時代背景

受到培訓(xùn)碱屁、疫情、大廠裁員的多重打擊蛾找，IT行業(yè)現(xiàn)在極度內(nèi)卷娩脾，而 IT行業(yè)里iOS是當(dāng)之無愧的卷王之王。
沒啥好說的打毛，其他行業(yè)與iOS都不在一個維度里面柿赊，根本不與辯駁。

不適應(yīng)行業(yè)幻枉，就要重新選擇行業(yè)碰声。我選擇適應(yīng)行業(yè)。

為什么要研究

之所以選擇block進行研究熬甫，道理很簡單：之前對block沒有深入研究過奥邮。
因為block用起來很簡單，除了要考慮：

• 1. 變量前加__block可以在block內(nèi)部改變值
• 2. weak-strong搭配解決引用循環(huán)

之外罗珍，根本不用思考就可以輕松使用洽腺，而OC也是為了方便我們使用才設(shè)計出block。
初衷不是讓每個開發(fā)者都要「搞明白怎么實現(xiàn)block覆旱，才可以使用block蘸朋！」，只是很多人被迫營業(yè)了扣唱。
比如現(xiàn)在藕坯，大家都知道了而我們不知道，顯得逼格很低噪沙，所以非常需要多深入了解一點炼彪。

進行底層研究之前，關(guān)于clang查看cpp源碼文件正歼，可以看下： iOS 使用Clang命令失敗的解決

哪些方面值得研究

暫時總結(jié)出這幾點：

1. block本質(zhì)是什么辐马，怎么實現(xiàn)？ 能手寫做一下實現(xiàn)過程嗎
2. block有哪些類型局义，什么情況下會改變喜爷？
3. block捕獲變量有哪幾種方式冗疮，__block對變量會做什么操作？
4. block循環(huán)引用是常見的有哪些檩帐，怎么產(chǎn)生的术幔，怎么解決？

接下來的內(nèi)容是我查閱資料后湃密，加上了一些個人理解诅挑，簡明扼要的說出重點供各位同學(xué)參考。

1.「Block」的本質(zhì)與實現(xiàn)

從表層OC使用來說泛源，block本質(zhì)是個對象(Object)拔妥，擁有isa指針，可以當(dāng)作數(shù)據(jù)進行傳遞（例如放入NSDictionary中）俩由。
從底層C++實現(xiàn)來說毒嫡，block本質(zhì)是個結(jié)構(gòu)體(Struct)癌蚁，并且由多個不同作用的結(jié)構(gòu)體和函數(shù)構(gòu)成幻梯。

接下來，看一下函數(shù)內(nèi)創(chuàng)建的簡單block努释，執(zhí)行clang編譯前后的源碼對比：

OC

int main() {    // 對應(yīng)找下面的main函數(shù)
    @autoreleasepool {
        void (^IIIIIIII)(void) = ^{ // block名稱是IIIIIIII
            123456789; // 方便找clang后所在位置碘梢，如果是字符串會變成亂碼
        };
    }
    return 0;
}

C++

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

static struct __main_block_desc_0 { // block描述信息
  size_t reserved;
  size_t Block_size;
} __main_block_desc_0_DATA = { 0, sizeof(struct __main_block_impl_0)};

struct __main_block_impl_0 { // block結(jié)構(gòu)體創(chuàng)建
  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) { // 初始化方法
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};

static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) { // 執(zhí)行方法
    123456789;
}

int main() {   // 對應(yīng)上面的main函數(shù)
    /* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool; 
        void (*IIIIIIII)(void) = ((void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, 
                                                                    &__main_block_desc_0_DATA));
    }
    return 0;
}

思考：創(chuàng)建block結(jié)構(gòu)體的名稱「__main_block_impl_0」里的main，是不是與block所在的main函數(shù)關(guān)系呢伐蒂？
我們能夠發(fā)現(xiàn)名稱其實是「__xxx_block_impl_n」這樣的結(jié)構(gòu)煞躬，通過實踐得出：

