深入理解iOS的block(上)

作者: iOS_小久 | 来源:发表于2020-03-07 15:52 被阅读0次

原文地址

前言

在文章之前，先抛出如下问题。

block的原理是怎样的？本质是什么？
__block的作用是什么？有什么使用注意点？
block的属性修饰词为什么是copy？使用block有哪些使用注意？
block一旦没有进行copy操作，就不会在堆上
block在修改NSMutableArray，需不需要添加__block？

如果现在不是很熟悉，希望看完这篇文章，能有个新的认识。

导读

本文主要从如下几个方面讲解block

block的基本使用
block在内存中的布局
block对变量的捕获分析
MRC和ARC的对比
__block的分析
block中内存管理问题
block导致的循环引用问题

什么是block

先介绍一下什么是闭包。在 wikipedia 上，闭包的定义是

In programming languages, a closure is a function or reference to a function together with a referencing environment—a table storing a reference to each of the non-local variables (also called free variables or upvalues) of that function.

翻译过来表达就是

闭包是一个函数（或指向函数的指针），再加上该函数执行的外部的上下文变量(有时候也称作自由变量）。

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block 实际上就是 Objective-C 语言对于闭包的实现。

block的基本使用

block本质上也是一个OC对象，它内部也有个isa指针
block是封装了函数调用以及函数调用环境的OC对象
block的底层结构如下图

无参无返回值的定义和使用

//无参无返回值 定义 和使用
void (^MyBlockOne)(void) = ^{
 NSLog(@"无参无返回值");
};

// 调用
MyBlockOne();

无参有返回值的定义和使用

// 无参有返回值
int (^MyBlockTwo)(void) = ^{
 NSLog(@"无参有返回值");
 return 2;
};
// 调用
int res = MyBlockTwo();

有参无返回值的定义和使用

//有参无返回值 定义
void (^MyBlockThree)(int a) = ^(int a){
 NSLog(@"有参无返回值 a = %d",a);
};

// 调用
MyBlockThree(10);

有参有返回值的定义和使用

//有参有返回值
int (^MyBlockFour)(int a) = ^(int a){
 NSLog(@"有参有返回值 a = %d",a);
 return a * 2;
};
MyBlockFour(4);

typedef 定义Block

实际开发中，经常需要把block作为一个属性，我们可以定义一个block

eg:定义一个有参有返回值的block

typedef int (^MyBlock)(int a, int b);

定义属性的时候,如下即可持有这个block

@property  (nonatomic,copy) MyBlock myBlockOne;

block实现

self.myBlockOne = ^int(int a, int b) {
 return a + b;
};

调用

self.myBlockOne(2, 5);

block 类型和数据结构

block 数据结构分析

生成cpp文件

如下代码

int age = 20;
void (^block)(void) =  ^{
 NSLog(@"age is %d",age);
 };

block();

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

生成main.cpp

block 结构分析

int age = 20;

// block的定义
void (*block)(void) = ((void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, age));
// block的调用
((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)block)->FuncPtr)((__block_impl *)block);

上面的代码删除掉一些强制转换的代码就就剩下如下所示

int age = 20;
void (*block)(void) = &__main_block_impl_0(
 __main_block_func_0, 
 &__main_block_desc_0_DATA, 
 age
 );
// block的调用
block->FuncPtr(block);

看出block的本质就是一个结构体对象，结构体__main_block_impl_0代码如下

struct __main_block_impl_0 {
 struct __block_impl impl;
 struct __main_block_desc_0* Desc;
 int age;
 //构造函数(类似于OC中的init方法) _age是外面传入的
 __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, int _age, int flags=0) : age(_age) {
 //isa指向_NSConcreteStackBlock 说明这个block就是_NSConcreteStackBlock类型的
 impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
 impl.Flags = flags;
 impl.FuncPtr = fp;
 Desc = desc;
 }
};

结构体中第一个是struct __block_impl impl;

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

结构体中第二个是__main_block_desc_0;

static struct __main_block_desc_0 {
 size_t reserved;
 size_t Block_size; // 结构体__main_block_impl_0 占用的内存大小
}

结构体中第三个是age

也就是捕获的局部变量 age

__main_block_func_0

//封装了block执行逻辑的函数
static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
 int age = __cself->age; // bound by copy

 NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_x4_920c4yq936b63mvtj4wmb32m0000gn_T_main_7f3f1b_mi_0,age);
}

