本文用来介绍 iOS 开发中 『Blocks』的底层原理。我将通过 Blocks 由 OC 转变的 C++ 源码来一步步解析 Blocks 的底层原理。
通过本文您将了解到:
- Blocks 的实质是什么?
- Block 截获局部变量和特殊区域变量
- Block 的存储区域
- Block 的循环引用
文中 Demo 我已放在了 Github 上,Demo 链接:传送门
- 第一篇链接: iOS 开发:『Blocks』详尽总结 (一)基本使用
1. Blocks 的实质是什么?
在第一篇中我们讲解了 Blocks 的基本使用,也知道了 Blocks 是 带有局部变量的匿名函数。但是 Block 的实质究竟是什么呢?类型?变量?还是什么黑科技?
要想了解 Block 的本质,就需要从 Block 对应的 C++ 源码来入手。
下面我们通过一步步的源码剖析来了解 Block 的本质。
1.1 Blocks 由 OC 转 C++ 源码方法
- 在项目中添加 blocks.m 文件,并写好 block 的相关代码。
- 打开『终端』,执行
cd XXX/XXX
命令,其中 XXX/XXX
为 block.m 所在的目录。 - 继续执行
clang -rewrite-objc block.m
- 执行完命令之后,block.m 所在目录下就会生成一个 block.cpp 文件,这就是我们需要的 block 相关的 C++ 源码。
1.2 Blocks 源码概览
下面我们删除掉 block.m 其他无关的代码,只保留 blocks 相关的代码,可以得到如下结果。
- 转换前 OC 代码:
int main () {
void (^myBlock)(void) = ^{
printf("myBlock\n");
};
myBlock();
return 0;
}
- 转换后 C++ 源码:
/* 包含 Block 实际函数指针的结构体 */
struct __block_impl {
void *isa;
int Flags;
int Reserved; // 今后版本升级所需的区域大小
void *FuncPtr; // 函数指针
};
/* Block 结构体 */
struct __main_block_impl_0 {
// impl:Block 的实际函数指针,指向包含 Block 主体部分的 __main_block_func_0 结构体
struct __block_impl impl;
// Desc:Desc 指针,指向包含 Block 附加信息的 __main_block_desc_0() 结构体
struct __main_block_desc_0* Desc;
// __main_block_impl_0:Block 构造函数
__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;
}
};
/* Block 主体部分结构体 */
static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
printf("myBlock\n");
}
/* Block 附加信息结构体:包含今后版本升级所需区域大小,Block 的大小*/
static struct __main_block_desc_0 {
size_t reserved; // 今后版本升级所需区域大小
size_t Block_size; // Block 大小
} __main_block_desc_0_DATA = { 0, sizeof(struct __main_block_impl_0)};
/* main 函数 */
int main () {
void (*myBlock)(void) = ((void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA));
((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)myBlock)->FuncPtr)((__block_impl *)myBlock);
return 0;
}
下面我们一步步来拆解转换后的源码。
1.3 Block 结构体
我们先来看看 __main_block_impl_0
结构体( Block 结构体)
/* Block 结构体 */
struct __main_block_impl_0 {
// impl:Block 的实际函数指针,指向包含 Block 主体部分的 __main_block_func_0 结构体
struct __block_impl impl;
// Desc:Desc 指针,指向包含 Block 附加信息的 __main_block_desc_0() 结构体
struct __main_block_desc_0* Desc;
// __main_block_impl_0:Block 构造函数
__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;
}
};
从上边我们可以看出,__main_block_impl_0
结构体(Block 结构体)包含了三个部分:
- 成员变量
impl
; - 成员变量
Desc
指针; -
__main_block_impl_0
构造函数。
我们先来把这几个部分剖析一下。
1.3.1 struct __block_impl impl 说明
第一部分 impl
是 __block_impl
结构体类型的成员变量。__block_impl
包含了 Block 实际函数指针 FuncPtr
,FuncPtr
指针指向 Block 的主体部分,也就是 Block 对应 OC 代码中的 ^{ printf("myBlock\n"); };
部分。还包含了标志位 Flags
,今后版本升级所需的区域大小 Reserved
,__block_impl
结构体的实例指针 isa
。
/* 包含 Block 实际函数指针的结构体 */
struct __block_impl {
void *isa; // 用于保存 Block 结构体的实例指针
int Flags; // 标志位
int Reserved; // 今后版本升级所需的区域大小
void *FuncPtr; // 函数指针
};
1.3.2 struct __main_block_desc_0* Desc 说明
第二部分 Desc 是指向的是 __main_block_desc_0
类型的结构体的指针型成员变量,__main_block_desc_0
结构体用来描述该 Block 的相关附加信息:
- 今后版本升级所需区域大小:
reserved
变量。 - Block 大小:
Block_size
变量。
/* Block 附加信息结构体:包含今后版本升级所需区域大小,Block 的大小*/
static struct __main_block_desc_0 {
size_t reserved; // 今后版本升级所需区域大小
size_t Block_size; // Block 大小
} __main_block_desc_0_DATA = { 0, sizeof(struct __main_block_impl_0)};
1.3.3 __main_block_impl_0 构造函数说明
第三部分是 __main_block_impl_0
结构体(Block 结构体) 的构造函数,负责初始化 __main_block_impl_0
结构体(Block 结构体) 的成员变量。
__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;
}
关于结构体构造函数中对各个成员变量的赋值,我们需要先来看看 main()
函数中,对该构造函数的调用。
void (*myBlock)(void) = ((void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA));
我们可以把上面的代码稍微转换一下,去掉不同类型之间的转换,使之简洁一点:
struct __main_block_impl_0 temp = __main_block_impl_0(__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA);
struct __main_block_impl_0 *myBlock = &temp;
这样,就容易看懂了。该代码将通过 __main_block_impl_0
构造函数,生成的 __main_block_impl_0
结构体(Block 结构体)类型实例的指针,赋值给 __main_block_impl_0
结构体(Block 结构体)类型的指针变量 myBlock
。
可以看到, 调用 __main_block_impl_0
构造函数的时候,传入了两个参数。
- 第一个参数:
__main_block_func_0
。
- 其实就是 Block 对应的主体部分,可以看到下面关于
__main_block_func_0
结构体的定义 ,和 OC 代码中 ^{ printf("myBlock\n"); };
部分具有相同的表达式。 - 这里参数中的
__cself
是指向 Block 的值的指针变量,相当于 OC 中的 self
。
/* Block 主体部分结构体 */
static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
printf("myBlock\n");
}
- 第二个参数:
__main_block_desc_0_DATA
:__main_block_desc_0_DATA
包含该 Block 的相关信息。
我们再来结合之前的 __main_block_impl_0
结构体定义。
-
__main_block_impl_0
结构体(Block 结构体)可以表述为:
struct __main_block_impl_0 {
void *isa; // 用于保存 Block 结构体的实例指针
int Flags; // 标志位
int Reserved; // 今后版本升级所需的区域大小
void *FuncPtr; // 函数指针
struct __main_block_desc_0* Desc; // Desc:Desc 指针
};
-
__main_block_impl_0
构造函数可以表述为:
impl.isa = &_NSConcreteStackBlock; // isa 保存 Block 结构体实例
impl.Flags = 0; // 标志位赋值
impl.FuncPtr = __main_block_func_0; // FuncPtr 保存 Block 结构体的主体部分
Desc = &__main_block_desc_0_DATA; // Desc 保存 Block 结构体的附加信息
1.4 Block 实质总结
至此,Block 的实质就要真相大白了。
__main_block_impl_0
结构体(Block 结构体)相当于 Objective-C 类对象的结构体,isa
指针保存的是所属类的结构体的实例的指针。_NSConcreteStackBlock
相当于 Block 的结构体实例。对象 impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
语句中,将 Block 结构体的指针赋值给其成员变量 isa
,相当于 Block 结构体的成员变量 保存了 Block 结构体的指针,这里和 Objective-C 中的对象处理方式是一致的。
也就是说明: Block 的实质就是对象。
Block 跟其他所有的 NSObject 一样,都是对象。果不其然,万物皆对象,古人诚不欺我。
2. Block 截获局部变量和特殊区域变量
2.1 Blcok 截获局部变量的实质
回顾一下上篇文章讲解的例子:
// 使用 Blocks 截获局部变量值
- (void)useBlockInterceptLocalVariables {
int a = 10, b = 20;
void (^myLocalBlock)(void) = ^{
printf("a = %d, b = %d\n",a, b);
};
myLocalBlock(); // 输出结果:a = 10, b = 20
a = 20;
b = 30;
myLocalBlock(); // 输出结果:a = 10, b = 20
}
从中可以看到,我们在第一次调用 myLocalBlock();
之后已经重新给变量 a
、变量 b
赋值了,但是第二次调用 myLocalBlock();
的时候,使用的还是之前对应变量的值。
这是因为 Block 语法的表达式使用的是它之前声明的局部变量
a
、变量 b
。Blocks 中,Block 表达式截获所使用的局部变量的值,保存了该变量的瞬时值。所以在第二次执行 Block 表达式时,即使已经改变了局部变量 a
和 b
的值,也不会影响 Block 表达式在执行时所保存的局部变量的瞬时值。
这就是 Blocks 变量截获局部变量值的特性。
可是,为什么 Blocks 变量使用的是局部变量的瞬时值,而不是局部变量的当前值呢?