1. 如果是block在方法內(nèi)創(chuàng)建，則xxx為所在方法名逸邦，否則xxx為block自身名稱恩沛。
2. 最后的數(shù)字n，在函數(shù)作用域內(nèi)有n個block時缕减，是這些block的自增id雷客，而函數(shù)外則一直為0。

可以看出C++的代碼風(fēng)格桥狡，讓做iOS開發(fā)的非常不適應(yīng)：長長短短下劃線搅裙，分不清究竟是干啥的。
原因在于C的命名風(fēng)格是下劃線命名法裹芝，不是駝峰命名法的部逮，我們把這個方法名轉(zhuǎn)換一下試試看：

O-C++

上面代碼中相同顏色的方框，對應(yīng)的是相同的結(jié)構(gòu)名嫂易。按照顏色兄朋，推薦的理解順序是紅綠藍白。
轉(zhuǎn)變以后怜械，看起來是不是沒有那么陌生了呢蜈漓？其中的細節(jié)穆桂，我已經(jīng)在上面的代碼中逐行加了注釋。

我們能夠看出block的結(jié)構(gòu)中融虽，最得我們關(guān)注的四個結(jié)構(gòu)：

• block對象 BlockObject ? __block_impl
• block創(chuàng)建 CreateBlock ? __main_block_impl_0
• block執(zhí)行 BlockAction ? __main_block_func_0
• block信息 BlockDesc ? __main_block_desc_0

合起來就是：對象-創(chuàng)建-執(zhí)行-信息享完。
其中，在block捕獲外部變量時有额，BlockDesc中會提供拷貝方法copy以及釋放方法dispose般又，后面再詳細說這里。

2.「Block」的類型

網(wǎng)上很多文章中提到的是這三種類型：

• _NSConcreteGlobalBlock「全局block」
• _NSConcreteStackBlock「棧block」
• _NSConcreteMallocBlock「堆block」

或者另外三種類型：

• __NSGlobalBlock __ 「全局block」
• __NSStackBlock __ 「棧block」
• __NSMallocBlock __ 「堆block」

但是我認為巍佑，拋開程序運行過程不提茴迁，單說這兩大類名稱都是不準(zhǔn)確的。
我們從OC打印和C++源碼中萤衰，可以看到：

O-Block：
打印__NSGlobalBlock堕义，源碼是_NSConcreteGlobalBlock
I-Block：
打印__NSGlobalBlock，源碼卻是_NSConcreteStackBlock

同一個block卻出現(xiàn)類型不同的情況脆栋，原因在于打印是運行時倦卖，源碼是編譯期。
所以椿争，我們應(yīng)該通過程序運行的不同時期進行區(qū)分怕膛，而不應(yīng)將兩類名稱進行混用。

編譯期名稱

1. 函數(shù)外初始化的block均為_NSConcreteGlobalBlock
2. 函數(shù)內(nèi)初始化的block均為_NSConcreteStackBlock
3. 我們無法主動初始化_NSConcreteMallocBlock類型的block

運行時名稱

1. _NSConcreteGlobalBlock在任何情況下秦踪，都會生成__NSGlobalBlock
2. _NSConcreteStackBlock在沒有引入外部變量₁的情況下褐捻，會轉(zhuǎn)為__NSGlobalBlock，在ARC下其他情況₂都會自動拷貝到堆椅邓，轉(zhuǎn)為__NSMallocBlock

_{注釋：
1.引入外部變量：是指使用了外部變量柠逞，不論是用于打印還是作為參數(shù)。
2.其他情況：ARC下block任意使用場景都是堆狀態(tài)景馁，不必深究出現(xiàn)的樣式多少種板壮，底層來說只能算作是同一種情況。}

至于為什么編譯的_NSConcreteStackBlock裁僧，運行時如何變?yōu)開_NSGlobalBlock个束，猜測可能是系統(tǒng)在運行時創(chuàng)建block過程中進行了判斷處理。

3.「Block」的變量捕獲

3.1 Block的變量捕獲有哪些方式聊疲？

研究什么是變量捕獲之前茬底，先列出我們常見的多種變量類型：全局變量、靜態(tài)變量获洲、普通數(shù)值變量阱表、OC對象以及帶上__block修飾的變量，在block的代碼塊中打印一下，看看結(jié)果：