用一幅图来表示

变量捕获

其实上面的代码我们已经看得出来变量捕获了，这里继续详细分析一下

变量类型	捕获到block内部	访问方式
局部变量 auto	√	值传递
局部变量 static	√	指针传递
全局变量	×	直接访问

局部变量auto(自动变量)

我们平时写的局部变量，默认就有 auto(自动变量，离开作用域就销毁)

运行代码

例如下面的代码

int age = 20;
void (^block)(void) =  ^{
 NSLog(@"age is %d",age);
};
age = 25;

block();

等同于

auto int age = 20;
void (^block)(void) =  ^{
 NSLog(@"age is %d",age);
};
age = 25;

block();

输出

20

分析

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

生成main.cpp

如图所示

int age = 20;
void (*block)(void) = ((void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, age));
age = 25;

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

struct __main_block_impl_0 *blockStruct = (__bridge struct __main_block_impl_0 *)block;

NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_x4_920c4yq936b63mvtj4wmb32m0000gn_T_main_d36452_mi_5);

可以知道，直接把age的值 20传到了结构体__main_block_impl_0中，后面再修改age = 25并不能改变block里面的值

局部变量 static

static修饰的局部变量，不会被销毁

运行代码

static int height  = 30;
int age = 20;
void (^block)(void) =  ^{
 NSLog(@"age is %d height = %d",age,height);
};
age = 25;
height = 35;
block();

执行结果为

age is 20 height = 35

可以看得出来，block外部修改height的值，依然能影响block内部的值

分析

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

生成main.cpp

static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
 int age = __cself->age; // bound by copy
 int *height = __cself->height; // bound by copy

 NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_x4_920c4yq936b63mvtj4wmb32m0000gn_T_main_3146e1_mi_4,age,(*height));
 }

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; 

 static int height = 30;
 int age = 20;
 void (*block)(void) = ((void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, age, &height));
 age = 25;
 height = 35;
 ((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)block)->FuncPtr)((__block_impl *)block);

如图所示，age是直接值传递，height传递的是*height 也就是说直接把内存地址传进去进行修改了。

全局变量

运行代码

int age1 = 11;
static int height1 = 22;

int main(int argc, const char * argv[]) {
 @autoreleasepool {
 void (^block)(void) =  ^{
 NSLog(@"age1 is %d height1 = %d",age1,height1);
 };
 age1 = 25;
 height1 = 35;
 block();

 }
 return 0;
}

输出结果为

age1 is 25 height1 = 35

分析

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

生成main.cpp

struct __main_block_impl_0 {
 struct __block_impl impl;
 struct __main_block_desc_0* Desc;
 __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;
 }
};
static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {

 NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_x4_920c4yq936b63mvtj4wmb32m0000gn_T_main_4e8c40_mi_4,age1,height1);
}

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; 

 void (*block)(void) = ((void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA));
 age1 = 25;
 height1 = 35;
 ((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)block)->FuncPtr)((__block_impl *)block);

 }
 return 0;
}

从cpp文件可以看出来，并没有捕获全局变量age1和height1,访问的时候，是直接去访问的，根本不需要捕获

小结

变量类型	捕获到block内部	访问方式
局部变量 auto	√	值传递
局部变量 static	√	指针传递
全局变量	×	直接访问

auto修饰的局部变量，是值传递
static修饰的局部变量，是指针传递

其实也很好理解，因为auto修饰的局部变量，离开作用域就销毁了。那如果是指针传递的话，可能导致访问的时候，该变量已经销毁了。程序就会出问题。而全局变量本来就是在哪里都可以访问的，所以无需捕获。

block类型

block也是一个OC对象

在进行分析block类型之前，先明确一个概念，那就是block中有isa指针的，block是一个OC对象，例如下面的代码

void (^block)(void) =  ^{
 NSLog(@"123");
};

NSLog(@"block.class = %@",[block class]);
NSLog(@"block.class.superclass = %@",[[block class] superclass]);
NSLog(@"block.class.superclass.superclass = %@",[[[block class] superclass] superclass]);
NSLog(@"block.class.superclass.superclass.superclass = %@",[[[[block class] superclass] superclass] superclass]);

输出结果为

iOS-block[18429:234959] block.class = __NSGlobalBlock__
iOS-block[18429:234959] block.class.superclass = __NSGlobalBlock
iOS-block[18429:234959] block.class.superclass.superclass = NSBlock
iOS-block[18429:234959] block.class.superclass.superclass.superclass = NSObject