我们来看一下对应的 C++ 代码:
struct __main_block_impl_0 {
struct __block_impl impl;
struct __main_block_desc_0* Desc;
int a;
int b;
__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;
}
};
static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
int a = __cself->a; // bound by copy
int b = __cself->b; // bound by copy
printf("a = %d, b = %d\n",a, b);
}
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 a = 10, b = 20;
void (*myLocalBlock)(void) = ((void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, a, b));
((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)myLocalBlock)->FuncPtr)((__block_impl *)myLocalBlock);
a = 20;
b = 30;
((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)myLocalBlock)->FuncPtr)((__block_impl *)myLocalBlock);
}
- 可以看到
__main_block_impl_0
结构体(Block 结构体)中多了两个成员变量 a
和 b
,这两个变量就是 Block 截获的局部变量。 a
和 b
的值来自与 __main_block_impl_0
构造函数中传入的值。
struct __main_block_impl_0 {
struct __block_impl impl;
struct __main_block_desc_0* Desc;
int a; // 增加的成员变量 a
int b; // 增加的成员变量 b
__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;
}
};
-
还可以看出 __main_block_func_0
(保存 Block 主体部分的结构体)中,变量 a
、b
的值使用的 __cself
获取的值。
而 __cself->a
、__cself->b
是通过值传递的方式传入进来的,而不是通过指针传递。这也就说明了 a
、b
只是 Block 内部的变量,改变 Block 外部的局部变量值,并不能改变 Block 内部的变量值。
static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
int a = __cself->a; // bound by copy
int b = __cself->b; // bound by copy
printf("a = %d, b = %d\n",a, b);
}
那么来总结一下:
在定义 Block 表达式的时候,局部变量使用『值传递』的方式传入 Block 结构体中,并保存为 Block 的成员变量。
而当外部局部变量发生变化的时候,Block 结构体内部对应的的成员变量的值并没有发生改变,所以无论调用几次,Block 表达式结果都没有发生改变。
如果在 Block 主体部分对外部局部变量进行修改呢?类似下面这样,是不是就可以将截获的外部局部变量修改了?
int a = 10, b = 20;
void (^myLocalBlock)(void) = ^{
a = 20;
b = 30;
printf("a = %d, b = %d\n",a, b);
};
myLocalBlock();
很遗憾,编译直接报错了。
这种方式也走不通。
由此我们暂时可以得出一个结论:
被截获的自动变量的值是无法直接修改的。
可是,凭啥不能改变?如果我们非要改变呢,该咋整?
