Block的本质

作者: pro648 | 来源:发表于2021-03-31 23:15 被阅读0次

当需要执行异步操作，或同步多个操作时，块（Block）会非常有用。这一篇文章将介绍 Block 的本质。如果你对 block 还不了解，推荐先查看Block的用法。

1. Block的本质

Block 是封装了函数调用及函数调用环境的 Objective-C 对象，内部也有一个 isa 指针。即 Block 本质上也是一个 Objective-C 对象。

下面写一个简单的 block：

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

使用 clang 命令将上述代码转化为 C++，方便查看 block 内部结构：

xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m

转化后如下：

        int age = 10;
        // 定义block变量
        void(*myblock)(void) = ((void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, age));
        // 调用block
        ((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)myblock)->FuncPtr)((__block_impl *)myblock);

1.1 声明 block

BlockDeclare.png

1.1.1 __main_block_impl_0

通过转化的 C++ 代码可以看到，block定义中调用了__main_block_impl_0函数，并将其地址赋值给myblock。进一步查看__main_block_impl_0函数：

struct __main_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __main_block_desc_0* Desc;
  int age;
  
  // 该构造函数最终返回__main_block_impl_0。会将传入的_age赋值给成员age。
  __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, int _age, int flags=0) : age(_age) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};

__main_block_impl_0结构体内的构造函数对变量进行赋值，最终返回__main_block_impl_0结构体，也就是最终返回给myblock变量的是__main_block_impl_0结构体。

1.1.2 __main_block_func_0

__main_block_impl_0函数的第一个参数是__main_block_func_0，其定义如下：

static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
    int age = __cself->age; // bound by copy
    
    NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_05_pj1lwvjs50j3gx6vjtvxcvf80000gn_T_main_63c9df_mi_0, age);
}

__main_block_func_0函数内存储着 block 内代码。其函数内部先取出局部变量 age，后面调用NSLog。

也就是将 block 内的代码封装到__main_block_func_0函数，将__main_block_func_0函数地址传递给__main_block_impl_0。

1.1.3 __main_block_desc_0

__main_block_impl_0函数的第二个参数是__main_block_desc_0，其定义如下：

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)};

__main_block_desc_0中存储着两个成员，reserved和Block_size。并且为reserved赋值0，为Block_size赋值sizeof(struct __main_block_impl_0)，即block的大小。

最终，将__main_block_desc_0结构体传给__main_block_impl_0中，赋值给desc。

1.1.4 age

__main_block_impl_0函数的第三个参数是age，即定义的局部变量。

如果在 block 中使用了局部变量，block 声明的时候会将 age 作为参数传入，即 block 会捕获（capture）age。如果 block 中没有使用 age，则只会给__main_block_impl_0函数传入__main_block_func_0和__main_block_desc_0_DATA参数。

由于 block 在声明时捕获了局部变量，在声明后、调用前修改局部变量值，不会影响 block 内捕获到的局部变量值。如下所示：

        int age = 10;
        void(^myblock)(void) = ^{
            NSLog(@"age: %d", age);
        };
        age = 11;
        myblock();

执行后，控制台打印如下：

age: 10

block 在定义之后已将局部变量age值存储在__main_block_impl_0结构体，调用时直接从结构体中取出。声明后修改局部变量的值不会影响__main_block_impl_0结构体捕获的值。

1.1.5 __block_impl

__main_block_impl_0结构体第一个成员是__block_impl结构体，__block_impl结构体如下：

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

isa指针指向类对象，FuncPtr指针存储着__main_block_func_0函数地址，即 block 内代码地址。

__block_impl结构体第一个成员就是 isa 指针。Objective-C对象本质上也是结构体，第一个成员也是 isa 指针。因此，block 本质上也是一个 OC 对象。__main_block_impl_0函数的构造函数将传入 block 的值存储到__main_block_impl_0结构体中，最终将__main_block_impl_0结构体地址赋值给myblock。

