrauth_calls)
// Resign the invoke pointer as it uses address authentication.
result->invoke = aBlock->invoke;
#endif
// reset refcount
result->flags &= ~(BLOCK_REFCOUNT_MASK|BLOCK_DEALLOCATING); // XXX not needed
result->flags |= BLOCK_NEEDS_FREE | 2; // logical refcount 1
_Block_call_copy_helper(result, aBlock);
result->isa = _NSConcreteMallocBlock;
return result;
}
}
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5.1.3 BLOCK_FIELD_IS_BYREF：复制 _block 变量
分析 _Block_byref_copy 的实现：
static struct Block_byref *_Block_byref_copy(const void *arg) {
struct Block_byref *src = (struct Block_byref *)arg;
if ((src->forwarding->flags & BLOCK_REFCOUNT_MASK) == 0) {
// 复制 Block_byref
struct Block_byref *copy = (struct Block_byref *)malloc(src->size);
copy->isa = NULL;
// byref value 4 is logical refcount of 2: one for caller, one for stack
copy->flags = src->flags | BLOCK_BYREF_NEEDS_FREE | 4;
copy->forwarding = copy; // patch heap copy to point to itself
src->forwarding = copy; // patch stack to point to heap copy
copy->size = src->size;
if (src->flags & BLOCK_BYREF_HAS_COPY_DISPOSE) {
// 复制 Block_byref2，含有 copy / dispose 方法的变量需要执行这部分代码
struct Block_byref_2 *src2 = (struct Block_byref_2 *)(src+1);
struct Block_byref_2 *copy2 = (struct Block_byref_2 *)(copy+1);
copy2->byref_keep = src2->byref_keep;
copy2->byref_destroy = src2->byref_destroy;
if (src->flags & BLOCK_BYREF_LAYOUT_EXTENDED) {
// 复制 Block_byref3
struct Block_byref_3 *src3 = (struct Block_byref_3 *)(src2+1);
struct Block_byref_3 *copy3 = (struct Block_byref_3*)(copy2+1);
copy3->layout = src3->layout;
}
(*src2->byref_keep)(copy, src);
}
else {
// Bitwise copy.
// This copy includes Block_byref_3, if any.
memmove(copy+1, src+1, src->size - sizeof(*src));
}
}
// 已经复制到堆上的 引用计数 +1
else if ((src->forwarding->flags & BLOCK_BYREF_NEEDS_FREE) == BLOCK_BYREF_NEEDS_FREE) {
latching_incr_int(&src->forwarding->flags);
}
return src->forwarding;
}
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5.1.4 其他
在其他情况下都是直接指针指向原对象地址：
*dest = object; 复制代码
5.2 _Block_object_dispose
下面是 Block 捕获变量的释放逻辑：
void _Block_object_dispose(const void *object, const int flags) {
switch (os_assumes(flags & BLOCK_ALL_COPY_DISPOSE_FLAGS)) {
case BLOCK_FIELD_IS_BYREF | BLOCK_FIELD_IS_WEAK:
case BLOCK_FIELD_IS_BYREF:
// get rid of the __block data structure held in a Block
_Block_byref_release(object);
break;
case BLOCK_FIELD_IS_BLOCK:
_Block_release(object);
break;
case BLOCK_FIELD_IS_OBJECT:
_Block_release_object(object);
break;
case BLOCK_BYREF_CALLER | BLOCK_FIELD_IS_OBJECT:
case BLOCK_BYREF_CALLER | BLOCK_FIELD_IS_BLOCK:
case BLOCK_BYREF_CALLER | BLOCK_FIELD_IS_OBJECT | BLOCK_FIELD_IS_WEAK:
case BLOCK_BYREF_CALLER | BLOCK_FIELD_IS_BLOCK | BLOCK_FIELD_IS_WEAK:
break;
default:
break;
}
}
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5.2.1 BLOCK_FIELD_IS_BYREF：释放 _block 变量
分析 _Block_byref_release 的实现：
static void _Block_byref_release(const void *arg) {
struct Block_byref *byref = (struct Block_byref *)arg;
// dereference the forwarding pointer since the compiler isn't doing this anymore (ever?)
byref = byref->forwarding;
// 判断是否被复制到堆上
if (byref->flags & BLOCK_BYREF_NEEDS_FREE) {
int32_t refcount = byref->flags & BLOCK_REFCOUNT_MASK;
os_assert(refcount);
// 引用计数 -1 后判断是否要进行释放操作
if (latching_decr_int_should_deallocate(&byref->flags)) {
// 判断这个变量是否有 copy / dispose 方法
if (byref->flags & BLOCK_BYREF_HAS_COPY_DISPOSE) {
struct Block_byref_2 *byref2 = (struct Block_byref_2 *)(byref+1);
(*byref2->byref_destroy)(byref);
}
free(byref);
}
}
}
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需要根据 _block 变量成员变量和标志位来判断释放步骤。
5.2.2 BLOCK_FIELD_IS_BLOCK：释放 Block
分析 _Block_release 的实现：
void _Block_release(const void *arg) {
struct Block_layout *aBlock = (struct Block_layout *)arg;
if (!aBlock) return;
if (aBlock->flags & BLOCK_IS_GLOBAL) return;
if (! (aBlock->flags & BLOCK_NEEDS_FREE)) return;
// 全局 Block 和 栈上的 Block 直接返回
// Block 引用计数 -1 后判断是否需要进行释放
if (latching_decr_int_should_deallocate(&aBlock->flags)) {
_Block_call_dispose_helper(aBlock);
_Block_destructInstance(aBlock);
free(aBlock);
}
}
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5.2.3 BLOCK_FIELD_IS_OBJECT：释放对象
_Block_release_object(object); 复制代码
_Block_release_object 方法在 ARC 环境下无操作，和 _Block_retain_object 一样。
六、循环引用
一个 Block 作为类的成员变量的同时，Block 内部还使用了类实例的情况下会引发循环引用。在这种情况下，类实例持有成员变量 block ，block 持有成员变量 __block 变量，__block 变量结构体持有类实例，形成一个三角循环引用关系。
__block id tmp = self;
blk = ^{
NSLog(@"self = %@", tmp);
}
复制代码
解决循环引用的方法有 2 种，一种是使用 __weak 修饰符，这种方法打破了__block 变量结构体持有类实例的关系，从而避免循环引用。
__weak id tmp = self;
blk = ^{
NSLog(@"self = %@", tmp);
}
复制代码
还有一种情况是使用 __block 修饰符，然后 blk 调用函数最后一行将 tmp 手动置空，这种方法虽然也可以避免循环引用，但是一旦 blk 没有被调用的话，同样会造成循环引用。所以还是使用 __weak 修饰符的方式更为安全。
__block id tmp = self;
blk = ^{
NSLog(@"self = %@", tmp);
tmp = nil;
}
复制代码
以上所述就是小编给大家介绍的《理解 Block 实现原理》，希望对大家有所帮助，如果大家有任何疑问请给我留言，小编会及时回复大家的。在此也非常感谢大家对 码农网 的支持！
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