有一个办法,可以通过 __block
说明符修饰局部变量。
2.2 使用 __block 说明符更改局部变量值
// 使用 __block 说明符修饰,更改局部变量值
- (void)useBlockQualifierChangeLocalVariables {
__block int a = 10, b = 20;
void (^myLocalBlock)(void) = ^{
a = 20;
b = 30;
printf("a = %d, b = %d\n",a, b); // 输出结果:a = 20, b = 30
};
myLocalBlock();
}
从中我们可以发现:通过 __block
修饰的局部变量,可以在 Block 的主体部分中改变值。
我们来转换下源码,分析一下:
struct __Block_byref_a_0 {
void *__isa;
__Block_byref_a_0 *__forwarding;
int __flags;
int __size;
int a;
};
struct __Block_byref_b_1 {
void *__isa;
__Block_byref_b_1 *__forwarding;
int __flags;
int __size;
int b;
};
struct __main_block_impl_0 {
struct __block_impl impl;
struct __main_block_desc_0* Desc;
__Block_byref_a_0 *a; // by ref
__Block_byref_b_1 *b; // by ref
__main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, __Block_byref_a_0 *_a, __Block_byref_b_1 *_b, int flags=0) : a(_a->__forwarding), b(_b->__forwarding) {
impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
impl.Flags = flags;
impl.FuncPtr = fp;
Desc = desc;
}
};
static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
__Block_byref_a_0 *a = __cself->a; // bound by ref
__Block_byref_b_1 *b = __cself->b; // bound by ref
(a->__forwarding->a) = 20;
(b->__forwarding->b) = 30;
printf("a = %d, b = %d\n",(a->__forwarding->a), (b->__forwarding->b));
}
static void __main_block_copy_0(struct __main_block_impl_0*dst, struct __main_block_impl_0*src) {_Block_object_assign((void*)&dst->a, (void*)src->a, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);_Block_object_assign((void*)&dst->b, (void*)src->b, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);}
static void __main_block_dispose_0(struct __main_block_impl_0*src) {_Block_object_dispose((void*)src->a, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);_Block_object_dispose((void*)src->b, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);}
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};
int main() {
__attribute__((__blocks__(byref))) __Block_byref_a_0 a = {(void*)0,(__Block_byref_a_0 *)&a, 0, sizeof(__Block_byref_a_0), 10};
__Block_byref_b_1 b = {(void*)0,(__Block_byref_b_1 *)&b, 0, sizeof(__Block_byref_b_1), 20};
void (*myLocalBlock)(void) = ((void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, (__Block_byref_a_0 *)&a, (__Block_byref_b_1 *)&b, 570425344));
((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)myLocalBlock)->FuncPtr)((__block_impl *)myLocalBlock);
return 0;
}
可以看到,只是加上了一个 __block
,代码量就增加了很多。
我们从 __main_block_impl_0
开始说起:
struct __main_block_impl_0 {
struct __block_impl impl;
struct __main_block_desc_0* Desc;
__Block_byref_a_0 *a; // by ref
__Block_byref_b_1 *b; // by ref
__main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, __Block_byref_a_0 *_a, __Block_byref_b_1 *_b, int flags=0) : a(_a->__forwarding), b(_b->__forwarding) {
impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
impl.Flags = flags;
impl.FuncPtr = fp;
Desc = desc;
}
};
我们在 __main_block_impl_0
结构体中可以看到: 原 OC 代码中,被 __block
修饰的局部变量 __block int a
、__block int b
分别变成了 __Block_byref_a_0
、__Block_byref_b_1
类型的结构体指针 a
、结构体指针 b
。这里使用结构体指针 a
、结构体指针 b
说明 _Block_byref_a_0
、__Block_byref_b_1
类型的结构体并不在 __main_block_impl_0
结构体中,而只是通过指针的形式引用,这是为了可以在多个不同的 Block 中使用 __block
修饰的变量。
__Block_byref_a_0
、__Block_byref_b_1
类型的结构体声明如下:
struct __Block_byref_a_0 {
void *__isa;
__Block_byref_a_0 *__forwarding;
int __flags;
int __size;
int a;
};
struct __Block_byref_b_1 {
void *__isa;
__Block_byref_b_1 *__forwarding;
int __flags;
int __size;
int b;
};
拿第一个 __Block_byref_a_0
结构体定义来说明,__Block_byref_a_0