说明了上面代码中的block的类型是__NSGlobalBlock，继承关系可以表示为__NSGlobalBlock__ : __NSGlobalBlock : NSBlock : NSObject

block有3种类型

block有3种类型，可以通过调用class方法或者isa指针查看具体类型，最终都是继承自NSBlock类型

__NSGlobalBlock__ （ _NSConcreteGlobalBlock ）
__NSStackBlock__ （ _NSConcreteStackBlock ）
__NSMallocBlock__ （ _NSConcreteMallocBlock ）

其中三种不同的类型和环境对应如下

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

其在内存中的分配如下对应

运行代码查看

MRC下

注意，以下代码在MRC下测试

因为ARC的时候，编译器做了很多的优化，往往看不到本质,

改为MRC方法： Build Settings 里面的Automatic Reference Counting改为NO

如下图所示

用代码来表示

void (^block)(void) =  ^{
 NSLog(@"123");
};

NSLog(@"没有访问auto block.class = %@",[block class]);

auto int a = 10;
void (^block1)(void) =  ^{
 NSLog(@"a = %d",a);
};

NSLog(@"访问了auto block1.class = %@",[block1 class]);

NSLog(@"访问量auto 并且copy block1-copy.class = %@",[[block1 class] copy]);

输出为

OS-block[23542:349513] 没有访问auto block.class = __NSGlobalBlock__
iOS-block[23542:349513] 访问了auto block1.class = __NSStackBlock__
iOS-block[23542:349513] 访问量auto 并且copy block1-copy.class = __NSStackBlock__

可以看出和上面说的

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

是一致的

ARC下

在ARC下，上面的代码输出结果为下面所示，因为编译器做了copy

iOS-block[24197:358752] 没有访问auto block.class = __NSGlobalBlock__
iOS-block[24197:358752] 访问了auto block1.class = __NSMallocBlock__
iOS-block[24197:358752] 访问量auto 并且copy block1-copy.class = __NSMallocBlock__

block的copy

前面说了在ARC环境下，编译器会根据情况自动将栈上的block复制到堆上，具体来说比如以下情况

copy的情况

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
block作为GCD API的方法参数时

block作为函数返回值时

// 定义Block
typedef void (^YZBlock)(void);

// 返回值为Block的函数
YZBlock myblock()
{
 int a = 6;
 return ^{
 NSLog(@"--------- %d",a);
 };
}

YZBlock Block = myblock();
Block();
NSLog(@" [Block class] = %@", [Block class]);

输出为

iOS-block[25857:385868] --------- 6
iOS-block[25857:385868]  [Block class] = __NSMallocBlock__

上述代码如果再MRC下输出__NSStackBlock__，在ARC下，自动copy，所以是__NSMallocBlock__

将block赋值给`__strong`指针时

// 定义Block
typedef void (^YZBlock)(void);

int b = 20;
YZBlock Block2 = ^{
 NSLog(@"abc %d",b);
};
NSLog(@" [Block2 class] = %@", [Block2 class]);

输出为

iOS-block[26072:389164]  [Block2 class] = __NSMallocBlock__

上述代码如果再MRC下输出__NSStackBlock__，在ARC下，自动copy，所以是__NSMallocBlock__

block作为Cocoa API中方法名含有usingBlock的方法参数时

eg:

NSArray *array = @[@1,@4,@5];
[array enumerateObjectsUsingBlock:^(id  _Nonnull obj, NSUInteger idx, BOOL * _Nonnull stop) {
 // code
}];

block作为GCD API的方法参数时

static dispatch_once_t onceToken;
dispatch_once(&onceToken, ^{

}); 

dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(3 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
 //code to be executed after a specified delay
});

MRC下block属性的建议写法

@property (copy, nonatomic) void (^block)(void);

ARC下block属性的建议写法

@property (strong, nonatomic) void (^block)(void);
@property (copy, nonatomic) void (^block)(void);

深入理解iOS的block (下)

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前言

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什么是block

block的基本使用

无参无返回值的定义和使用

无参有返回值的定义和使用

有参无返回值的定义和使用

有参有返回值的定义和使用

typedef 定义Block

block 类型和数据结构

block 数据结构分析

生成cpp文件

block 结构分析

变量捕获

局部变量auto(自动变量)

运行代码

分析

局部变量 static

运行代码

分析

全局变量

运行代码

分析

小结

block类型

block也是一个OC对象

block有3种类型

运行代码查看

MRC下

ARC下

block的copy

copy的情况

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

block作为GCD API的方法参数时

MRC下block属性的建议写法

ARC下block属性的建议写法

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