#import <Foundation/Foundation.h>
#import <malloc/malloc.h>

int ivar_global_int = 11111;
char * ivar_global_char = "1";

int main() {
    @autoreleasepool {
        static int ivar_static_int = 2;
        int ivar_int = 3;
        NSArray * ivar_array = @[@"1"];
        NSMutableArray * ivar_marray = [[NSMutableArray alloc] init];
        NSObject * ivar_object = [[NSObject alloc] init];

        __block int ivar_int_block = 4;
        __block NSArray * ivar_array_block = @[@"2"];
        __block NSMutableArray * ivar_marray_block = [[NSMutableArray alloc] init];
        __block NSObject * ivar_object_block = [[NSObject alloc] init];
       
        void (^IIIIIIIII)(void) = ^{
            ivar_global_int = 0;
            NSLog(@"ivar_global_int:   %d %p", ivar_global_int, &ivar_global_int);
            NSLog(@"ivar_global_char:  %s %p", ivar_global_char, &ivar_global_char);
            NSLog(@"ivar_static_int:   %d %p", ivar_static_int, &ivar_static_int);
            NSLog(@"ivar_int:          %d %p", ivar_int, &ivar_int);
            NSLog(@"ivar_int_block:    %d %p", ivar_int_block, &ivar_int_block);
            NSLog(@"ivar_array:        _ %p", &ivar_array);
            NSLog(@"ivar_array_block:  _ %p", ivar_array_block);
            NSLog(@"ivar_marray:       _ %p", ivar_marray);
            NSLog(@"ivar_marray_block: _ %p", ivar_marray_block);
            NSLog(@"ivar_object:       _ %p", ivar_object);
            NSLog(@"ivar_object_block: _ %p", ivar_object_block);
        };
        IIIIIIIII();
    }
    return 0;
}

2022-05-06 17:16:48.131846+0800 BlockClangTest[20824:284328] ivar_global_int:   0 0x100008010
2022-05-06 17:16:48.132069+0800 BlockClangTest[20824:284328] ivar_global_char:  1 0x100008018
2022-05-06 17:16:48.132090+0800 BlockClangTest[20824:284328] ivar_static_int:   2 0x100008020
2022-05-06 17:16:48.132103+0800 BlockClangTest[20824:284328] ivar_int:          3 0x10072c7a8
2022-05-06 17:16:48.132113+0800 BlockClangTest[20824:284328] ivar_int_block:    4 0x10072c7c8
2022-05-06 17:16:48.132123+0800 BlockClangTest[20824:284328] ivar_array:        _ 0x10072c770
2022-05-06 17:16:48.132133+0800 BlockClangTest[20824:284328] ivar_array_block:  _ 0x100008050
2022-05-06 17:16:48.132200+0800 BlockClangTest[20824:284328] ivar_marray:       _ 0x10072c6d0
2022-05-06 17:16:48.132269+0800 BlockClangTest[20824:284328] ivar_marray_block: _ 0x10072c720
2022-05-06 17:16:48.132289+0800 BlockClangTest[20824:284328] ivar_object:       _ 0x1007291b0
2022-05-06 17:16:48.132305+0800 BlockClangTest[20824:284328] ivar_object_block: _ 0x1007288b0
Program ended with exit code: 0

思考：OC的內(nèi)存對齊最爬？
從打印的前三行涉馁，我們能夠看出基本數(shù)值類型的內(nèi)存對齊是 8 字節(jié)：
0x100008018 - 0x100008010 = 8
0x100008020 - 0x100008018 = 8 (提示：十六進制下8需要加8才可以進位變成10)
而OC對象的內(nèi)存對齊是 16 字節(jié)，上圖中看不出這個結(jié)論爱致。
不過我們可以實例化一個NSObject對象object烤送，通過打印 sizeof(object) 結(jié)果為 8 以及 malloc_size((__bridge const void *)object) 結(jié)果為 16 間接得出。