有 5 个部分:
-
__isa
:标识对象类的 isa
实例变量 -
__forwarding
:传入变量的地址 -
__flags
:标志位 -
__size
:结构体大小 -
a
:存放实变量 a
实际的值,相当于原局部变量的成员变量(和之前不加__block修饰符的时候一致)。
再来看一下 main()
函数中,__block int a
、__block int b
的赋值情况。
顺便把代码整理一下,使之简易一点:
__Block_byref_a_0 a = {
(void*)0,
(__Block_byref_a_0 *)&a,
0,
sizeof(__Block_byref_a_0),
10
};
__Block_byref_b_1 b = {
0,
&b,
0,
sizeof(__Block_byref_b_1),
20
};
还是拿第一个__Block_byref_a_0 a
的赋值来说明。
可以看到 __isa
指针值传空,__forwarding
指向了局部变量 a
本身的地址,__flags
分配了 0,__size
为结构体的大小,a
赋值为 10。下图用来说明 __forwarding
指针的指向情况。
这下,我们知道 __forwarding
其实就是局部变量 a
本身的地址,那么我们就可以通过 __forwarding
指针来访问局部变量,同时也能对其进行修改了。
来看一下 Block 主体部分对应的 __main_block_func_0
结构体来验证一下。
static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
__Block_byref_a_0 *a = __cself->a; // bound by ref
__Block_byref_b_1 *b = __cself->b; // bound by ref
(a->__forwarding->a) = 20;
(b->__forwarding->b) = 30;
printf("a = %d, b = %d\n",(a->__forwarding->a), (b->__forwarding->b));
}
可以看到 (a->__forwarding->a) = 20;
和 (b->__forwarding->b) = 30;
是通过指针取值的方式来改变了局部变量的值。这也就解释了通过 __block
来修饰的变量,在 Block 的主体部分中改变值的原理其实是:通过『指针传递』的方式。
2.3 更改特殊区域变量值
除了通过 __block
说明符修饰的这种方式修改局部变量的值之外,还有一些特殊区域的变量,我们也可以在 Block 的内部将其修改。
这些特殊区域的变量包括:静态局部变量、静态全局变量、全局变量。
我们还是通过 OC 代码和 C++ 源码来说明一下:
- OC 代码:
int global_val = 10; // 全局变量
static int static_global_val = 20; // 静态全局变量
int main() {
static int static_val = 30; // 静态局部变量
void (^myLocalBlock)(void) = ^{
global_val *= 1;
static_global_val *= 2;
static_val *= 3;
printf("static_val = %d, static_global_val = %d, global_val = %d\n",static_val, static_global_val, static_val);
};
myLocalBlock();
return 0;
}
- C++ 代码:
int global_val = 10;
static int static_global_val = 20;
struct __main_block_impl_0 {
struct __block_impl impl;
struct __main_block_desc_0* Desc;
int *static_val;
__main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, int *_static_val, int flags=0) : static_val(_static_val) {
impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
impl.Flags = flags;
impl.FuncPtr = fp;
Desc = desc;
}
};
static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
int *static_val = __cself->static_val; // bound by copy
global_val *= 1;
static_global_val *= 2;
(*static_val) *= 3;
printf("static_val = %d, static_global_val = %d, global_val = %d\n",(*static_val), static_global_val, (*static_val));
}
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() {
static int static_val = 30;
void (*myLocalBlock)(void) = ((void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, &static_val));
((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)myLocalBlock)->FuncPtr)((__block_impl *)myLocalBlock);
return 0;
}
从中可以看到:
在 __main_block_impl_0
结构体中,将静态局部变量 static_val
以指针的形式添加为成员变量,而静态全局变量 static_global_val
、全局变量 global_val
并没有添加为成员变量。
int global_val = 10;
static int static_global_val = 20;
struct __main_block_impl_0 {
struct __block_impl impl;
struct __main_block_desc_0* Desc;
int *static_val;
__main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, int *_static_val, int flags=0) : static_val(_static_val) {
impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
impl.Flags = flags;
impl.FuncPtr = fp;
Desc = desc;
}
};
再来看一下 Block 主体部分对应的 __main_block_func_0
结构体部分。静态全局变量 static_global_val
、全局变量 global_val
是直接访问的,而静态局部变量 static_val
则是通过『指针传递』的方式进行访问和赋值。
static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
int *static_val = __cself->static_val; // bound by copy
global_val *= 1;
static_global_val *= 2;
(*static_val) *= 3;
printf("static_val = %d, static_global_val = %d, global_val = %d\n",(*static_val), static_global_val, (*static_val));
