在 《iOS面試題集錦（附答案）》 中有這樣一道題目：
在block內(nèi)如何修改block外部變量铅匹？（38題）答案如下：
38. 在block內(nèi)如何修改block外部變量舟陆？
注：本題代碼請(qǐng)?jiān)趥}(cāng)庫(kù)中查看以 Demo38 開(kāi)頭的工程（公眾號(hào)請(qǐng)點(diǎn)擊原文查看 GitHub 倉(cāng)庫(kù)）
先描述下問(wèn)題：
默認(rèn)情況下篮愉，在block中訪問(wèn)的外部變量是復(fù)制過(guò)去的诊沪，即：寫(xiě)操作不對(duì)原變量生效。但是你可以加上 __block 來(lái)讓其寫(xiě)操作生效砌函，示例代碼如下:
__block int a = 0;
void (^foo)(void) = ^{
a = 1;
};
foo();
//這里斩披，a的值被修改為1
這是網(wǎng)上常見(jiàn)的描述溜族。你同樣可以在面試中這樣回答，但你并沒(méi)有答到“點(diǎn)子上”垦沉。真正的原因煌抒，并沒(méi)有這么“神奇”，而且這種說(shuō)法也有點(diǎn)牽強(qiáng)厕倍。面試官肯定會(huì)追問(wèn)“為什么寫(xiě)操作就生效了寡壮？” 實(shí)際上需要有幾個(gè)必要條件：
- "將 auto 從棧 copy 到堆"
- “將 auto 變量封裝為結(jié)構(gòu)體(對(duì)象)”
我會(huì)將本問(wèn)題分下面幾個(gè)部分，分別作答：
- 該問(wèn)題研究的是哪種
block類(lèi)型? - 在
block內(nèi)為什么不能修改block外部變量 - 最優(yōu)解及原理解析
- 其他幾種解法
- 改外部變量必要條件之"將 auto 從棧 copy 到堆"
- 改外部變量必要條件之“將 auto 變量封裝為結(jié)構(gòu)體(對(duì)象)”
該問(wèn)題研究的是哪種 block 類(lèi)型?
今天我們討論是 __NSMallocBlock__ (或者叫 _NSConcreteMallocBlock讹弯，兩者是叫法不同诬像，指的是同一個(gè)東西)。
| Block 類(lèi)型 | 環(huán)境 |
|---|---|
__NSGlobalBlock__ |
沒(méi)有訪問(wèn) auto 變量 |
__NSStackBlock__ |
訪問(wèn)了 auto 變量 |
__NSMallocBlock__ |
__NSStackBlock__ 調(diào)用了 copy |
每一種類(lèi)型的 block 調(diào)用 copy 后的結(jié)果如下所示
| Block 的類(lèi) | 副本源的配置存儲(chǔ)域 | 復(fù)制效果 |
|---|---|---|
_NSConcreteGlobalBlock |
程序的數(shù)據(jù)區(qū)域 | 什么也不做 |
_NSConcreteStackBlock |
棧 | 從棧復(fù)制到堆 |
_NSConcreteMallocBlock |
堆 | 引用計(jì)數(shù)增加 |
在 ARC 環(huán)境下闸婴，編譯器會(huì)根據(jù)情況自動(dòng)將棧上的 block 復(fù)制到堆上，比如以下情況：
- block 作為函數(shù)返回值時(shí)
- 將 block 賦值給 __strong 指針時(shí)
- block 作為 Cocoa API 中方法名含有 using Block 的方法參數(shù)時(shí)
- Block 作為 GCD APIE 的方法參數(shù)時(shí)
更多細(xì)節(jié)可以查看：
在 block 內(nèi)為什么不能修改 block 外部變量
為了保證 block 內(nèi)部能夠正常訪問(wèn)外部的變量芍躏，block 有一個(gè)變量捕獲機(jī)制邪乍。
首先分析一下為什么不能修改：
Block不允許修改外部變量的值。Apple這樣設(shè)計(jì)对竣，應(yīng)該是考慮到了block的特殊性庇楞，block 本質(zhì)上是一個(gè)對(duì)象，block 的花括號(hào)區(qū)域是對(duì)象內(nèi)部的一個(gè)函數(shù)否纬，變量進(jìn)入 花括號(hào)吕晌，實(shí)際就是已經(jīng)進(jìn)入了另一個(gè)函數(shù)區(qū)域---改變了作用域。在幾個(gè)作用域之間進(jìn)行切換時(shí)临燃，如果不加上這樣的限制睛驳，變量的可維護(hù)性將大大降低。又比如我想在block內(nèi)聲明了一個(gè)與外部同名的變量膜廊，此時(shí)是允許呢還是不允許呢乏沸？只有加上了這樣的限制，這樣的情景才能實(shí)現(xiàn)爪瓜。
所以 Apple 在編譯器層面做了限制蹬跃，如果在 block 內(nèi)部試圖修改 auto 變量（無(wú)修飾符），那么直接編譯報(bào)錯(cuò)铆铆。
你可以把編譯器的這種行為理解為：對(duì) block 內(nèi)部捕獲到的 auto 變量設(shè)置為只讀屬性---不允許直接修改蝶缀。
從代碼層面進(jìn)行證明：
寫(xiě)一段 block 代碼：
//
// main.m
// Demo_38_block_edit_var
//
// Created by chenyilong on 2020/6/3.