分析__main_block_impl_0构造函数，特点如下：

__main_block_func_0封装了函数地址，其中先取出局部变量，再调用 block 内代码。
__main_block_desc_0_DATA封装 block 大小。
age是 block 捕获的局部变量。
__main_block_impl_0结构体中的__block_impl结构体包含了isa指针、FuncPtr。

1.2 调用 block

        // 调用block
        ((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)myblock)->FuncPtr)((__block_impl *)myblock);

将上述代码中的强制转换移除后，变为下面的代码：

        (myblock->FuncPtr)(myblock);

调用myblock就是通过myblock找到FuncPtr指针，然后进行调用。

myblock是指向__main_block_impl_0结构体的指针，内部并没有FuncPtr指针，为什么这里可以直接访问？这是因为__main_block_impl_0结构体第一个成员是__block_impl，而__block_impl也是一个结构体，即__main_block_impl_0可以改为以下内容：

struct __main_block_impl_0 {
  // 使用__block_impl直接替换
  void *isa;
  int Flags;
  int Reserved;
  void *FuncPtr;
  
  struct __main_block_desc_0* Desc;
  int age;
  __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, int _age, int flags=0) : age(_age) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};

另一方面，__main_block_impl_0结构体第一个成员是__block_impl，__main_block_impl_0结构体地址就是__block_impl的地址，这样也可以查找到FuncPtr指针。

block 底层的数据结构也可以使用下面图片表示：

BlockLayout.png

2. 变量捕获

除了包含可执行代码，块还具有捕获块以外值的能力。如果在一个方法内声明了一个块，该块可以获取方法内任何变量，也就是可以捕获局部变量。

BlockCapture.png

2.1 局部变量

2.1.1 auto变量

局部变量默认是 automatic variable 类型，简写为auto，一般省略不写。当程序进入、离开局部变量作用域时，会自动分配、释放内存。

auto会自动捕获到 block 内，__main_block_impl_0结构体内增加了存储局部变量的成员。block 内访问auto变量的方式是值传递，即直接将auto变量传递给__main_block_impl_0函数。

2.1.2 static变量

static变量会一直存储在内存中。block 会捕获static修饰的局部变量，访问时使用指针访问。

下面分别添加使用auto、static修饰的局部变量：

        auto int age = 10;
        static int weight = 125;
        void(^myblock)(void) = ^{
            NSLog(@"age: %d, weight: %d", age, weight);
        };
        myblock();

生成C++后如下：

struct __main_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __main_block_desc_0* Desc;
  // 捕获了age、weight。
  int age;
  int *weight;
  __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, int _age, int *_weight, int flags=0) : age(_age), weight(_weight) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};
static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
  int age = __cself->age; // bound by copy
  int *weight = __cself->weight; // bound by copy

            NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_05_pj1lwvjs50j3gx6vjtvxcvf80000gn_T_main_e2f202_mi_0, age, (*weight));
        }

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; 

        auto int age = 10;
        static int weight = 125;
        // age直接传递值，weight传递指针。
        void(*myblock)(void) = ((void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, age, &weight));

        ((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)myblock)->FuncPtr)((__block_impl *)myblock);
    }
    return 0;
}

可以看到，__main_block_impl_0捕获了age、weight，并且给__main_block_impl_0函数传递age时直接传递值，传递weight时传递的是指针。

2.2 全局变量

block 是否会捕获全局变量？以及如何使用？

添加以下全局变量：

int height = 170;
static int number = 11;

生成C++代码如下：

struct __main_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __main_block_desc_0* Desc;
  int age;
  int *weight;
  // 并没有捕获全局变量
  __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, int _age, int *_weight, int flags=0) : age(_age), weight(_weight) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};
static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
  int age = __cself->age; // bound by copy
  int *weight = __cself->weight; // bound by copy

            // 直接使用height、number
            NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_05_pj1lwvjs50j3gx6vjtvxcvf80000gn_T_main_964e22_mi_0, age, (*weight), height, number);
        }

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; 

        auto int age = 10;
        static int weight = 125;
        void(*myblock)(void) = ((void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, age, &weight));

        ((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)myblock)->FuncPtr)((__block_impl *)myblock);
    }
    return 0;
}