}
3. Block 的存储区域
通过之前对 Block 本质的探索,我们知道了 Block 的本质是 Objective-C 对象。通过上述代码中 impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
,可以知道该 Block 的类名为 NSConcreteStackBlock
,根据名称可以看出,该 Block 是存于栈区中的。而与之相关的,还有 _NSConcreteGlobalBlock
、_NSConcreteMallocBlock
。
3.1 _NSConcreteGlobalBlock
在以下两种情况下使用 Block 的时候,Block 为 NSConcreteGlobalBlock
类对象。
- 记述全局变量的地方,使用 Block 语法时;
- Block 语法的表达式中没有截获的自动变量时。
NSConcreteGlobalBlock
类的 Block 存储在『程序的数据区域』。因为存放在程序的数据区域,所以即使在变量的作用域外,也可以通过指针安全的使用。
- 记述全局变量的地方,使用 Block 语法示例代码:
void (^myGlobalBlock)(void) = ^{
printf("GlobalBlock\n");
};
int main() {
myGlobalBlock();
return 0;
}
通过对应 C++ 源码,我们可以发现:Block 结构体的成员变量 isa
赋值为:impl.isa = &_NSConcreteGlobalBlock;
,说明该 Block 为 NSConcreteGlobalBlock
类对象。
3.2 _NSConcreteStackBlock
除了 3.1 _NSConcreteGlobalBlock 中提到的两种情形,其他情形下创建的 Block 都是 NSConcreteStackBlock
对象,平常接触的 Block 大多属于 NSConcreteStackBlock
对象。
NSConcreteStackBlock
类的 Block 存储在『栈区』的。如果其所属的变量作用域结束,则该 Block 就会被废弃。如果 Block 使用了 __block
变量,则当 __block
变量的作用域结束,则 __block
变量同样被废弃。
3.3 _NSConcreteMallocBlock
为了解决栈区上的 Block 在变量作用域结束被废弃这一问题,Block 提供了 『复制』 功能。可以将 Block 对象和 __block
变量从栈区复制到堆区上。当 Block 从栈区复制到堆区后,即使栈区上的变量作用域结束时,堆区上的 Block 和 __block
变量仍然可以继续存在,也可以继续使用。
此时,『堆区』上的 Block 为 NSConcreteMallocBlock
对象,Block 结构体的成员变量 isa 赋值为:impl.isa = &_NSConcreteMallocBlock;
那么,什么时候才会将 Block 从栈区复制到堆区呢?
这就涉及到了 Block 的自动拷贝和手动拷贝。
3.4 Block 的自动拷贝和手动拷贝
3.4.1 Block 的自动拷贝
在使用 ARC 时,大多数情形下编译器会自动进行判断,自动生成将 Block 从栈上复制到堆上的代码:
- 将 Block 作为函数返回值返回时,会自动拷贝;
- 向方法或函数的参数中传递 Block 时,使用以下两种方法的情况下,会进行自动拷贝,否则就需要手动拷贝:
- Cocoa 框架的方法且方法名中含有
usingBlock
等时; -
Grand Central Dispatch(GCD)
的 API。
3.4.2 Block 的手动拷贝
我们可以通过『copy 实例方法(即 alloc / new / copy / mutableCopy
)』来对 Block 进行手动拷贝。当我们不确定 Block 是否会被遗弃,需不需要拷贝的时候,直接使用 copy 实例方法即可,不会引起任何的问题。
关于 Block 不同类的拷贝效果总结如下:
Block 类 | 存储区域 | 拷贝效果 |
_NSConcreteStackBlock | 栈区 | 从栈拷贝到堆 |
_NSConcreteGlobalBlock | 程序的数据区域 | 不做改变 |
_NSConcreteMallocBlock | 堆区 | 引用计数增加 |
3.5 __block 变量的拷贝
在使用 __block
变量的 Block 从栈复制到堆上时,__block
变量也会受到如下影响:
__block 变量的配置存储区域 | Block 从栈复制到堆时的影响 |
堆区 | 从栈复制到堆,并被 Block 所持有 |
栈区 | 被 Block 所持有 |
当然,如果不再有 Block 引用该 __block
变量,那么 __block
变量也会被废除。
4. Block 的循环引用
从上文 2. Block 截获局部变量和特殊区域变量 中我们知道 Block 会对引用的局部变量进行持有。同样,如果 Block 也会对引用的对象进行持有(引用计数 + 1),从而会导致相互持有,引起循环引用。
/* —————— retainCycleBlcok.m —————— */
#import <Foundation/Foundation.h>
#import "Person.h"
int main() {
Person *person = [[Person alloc] init];
person.blk = ^{
NSLog(@"%@",person);
};
return 0;
}
/* —————— Person.h —————— */
#import <Foundation/Foundation.h>
typedef void(^myBlock)(void);
@interface Person : NSObject
@property (nonatomic, copy) myBlock blk;
@end
/* —————— Person.m —————— */
#import "Person.h"
@implementation Person
@end
我们将 retainCycleBlcok.m 转换为 C++ 代码来看一下:
节选部分 C++ 代码:
struct __main_block_impl_0 {
struct __block_impl impl;
struct __main_block_desc_0* Desc;
Person *person;
__main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, Person *_person, int flags=0) : person(_person) {
impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
impl.Flags = flags;
impl.FuncPtr = fp;
Desc = desc;
}
};
static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
Person *person = __cself->person; // bound by copy
NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_ct_0dyw1pvj6k16t5z8t0j0_ghw0000gn_T_retainCycleBlcok_8957e0_mi_0,person);
}
可以看到 __main_block_impl_0
结构体中增加了成员变量 person
,同时 __main_block_func_0
结构体中也使用了 __cself->person
。
这样就导致了:person
持有成员变量 myBlock blk
,而 blk
也同时持有成员变量 person
,就造成了循环引用问题。
那么,如何来解决这个问题呢?