// Copyright ? 2020 ChenYilong. All rights reserved.
//
#import <UIKit/UIKit.h>
#import "AppDelegate.h"
typedef void (^CYLBlock)(void);
int main(int argc, char * argv[]) {
NSString * appDelegateClassName;
@autoreleasepool {
appDelegateClassName = NSStringFromClass([AppDelegate class]);
int age = 10;
CYLBlock block = ^{
NSLog(@"age is %@", @(age));
};
block();
}
return UIApplicationMain(argc, argv, nil, appDelegateClassName);
}
使用如下命令來(lái)查看對(duì)應(yīng)的 C++ 代碼：
xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m
代碼如下所示：
typedef void (*CYLBlock)(void);
struct __main_block_impl_0 {
struct __block_impl impl;
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;
}
};
static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
int age = __cself->age; // bound by copy
NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_2w_wgnctp1932z76770l8lrrrbm0000gn_T_main_0d7ffa_mi_0, ((NSNumber *(*)(Class, SEL, int))(void *)objc_msgSend)(objc_getClass("NSNumber"), sel_registerName("numberWithInt:"), (int)(age)));
}
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, char * argv[]) {
NSString * appDelegateClassName;
/* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool;
appDelegateClassName = NSStringFromClass(((Class (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("AppDelegate"), sel_registerName("class")));
int age = 10;
CYLBlock block = ((void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, age));
((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)block)->FuncPtr)((__block_impl *)block);
}
return UIApplicationMain(argc, argv, __null, appDelegateClassName);
}
static struct IMAGE_INFO { unsigned version; unsigned flag; } _OBJC_IMAGE_INFO = { 0, 2 };
最優(yōu)解及原理解析
說(shuō)最優(yōu)解前，先來(lái)說(shuō)一下
其他幾種解法
- 加 static (放在靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)/全局初始化區(qū) ) 缺點(diǎn)是會(huì)永久存儲(chǔ)薄货，內(nèi)存開(kāi)銷(xiāo)大翁都。
- 將變量設(shè)置為全局變量，缺點(diǎn)也是內(nèi)存開(kāi)銷(xiāo)大菲驴。
將變量設(shè)置為全局變量
原理是 block 內(nèi)外可直接訪問(wèn)全局變量
加 static (放在靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)/全局初始化區(qū))
原理是 block 內(nèi)部對(duì)外部auto變量進(jìn)行指針捕獲
下面介紹下最優(yōu)解
- 使用
__block關(guān)鍵字
改外部變量必要條件之"將 auto 從棧 copy 到堆"
之所以要放堆里荐吵，原因是棧中內(nèi)存管理是由系統(tǒng)管理，出了作用域就會(huì)被回收， 堆中才是可以由我們程序員管理先煎。
這里先說(shuō)結(jié)論：
在 ARC 中無(wú)論是否添加
__block贼涩，block 中的 auto 變量都會(huì)被從棧上 copy 到堆上。
下面證明下該結(jié)論：
先認(rèn)識(shí)一下 __block 修飾符：
-
__block可以用于解決 block 內(nèi)部無(wú)法修改 auto 變量值的問(wèn)題 -
__block不能修飾全局變量薯蝎、靜態(tài)遥倦、變量（static)
編譯器會(huì)將 __block 變量包裝成一個(gè)對(duì)象
//
// main.m
// Demo_38_block_edit_var
//
// Created by chenyilong on 2020/6/3.
// Copyright ? 2020 ChenYilong. All rights reserved.