可以看到__main_block_func_0并没有添加任何全局变量，而是直接使用。这是因为全局变量会一直存放在内存中，全局都可以使用。

3. Block 的类型

既然 block 也是 OC 对象，那么 block 是什么类型呢？

声明一个 block，并打印其父类，如下所示：

        void(^myblock)(void) = ^{
            NSLog(@"github.com/pro648");
        };
        NSLog(@"%@", [myblock class]);
        NSLog(@"%@", [[myblock class] superclass]);
        NSLog(@"%@", [[[myblock class] superclass] superclass]);
        NSLog(@"%@", [[[[myblock class] superclass] superclass] superclass]);

输出如下：

__NSGlobalBlock__
NSBlock
NSObject
(null)

即 block 的继承关系是：__NSGlobalBlock__ ： NSBlock ： NSObject。进一步证实了 block 本质上也是一个 OC 对象。

定义三个不同的 block，分别打印其类型：

        // 没有调用外部变量的block
        void(^myblock1)(void) = ^{
            NSLog(@"github.com/pro648");
        };
        
        // 访问auto变量
        int age = 10;
        void(^myblock2)(void) = ^{
            NSLog(@"age: %d", age);
        };
        
        // 直接调用block的 class
        NSLog(@"%@ %@ %@", [myblock1 class], [myblock2 class], [^{
            NSLog(@"%d", age);
        } class]);

打印如下：

__NSGlobalBlock__ __NSMallocBlock__ __NSStackBlock__

将上述代码转换为C++，可以看到三个 block 类型都是_NSConcreteStackBlock类型。这可能是 runtime 运行时进行了某种转换，使用 clang 生成的C++代码仅供参考，不能保证和运行时完全一致。

三种类型的block在内存中的位置如下：

BlockMemory.png

__NSGlobalBlock__、__NSStackBlock__、__NSMallocBlock__三种类型的block是按照以下规则产生的：

block 类型	环境
`__NSGlobalBlock__`	没有访问auto变量
`__NSStackBlock__`	访问了auto变量
`__NSMallocBlock__`	`__NSStackBlock__`调用了copy方法

3.1 `NSGlobalBlock`

当 block 内没有访问auto变量时，block 为__NSGlobalBlock__类型，__NSGlobalBlock__存在数据段中，程序结束才会回收内存。但因为其与普通函数没有区别，很少使用__NSGlobalBlock__类型的 block。

3.2 `NSStackBlock`

在 block 内访问了auto变量为__NSStackBlock__类型。

__NSStackBlock__类型的 block 存放在栈中。栈的内存由系统自动分配和释放，超出变量作用域后自动释放。由于栈中代码超出作用域之后，内存就会被销毁，而有可能内存销毁之后才去调用它，此时就会出现问题。

ARC 自动管理内存时会帮助我们做很多事情，为了方便理解其本质，先关闭 ARC 使用 MRC 管理内存。进入TARGETS > Build Settings > Objective-C Automatic Reference Counting，修改其值为 NO。

关闭 ARC 后，使用以下代码验证问题：

void (^myblock)(void);

void test() {
    // __NSStackBlock__
    int age = 10;
    myblock = ^{
        NSLog(@"age: %d", age);
    };
}

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        test();
        myblock();
    }
    return 0;
}

执行后控制台输出如下：

age: -272632840

这是因为myblock是在栈中的，即__NSStackBlock__类型的。当test函数执行完毕后，栈内存中 block 已经被系统回收。

3.3 `NSMallocBlock`

为了避免函数执行完毕栈内存立即被回收，可以将__NSStackBlock__block copy 到堆中。以下是修改后的代码：

void (^myblock)(void);

void test() {
    // __NSMallocBlock__
    int age = 10;
    // 将 block 从栈中复制到堆中。
    myblock = [^{
        NSLog(@"age: %d", age);
    } copy];
}

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        test();
        myblock();
    }
    return 0;
}