進行clang編譯后糠悯，變量相關(guān)的代碼量非常多帮坚，從中找出最關(guān)鍵的block創(chuàng)建結(jié)構(gòu)體指針的源碼，修改了一下對齊格式便于閱讀互艾，如下：

        // 生成block結(jié)構(gòu)體指針
        void (*IIIIIIIII)(void) = ((void (*)())&__main_block_impl_0
                                   ((void *)__main_block_func_0,
                                    &__main_block_desc_0_DATA,
                                    &ivar_static_int,
                                    ivar_int,
                                    ivar_array,
                                    ivar_marray,
                                    ivar_object,
                                    (__Block_byref_ivar_int_block_0 *)&ivar_int_block,
                                    (__Block_byref_ivar_array_block_1 *)&ivar_array_block,
                                    (__Block_byref_ivar_marray_block_2 *)&ivar_marray_block,
                                    (__Block_byref_ivar_object_block_3 *)&ivar_object_block,
                                    570425344));
        // 調(diào)用block方法 代碼就是： IIIIIIIII()
        ((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)IIIIIIIII)->FuncPtr)((__block_impl *)IIIIIIIII);

從這段源碼中能夠看出试和， 所謂block捕獲變量，不過是將這些變量作為參數(shù)傳遞到結(jié)構(gòu)體內(nèi)部纫普！

仔細看看阅悍，我們還能察覺到有些變量沒有參與這個block的創(chuàng)建，它們是全局變量昨稼。而參與創(chuàng)建的變量节视，有些帶有&符號表示指針訪問，還有一些不帶的表示值訪問悦昵。
另外肴茄，帶__block修飾的變量晌畅，變成了編譯器自動生成的新結(jié)構(gòu)體 __Block_byref_xxx_n 的實例變量但指，并且?guī)в?strong>&符號進行指針訪問。
這些差異充分說明不同類型的變量抗楔，被捕捉的方式是不同的棋凳。

總結(jié)一下，我們可以直觀的發(fā)現(xiàn)規(guī)律：

網(wǎng)上很多文章都只將局部變量分成了兩類：static變量和auto變量连躏，并將auto變量統(tǒng)歸為值訪問剩岳。但是，我認為這個說法不是很妥當(dāng)入热，在接下來的小節(jié)3.2中拍棕，我們可以探究一下這個問題。

3.2 __block對變量會做什么操作勺良？

從上一個小節(jié)「3.1 Block的變量捕獲有哪些方式绰播？」的第一個圖的代碼中，我們提取出一行帶__block的簡單代碼進行單獨分析尚困，這行代碼會編譯成 __Block_byref_ivar_int_block_0 結(jié)構(gòu)體和__attribute __ 開頭的兩段代碼蠢箩。

   __block int ivar_int_block = 4;               // 會編譯成下面的struct結(jié)構(gòu)體和__attribute__開頭的兩段代碼

我們想要修改一個變量的值時，通常我們會在前面帶上__block修飾符。普通auto變量被__block修飾后谬泌，會被包裝成一個新的結(jié)構(gòu)體滔韵，也可以看作為是一個新的OC對象：

// block新對象
struct __Block_byref_ivar_int_block_0 {
    void *__isa;                                    // isa指針
    __Block_byref_ivar_int_block_0 *__forwarding;   // 指向自身的指針 被copy到堆以后 指向堆對象內(nèi)存地址
    int __flags;                                    // 不太清楚干啥的
    int __size;                                     // 內(nèi)存大小
    int ivar_int_block;                             // 攜帶的數(shù)值
};

這個新的結(jié)構(gòu)體 __Block_byref_ivar_int_block_0 創(chuàng)建實例變量 ivar_int_block，并使用C語言的 __attribute __ 指令來設(shè)置變量的屬性掌实，包含自身內(nèi)存地址陪蜻、內(nèi)存大小、變量數(shù)值等信息贱鼻，如下：