//
#import <UIKit/UIKit.h>
#import "AppDelegate.h"
typedef void (^CYLBlock)(void);
int main(int argc, char * argv[]) {
NSString * appDelegateClassName;
@autoreleasepool {
appDelegateClassName = NSStringFromClass([AppDelegate class]);
__block int age = 10;//__block 可替換為 __block auto (auto 可省略)
CYLBlock block = ^{
age = 20;
NSLog(@"age is %@", @(age));
};
block();
}
return UIApplicationMain(argc, argv, nil, appDelegateClassName);
}
下面用代碼證明下外部變量被 copy 到堆上：
我們可以打印下內(nèi)存地址來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證：
__block int a = 0;
NSLog(@"定義前：%p", &a); //棧區(qū)
void (^foo)(void) = ^{
a = 1;
NSLog(@"block內(nèi)部：%p", &a); //堆區(qū)
};
NSLog(@"定義后：%p", &a); //堆區(qū)
foo();
2016-05-17 02:03:33.559 LeanCloudChatKit-iOS[1505:713679] 定義前：0x16fda86f8
2016-05-17 02:03:33.559 LeanCloudChatKit-iOS[1505:713679] 定義后：0x155b22fc8
2016-05-17 02:03:33.559 LeanCloudChatKit-iOS[1505:713679] block內(nèi)部： 0x155b22fc8
“定義后”和“block內(nèi)部”兩者的內(nèi)存地址是一樣的，我們都知道 block 內(nèi)部的變量會(huì)被 copy 到堆區(qū)占锯，“block內(nèi)部”打印的是堆地址袒哥，因而也就可以知道，“定義后”打印的也是堆的地址消略。
那么如何證明“block內(nèi)部”打印的是堆地址堡称？
把三個(gè)16進(jìn)制的內(nèi)存地址轉(zhuǎn)成10進(jìn)制就是：
- 定義后前：6171559672
- block內(nèi)部：5732708296
- 定義后：5732708296
中間相差438851376個(gè)字節(jié)，也就是 418.5M 的空間艺演，因?yàn)槎训刂芬∮跅５刂啡唇簦忠驗(yàn)?iOS 中主線程的棧區(qū)內(nèi)存只有1M，Mac也只有8M胎撤，既然 iOS 中一條線程最大的椣猓空間是1M，顯然a已經(jīng)是在堆區(qū)了伤提。
這也證實(shí)了：a 在定義前是棧區(qū)巫俺，但只要進(jìn)入了 block 區(qū)域，就變成了堆區(qū)肿男。
從代碼角度講：
__block int a = 0; // 【a 會(huì)被編譯成一個(gè)結(jié)構(gòu)體介汹，a struct 里會(huì)有一個(gè) a 存儲(chǔ) 0】
NSLog(@"定義前：%p", &a); //棧區(qū)
void (^foo)(void) = ^{
a = 1;
NSLog(@"block內(nèi)部：%p", &a); //堆區(qū)
};
這里會(huì)執(zhí)行 copy 操作，下面是編譯后的 copy 方法舶沛，a struct 會(huì)被拷貝到堆里痴昧，自然里面的 a struct->a 也會(huì)拷貝到堆里
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*/);}
同理可證：
在 ARC 中無(wú)論是否添加
__block，block 中的 auto 變量都會(huì)被從棧上 copy 到堆上冠王。
證明代碼如下：
__block int a = 0;
int b = 1;
NSLog(@"定義前外部：a：%p", &a); //棧區(qū)
NSLog(@"定義前外部：b：%p", &b); //棧區(qū)
void (^foo)(void) = ^{
a = 1;
NSLog(@"block內(nèi)部：a：%p", &a); //堆區(qū)
NSLog(@"block內(nèi)部：b：%p", &b); //堆區(qū)
};
NSLog(@"定義后外部：a：%p", &a); //堆區(qū)
NSLog(@"定義后外部：b：%p", &b); //棧區(qū)
foo();
打印是：
2020-06-08 12:59:43.633180+0800 Demo_38_block_edit_var[35375:7813379] 定義前外部：a：0x7ffee3d81078
2020-06-08 12:59:43.633328+0800 Demo_38_block_edit_var[35375:7813379] 定義前外部：b：0x7ffee3d8105c
2020-06-08 12:59:43.633535+0800 Demo_38_block_edit_var[35375:7813379] 定義后外部：a：0x600003683578
2020-06-08 12:59:43.633640+0800 Demo_38_block_edit_var[35375:7813379] 定義后外部：b：0x7ffee3d8105c
2020-06-08 12:59:43.633754+0800 Demo_38_block_edit_var[35375:7813379] block內(nèi)部：a：0x600003683578