执行后控制台输出如下：

age: 10

block 调用 copy 后，类型改变如下所示：

block类型	内存区域	调用copy的效果
`__NSGlobalBlock__`	数据段	什么都不做，类型不变。
`__NSStackBlock__`	栈	从栈复制到堆，类型变为`__NSMallocBlock__`
`__NSMallocBlock__`	堆	引用计数加一，类型不变。

使用 MRC 管理内存时，经常需要使用 copy 保存 block，将栈上的 block 复制到堆上，超出作用域时 block 不会被释放，后续需调用 release 销毁 block。ARC 环境下，系统会自动调用 copy 操作，使 block 不被销毁；不再使用时，自动调用 release 引用计数减一。

4. ARC 在某些情况下会对 block 自动进行一次 copy 操作，将其从栈区移动到堆区

出现以下情况时，ARC 会自动对 block 执行一次 copy 操作，将其从栈区移动到堆区：

当 block 作为函数返回值时。
当 block 被强指针引用时。
当 Cocoa API 方法名包含usingBlock，且 block 作为参数时，或 block 作为 GCD API 方法参数。

4.1 当 block 作为函数返回值时

typedef void (^MyBlock)(void);

MyBlock test() {
    int age = 10;
    // myblock 作为函数返回值，ARC 会自动进行copy。
    MyBlock myblock = ^{
        NSLog(@"age: %d", age);
    };
    return myblock;
}

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        MyBlock myblock = test();
        NSLog(@"%@", [myblock class]);
    }
    return 0;
}

在 ARC 环境下，参数返回值为 block 类型时，系统会对 ARC 自动执行一次 copy 操作，使其变为__NSMallocBlock__类型。在 MRC 环境下，超出作用域后 block 会被销毁，此时再调用会引起闪退。

4.2 当 block 被强指针引用时

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        int age = 10;
        MyBlock myblock = ^{
            NSLog(@"age: %d", age);
        };
        NSLog(@"%@",[myblock class]);
    }
    return 0;
}

由于 block 访问了auto变量，其是__NSStackBlock__类型。在 MRC 环境中，不会自动进行 copy 操作，输出是__NSStackBlock__；在 ARC 环境中，有强指针引用时会自动执行 copy 操作，将 block 从栈中移动到堆中。

修改上述代码如下，即取消强指针对 block 的引用：

        int age = 10;
        // 取消强指针的引用
        NSLog(@"%@",[^{
            NSLog(@"age: %d", age);
        } class]);

可以看到输出为：

__NSStackBlock__

手动调用 copy，如下所示：

        int age = 10;
        NSLog(@"%@", [[^{
            NSLog(@"age: %d", age);
        } copy] class]);

输出为：

__NSMallocBlock__

这也进一步证明了 ARC 环境下，有强指针引用 block 时会自动调用 copy 方法。

4.3 当 Cocoa API 方法名包含usingBlock，且 block 作为参数时，或 block 作为 GCD API 的方法参数

当 Cocoa API 方法名包含usingBlock，且 block 作为参数时，或 block 作为 GCD API 的方法参数。ARC 会根据情况自动将栈上的 block copy到堆上。

        // Cocoa API
        NSArray *arr = @[@1];
        [arr enumerateObjectsUsingBlock:^(id  _Nonnull obj, NSUInteger idx, BOOL * _Nonnull stop) {
            // 这个 block 在堆上
        }];

        // GCD API
        dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(1.0 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
            // 这个 block 在堆上
        });

block 作为属性时与其它属性类似，但 MRC 环境下，只能使用copy修饰。因为，block 访问auto变量时，block 是__NSStackBlock__类型，超出作用域 block 会被自动销毁。如果想要在外部继续访问、调用 block，就需要将 block 从栈中复制到堆中，因此需用copy修饰。

在 ARC 环境下，系统会在需要时自动进行 copy 操作。此时属性可以使用strong，但copy更能表明用意。

5. Block 内引用对象

之前 block 内只引用过基本数据类型，这一部分介绍 block 内引用对象类型。如下所示：

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        {
            Person *person = [[Person alloc] init];
            person.age = 10;
            ^{
                NSLog(@"person.age = %d", person.age);
            }();
        }
        NSLog(@"--------");
    }
    return 0;
}