// 相當(dāng)于 __block int ivar_int_block = 4;  這行代碼
__attribute__((__blocks__(byref))) __Block_byref_ivar_int_block_0 ivar_int_block = {
    (void*)0,                                            // 對應(yīng)__isa
    (__Block_byref_ivar_int_block_0 *)&ivar_int_block,   // 對應(yīng)__forwarding
    0,                                                   // 對應(yīng)__flags
    sizeof(__Block_byref_ivar_int_block_0),              // 對應(yīng)__size 
    4                                                    // 對應(yīng)ivar_int_block
};

思考：__forwarding指針是自身內(nèi)存地址囱皿，有什么用？
網(wǎng)上一些文章稱忱嘹，在變量a被block拷貝到堆以后:
1.變量a的__forwording指針地址就變成了堆中新變量b的地址
2.被拷貝到堆的新變量b箱吕，__forwording指針地址是b的自身地址
感到非常合理置谦，但是我也不知道怎么驗證。

從下面block創(chuàng)建結(jié)構(gòu)體指針的源碼中，能夠發(fā)現(xiàn)被block捕獲的不是代碼中的看似帶__block的int變量购笆，而是新的實例變量，并且新變量不像普通變量一樣進行值傳遞矫渔，而是帶上了&符號進行指針傳遞崔列。

所以，我們能夠總結(jié)出屁桑，帶有__block修飾變量應(yīng)該歸為指針訪問医寿，不應(yīng)該和普通auto變量一樣認為是值訪問。

這里有兩點需要思考：

• 1. 使用__block來修飾變量蘑斧，是否為block捕獲變量過程的一個環(huán)節(jié)靖秩？
     當(dāng)然不是，沒有任何直接關(guān)系：不修飾也能捕獲竖瘾，修飾了也可以不使用block沟突。這里可以認為創(chuàng)建了一個新的變量，而這個被修飾的數(shù)值參與生成新變量的過程捕传，與接下來的block捕獲變量的過程毫無關(guān)系惠拭。
• 2. 這里被block捕獲的是誰，是舊變量的數(shù)值還是新的Block變量庸论？
     從源碼中能夠分析出职辅，看似存在的“舊變量”，已經(jīng)被新的Block變量收在里面聂示，它就像是西游記里“紫金紅葫蘆”一樣域携，“舊變量”想出去是出不去的，更不能被直接拿來使用了催什，而block創(chuàng)建當(dāng)然也只能使用新變量涵亏。

如果不通過自己的理解來領(lǐng)悟事物的底層邏輯宰睡，終究還是感覺心里沒譜。在網(wǎng)上搜尋別人的看法后气筋，我從中發(fā)現(xiàn)了一些自我感覺矛盾的地方拆内，而現(xiàn)在弄明白后理解的更加深刻，實現(xiàn)了學(xué)習(xí)-理解-批判-進步這個_我瞎編的過程宠默。

3.3 Block對被捕獲變量的內(nèi)存管理

關(guān)于捕獲變量相關(guān)的內(nèi)容麸恍，這個文章第38條講述的很細致：
ChenYilong/iOSInterviewQuestions · GitHub

其中主要的幾點總結(jié)：

• 1.Block不允許修改外部變量，因為進入 block 中的變量相當(dāng)于進入了另外一個函數(shù)作用域搀矫。
• 2.在 ARC 中無論是否添加 __block抹沪，block 中的 auto 變量都會被拷貝到堆上。
• 3.改外部變量必要條件：將 auto 變量封裝為結(jié)構(gòu)體(對象)瓤球。

眾所周知融欧，程序員只能夠管理堆上的內(nèi)存，所以我們可以想到：

• 1. 全局變量和局部靜態(tài)變量不在堆上卦羡，他們不需要block進行內(nèi)存管理噪馏。

至于其他的變量類型，我們可以列出來進行思考：

• 2. 原本在棧上的變量绿饵。比如：基本數(shù)值類型欠肾。
• 3. 原本就在堆上的變量。比如說：OC實例對象拟赊，__block修飾的變量刺桃。

<#未完工#>

4.「Block」循環(huán)引用的發(fā)生和解決

4.1 Block的循環(huán)引用