4.1 ARC 下,通过 __weak 修饰符来消除循环引用
在 ARC 下,可声明附有 __weak
修饰符的变量,并将对象赋值使用。
int main() {
Person *person = [[Person alloc] init];
__weak typeof(person) weakPerson = person;
person.blk = ^{
NSLog(@"%@",weakPerson);
};
return 0;
}
这样就可以解决循环引用的问题。我们再来转换为 C++ 代码来看看。
这里需要改下转换 C++ 指令,因为使用原指令会报错:error: cannot create __weak reference because the current deployment target does not support weak references
这里需要使用
clang -rewrite-objc -fobjc-arc -stdlib=libc++ -mmacosx-version-min=10.7 -fobjc-runtime=macosx-10.7 -Wno-deprecated-declarations retainCycleBlcok.m
命令来转换。
使用 __weak
修饰后的 Block 示例代码中,节选的部分 C++ 代码:
struct __main_block_impl_0 {
struct __block_impl impl;
struct __main_block_desc_0* Desc;
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;
}
};
static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
Person *__weak weakPerson = __cself->weakPerson; // bound by copy
NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_ct_0dyw1pvj6k16t5z8t0j0_ghw0000gn_T_retainCycleBlcok_447367_mi_0,weakPerson);
}
可以看到,__main_block_impl_0
使用过了 __weak
对成员变量 person
进行弱引用。
这样,person
持有成员变量 myBlock blk
,而 blk
对 person
进行弱引用,从而就消除了循环引用。
4.2 MRC 下,通过 __block 修饰符来消除循环引用
MRC 下,是不支持 __weak
修饰符的。我们可以通过 __block
来消除循环引用。
int main() {
Person *person = [[Person alloc] init];
__block typeof(person) blockPerson = person;
person.blk = ^{
NSLog(@"%@", blockPerson);
};
return 0;
}
使用
clang -rewrite-objc -fno-objc-arc -stdlib=libc++ -mmacosx-version-min=10.7 -fobjc-runtime=macosx-10.7 -Wno-deprecated-declarations retainCycleBlcok.m
命令来转换为 C++ 代码。
使用 __block
修饰后的 Block 示例代码中,节选的部分 C++ 代码:
struct __main_block_impl_0 {
struct __block_impl impl;
struct __main_block_desc_0* Desc;
__Block_byref_blockPerson_0 *blockPerson; // by ref
__main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, __Block_byref_blockPerson_0 *_blockPerson, int flags=0) : blockPerson(_blockPerson->__forwarding) {
impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
impl.Flags = flags;
impl.FuncPtr = fp;
Desc = desc;
}
};
static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
__Block_byref_blockPerson_0 *blockPerson = __cself->blockPerson; // bound by ref
NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_ct_0dyw1pvj6k16t5z8t0j0_ghw0000gn_T_retainCycleBlcok_536cd4_mi_0,(blockPerson->__forwarding->blockPerson));
}
可以看到,通过 __block
引用的 blockPerson
,生成了 __Block_byref_blockPerson_0
结构体指针。这里通过指针的方式来访问 person
,而没有对 person
进行强引用,所以不会造成循环引用。
参考资料
- 书籍:『Objective-C 高级编程 iOS 与OS X 多线程和内存管理』
至此,Blocks 相关内容已经全部总结完毕,前前后后大概花费了差不多三周的时间。原本只是想简单写一下 Blocks 的基本应用,写着写着就去翻了下 『Objective-C 高级编程 iOS 与OS X 多线程和内存管理 』中关于 Block 的篇章。也借鉴了大佬关于这本书中对于 Blocks 的理解。然后就有了这篇关于 Blocks 的底层原理部分。
希望大家能够喜欢。
- 本文作者: 行走少年郎