执行后控制台输出如下：

person.age = 10
-[Person dealloc]
--------

可以看到在打印虚线前person已经释放。此时，block 是栈类型 block，即__NSStackBlock__。栈区 block 即便引用了对象，也会在超出作用域时一起释放。

更新上述代码如下：

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        MyBlock myblock;
        {
            Person *person = [[Person alloc] init];
            person.age = 10;
            myblock = ^{
                NSLog(@"person.age = %d", person.age);
            };
            myblock();
        }
        NSLog(@"--------");
    }
    return 0;
}

执行后输出如下：

person.age = 10
--------
-[Person dealloc]

可以看到执行到虚线位置时，person对象并没有释放。这是因为 block 内部对person对象进行了强引用，block 又被 myblock 强指针引用，即 block 是堆类型。堆类型的 block 会对外部对象强引用。

使用以下命令生成 C++ 代码，查看其底层实现：

xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc -fobjc-arc -fobjc-runtime=ios-14.0.0 main.m

查看 C++ 代码，block 定义如下：

struct __main_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __main_block_desc_0* Desc;
  Person *__strong person;
  __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, Person *__strong _person, int flags=0) : person(_person) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};

__main_block_desc_0定义如下：

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};

与 block 内引用基本数据类型相比，__main_block_desc_0内增加了copy和dispose两个参数，用于管理对象内存。

copy操作调用的是__main_block_copy_0，如下所示：

static void __main_block_copy_0(struct __main_block_impl_0*dst, struct __main_block_impl_0*src) {
    _Block_object_assign((void*)&dst->person,
                         (void*)src->person,
                         3/*BLOCK_FIELD_IS_OBJECT*/);
}

最终调用_Block_object_assign函数，_Block_object_assign会对引用的对象person进行引用计数操作。如果引用的对象是__strong修饰（默认是__strong，即忽略时就是__strong），则引用计数加一；如果使用的__weak修饰，则引用计数不变。

当 block 执行完毕，会调用dispose方法，dispose底层会调用以下方法：

static void __main_block_dispose_0(struct __main_block_impl_0*src) {
    _Block_object_dispose((void*)src->person,
                          3/*BLOCK_FIELD_IS_OBJECT*/);
}

__main_block_dispose_0内部会调用_Block_object_dispose方法。如果之前 copy 时使用了强引用，此时引用计数减一；如果之前使用了弱引用，直接取消对原来对象的弱引用。

6. Block 内修改外部变量

如果外部变量是auto类型，block 通过值传递的方式捕获变量。由于是值传递的方式进行的，其不能修改外部变量。如果需要外部变量，可以通过以下两种方式：

使用 static 修饰外部变量。
使用__block修饰外部变量。

6.1 使用 static 修饰外部变量

使用 static 修饰的变量会一直存在内存中，程序结束前不会被释放。block 捕获时通过引用方式进行，即传递地址。因此，使用 static 修饰的外部变量可以直接修改值。

6.2 使用`__block`修饰外部变量

使用 static 修饰的变量会一直存放在内存中，直到程序结束，这不利于性能优化。

使用__block修饰外部变量，也可以达到在 block 内修改成员变量的目的，那__block底层是如何实现的呢？

__block不能修饰全局变量、静态变量。

下面代码使用__block修饰局部变量：

        __block int age = 10;
        MyBlock myblock = ^{
            age = 20;
            NSLog(@"age: %d", age);
        };
        myblock();

使用以下命令将其转换为 C++：

xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc -fobjc-arc -fobjc-runtime=ios-14.0.0 main.m

转换后的 block 定义如下：

struct __main_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __main_block_desc_0* Desc;
  // age 被封装成了对象。
  __Block_byref_age_0 *age; // by ref
  __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, __Block_byref_age_0 *_age, int flags=0) : age(_age->__forwarding) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};