2020-06-08 12:59:43.633859+0800 Demo_38_block_edit_var[35375:7813379] block內(nèi)部：b：0x6000038ff628
__block 關(guān)鍵字修飾后赶撰，int類(lèi)型也從4字節(jié)變成了32字節(jié)，這是 Foundation 框架 malloc 出來(lái)的柱彻。這也同樣能證實(shí)上面的結(jié)論豪娜。（PS：居然比 NSObject alloc 出來(lái)的 16 字節(jié)要多一倍）。
改外部變量必要條件之“將 auto 變量封裝為結(jié)構(gòu)體(對(duì)象)”
正如上文提到的：
我們都知道：Block不允許修改外部變量的值哟楷，這里所說(shuō)的外部變量的值瘤载，指的是棧中 auto 變量。
__block作用是將 auto 變量封裝為結(jié)構(gòu)體(對(duì)象)卖擅，在結(jié)構(gòu)體內(nèi)部新建一個(gè)同名 auto 變量鸣奔，block 內(nèi)截獲該結(jié)構(gòu)體的指針墨技，在 block 中使用自動(dòng)變量時(shí)，使用指針指向的結(jié)構(gòu)體中的自動(dòng)變量挎狸。于是就可以達(dá)到修改外部變量的作用扣汪。
如果把編譯器的“不允許修改外部”這種行為理解為：對(duì) block 內(nèi)部捕獲到的 auto 變量設(shè)置為只讀屬性---不允許直接修改。
那么 __block 的作用就是創(chuàng)建了一個(gè)函數(shù)锨匆，允許你通過(guò)這個(gè)函數(shù)修改“對(duì)外只讀”的屬性崭别。
屬性對(duì)外只讀，但是對(duì)外提供專(zhuān)門(mén)的修改值的方法恐锣，在開(kāi)發(fā)中這種做法非常常見(jiàn)茅主。
自動(dòng)變量生成的結(jié)構(gòu)體：
struct __Block_byref_c_0 {
void *__isa;
__Block_byref_c_0 *__forwarding;
int __flags;
int __size;
//自動(dòng)變量
int c;
};
block:
struct __main_block_impl_0 {
struct __block_impl impl;
struct __main_block_desc_0* Desc;
//截獲的結(jié)構(gòu)體指針
__Block_byref_c_0 *c; // by ref
__main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, __Block_byref_c_0 *_c, int flags=0) : c(_c->__forwarding) {
impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
impl.Flags = flags;
impl.FuncPtr = fp;
Desc = desc;
}
};
block中使用自動(dòng)變量：
static int __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself, int a) {
//指針
__Block_byref_c_0 *c = __cself->c; // bound by ref
(c->__forwarding->c) = 11;
a = a + (c->__forwarding->c);
return a;
}
理解到這是因?yàn)樘砑恿诵薷闹蛔x屬性的方法，而非所謂的“寫(xiě)操作生效”土榴，這一點(diǎn)至關(guān)重要诀姚，要不然你如何解釋下面這個(gè)現(xiàn)象：
以下代碼編譯可以通過(guò)，并且在 block 中成功將 a 的從 Tom 修改為 Jerry玷禽。
NSMutableString *a = [NSMutableString stringWithString:@"Tom"];
void (^foo)(void) = ^{
a.string = @"Jerry";
//a = [NSMutableString stringWithString:@"William"]; //編譯報(bào)錯(cuò)
};
foo();
同理如下操作也是允許的：
//
// main.m
// Demo_38_block_edit_var
//
// Created by chenyilong on 2020/6/3.
// Copyright ? 2020 ChenYilong. All rights reserved.
//
#import <UIKit/UIKit.h>
#import "AppDelegate.h"
typedef void (^CYLBlock)(void);
int main(int argc, char * argv[]) {
NSString * appDelegateClassName;
@autoreleasepool {
appDelegateClassName = NSStringFromClass([AppDelegate class]);
NSMutableArray *array = [[NSMutableArray array] init];
CYLBlock block = ^{
[array addobject: 0"123"];
array = nil; //編譯報(bào)錯(cuò)
};
block();
}
return UIApplicationMain(argc, argv, nil, appDelegateClassName);
}
以上都是在使用變量而非修改變量学搜，所以不會(huì)編譯報(bào)錯(cuò)。