可以看到使用__block修饰的外部变量被封装成了__Block_byref_age_0对象类型，__Block_byref_age_0声明如下：

struct __Block_byref_age_0 {
    // 也有isa指针，即也是对象类型。
  void *__isa;
__Block_byref_age_0 *__forwarding;
 int __flags;
 int __size;
 // 值
 int age;
};

__Block_byref_age_0结构体也有isa指针，即也是对象类型。

使用__block修饰的age被转换为：

        __attribute__((__blocks__(byref))) __Block_byref_age_0 age = {
            (void*)0,(__Block_byref_age_0 *)&age,
            0,
            sizeof(__Block_byref_age_0),
            10
        };

__main_block_func_0函数被转换为：

static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
    __Block_byref_age_0 *age = __cself->age; // bound by ref
    
    // 使用age的forwarding指向age。
    (age->__forwarding->age) = 20;
    NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_05_pj1lwvjs50j3gx6vjtvxcvf80000gn_T_main_d88942_mi_0, (age->__forwarding->age));
}

使用age的__forwarding取出变量地址，这样即使 block 从栈移动到了堆上，也可以正确修改变量值。

7. 对象类型的`auto`变量、`__block`变量

在 block 内访问了使用auto、__block修饰的对象类型的变量：

如果 block 在栈上，将不会对变量产生强引用。
如果 block 被拷贝到堆上
- 会调用 block 内部的copy函数。
- copy函数内部会调用_Block_object_assign函数。
- _Block_object_assign函数会根据变量修饰符__strong、__weak、__unsafe_unretained做出相应操作，类似于 retain（形成强引用、弱引用）。
  
  使用__block修饰的变量只有在 ARC 环境中会根据__strong、__weak、__unsafe_unretained修饰符进行强引用，在 MRC 环境中不会进行强引用。
如果 block 从堆上移除：
- 会调用 block 内部的 dispose 函数。
- dispose 函数内部会调用_Block_object_dispose函数。
- _Block_object_dispose函数会自动释放引用的变量，类似于 release。

8. Block 的循环引用

使用 block 容易产生循环引用。如果类中定义了一个 block，在 block 内又访问了类的属性，就会导致循环引用。

Person类中声明了属性age和 myblock，main.m文件中为 block 赋值，如下所示：

typedef void(^MyBlock)(void);
@interface Person : NSObject
@property (nonatomic, assign) int age;
@property (nonatomic, copy) MyBlock myblock;
@end

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        Person *person = [[Person alloc] init];
        person.age = 10;
        person.myblock = ^{
            NSLog(@"age: %d", 20);
        };
    }
    NSLog(@"-------");
    return 0;
}

执行后输出如下：

-[Person dealloc]
-------

可以看到person先释放，后打印虚线。

更新myblock赋值语句如下：

        person.myblock = ^{
            NSLog(@"age: %d", person.age);
        };

再次执行后，控制台只输出了虚线，person类没有被释放。

因为person强引用了myblock，此时myblock在堆上；myblock内访问了person对象，堆上的 block 会对对象进行强引用。此时person强引用myblock，myblock强引用person，形成了循环引用。

不止访问person会产生循环引用，在person类里的 block 内访问成员变量也会产生循环引用，因为访问成员变量本质上是在调用self->instance，即仍然访问了self。

此外，OC 方法转换为 C 语言方法后，默认带有两个参数。第一个是 id 类型的self，第二个参数是SEL类型的_cmd，因此，平常访问的self也是局部变量。
void test(id self, SEL _cmd) {
    
}

ARC 环境下有以下三种解决循环引用的方案：

使用__weak修饰变量。
使用__unsafe_unretained修饰变量。
使用__block修饰变量，同时在 block 内将变量设置为nil，最后确保调用 block。

下面详细介绍解决循环引用的方案。

8.1 使用`__weak`修饰变量

使用__weak修饰变量，更新如下：

        __weak typeof(person) weakPerson = person;
        person.myblock = ^{
            NSLog(@"age: %d", weakPerson.age);
        };

将其转换为 C++ 代码，__main_block_impl_0函数如下：

struct __main_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __main_block_desc_0* Desc;
  // 对捕获的person进行弱引用。
  Person *__weak weakPerson;
  __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, Person *__weak _weakPerson, int flags=0) : weakPerson(_weakPerson) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};

此时执行后，超出person作用域，person就会释放。

8.2 使用`__unsafe_unretained`修饰变量

使用__unsafe_unretained修饰变量也可以解决循环引用问题。

__unsafe_unretained与__weak区别在于：

__weak：不会产生强引用。指向的对象销毁时，会自动让指针置为nil。
__unsafe_unretained：不会产生强引用，但没有__weak安全。指向对象销毁时，指针存储地址不变，但内存已经被回收，再次访问时产生野指针错误。

8.3 使用`__block`修饰变量，同时在 block 内将变量设置为nil，最后确保调用 block

使用__block也可以解决循环引用问题：

        // 1.添加__block修饰符
        __block Person *person = [[Person alloc] init];
        person.age = 10;
        person.myblock = ^{
            NSLog(@"age: %d", person.age);
            // 2.置为nil
            person = nil;
        };
        // 3.调用block()
        person.myblock();

使用__block解决循环引用问题时，上述三步缺一不可。其缺点就是必须调用 block，如果没有调用 block，就无法在 block 执行完毕后将person置为nil，就无法解决循环引用问题。

在 MRC 环境中，有以下两种方案解决循环引用问题：

使用__unsafe_unretained，MRC 不支持弱指针__weak。
直接使用__block。在 MRC 环境中，__block结构体不会对结构体内对象进行强引用，不会产生循环引用。

参考资料：

欢迎更多指正：https://github.com/pro648/tips

本文地址：https://github.com/pro648/tips/blob/master/sources/Block的本质.md

Block的本质

1. Block的本质

1.1 声明 block

1.1.1 __main_block_impl_0

1.1.2 __main_block_func_0

1.1.3 __main_block_desc_0

1.1.4 age

1.1.5 __block_impl

1.2 调用 block

2. 变量捕获

2.1 局部变量

2.1.1 auto变量

2.1.2 static变量

2.2 全局变量

3. Block 的类型

3.1 `NSGlobalBlock`

3.2 `NSStackBlock`

3.3 `NSMallocBlock`

4. ARC 在某些情况下会对 block 自动进行一次 copy 操作，将其从栈区移动到堆区

4.1 当 block 作为函数返回值时

4.2 当 block 被强指针引用时

4.3 当 Cocoa API 方法名包含usingBlock，且 block 作为参数时，或 block 作为 GCD API 的方法参数

5. Block 内引用对象

6. Block 内修改外部变量

6.1 使用 static 修饰外部变量

6.2 使用`__block`修饰外部变量

7. 对象类型的`auto`变量、`__block`变量

8. Block 的循环引用

8.1 使用`__weak`修饰变量

8.2 使用`__unsafe_unretained`修饰变量

8.3 使用`__block`修饰变量，同时在 block 内将变量设置为nil，最后确保调用 block

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1.1.1 __main_block_impl_0

1.1.2 __main_block_func_0

1.1.3 __main_block_desc_0

1.1.4 age

1.1.5 __block_impl

1.2 调用 block

2. 变量捕获

2.1 局部变量

2.1.1 auto变量

2.1.2 static变量

2.2 全局变量

3. Block 的类型

3.1 __NSGlobalBlock__

3.2 __NSStackBlock__

3.3 __NSMallocBlock__

4. ARC 在某些情况下会对 block 自动进行一次 copy 操作，将其从栈区移动到堆区

4.1 当 block 作为函数返回值时

4.2 当 block 被强指针引用时

4.3 当 Cocoa API 方法名包含usingBlock，且 block 作为参数时，或 block 作为 GCD API 的方法参数

5. Block 内引用对象

6. Block 内修改外部变量

6.1 使用 static 修饰外部变量

6.2 使用__block修饰外部变量

7. 对象类型的auto变量、__block变量

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8.1 使用`__weak`修饰变量

8.2 使用`__unsafe_unretained`修饰变量

8.3 使用`__block`修饰变量，同时在 block 内将变量设置为nil，最后确保调用 block