大概兩三周前通過(guò)學(xué)習(xí)《Objective-C高級(jí)編程 iOS與OS X多線程和內(nèi)存管理》中的Block章節(jié)慈鸠，系統(tǒng)深入了解了Block相關(guān)原理和內(nèi)存管理的內(nèi)容起暮，昨天閑暇時(shí)回想起來(lái)麦向，感覺(jué)有些東西又模糊了，內(nèi)容記得七七八八，太碎片化了。索性好記性不如爛筆頭惰蜜，把自己的理解整理記錄一下。

將Objective-C代碼轉(zhuǎn)換為C\C++代碼

Clang（LLVM編譯器）具有轉(zhuǎn)換為我們可讀源代碼的功能受神。

//如果需要鏈接其他框架抛猖，使用-framework參數(shù)。比如-framework UIKit
xcrun  -sdk  iphoneos  clang  -arch  arm64  -rewrite-objc  OC源文件  -o  輸出的cpp文件

設(shè)置了sdk的平臺(tái)和cpu架構(gòu)，減少轉(zhuǎn)換出來(lái)的代碼量财著，方便查閱养交。

可能會(huì)遇到以下問(wèn)題:

cannot create __weak reference in file using manual reference

解決方案：支持ARC、指定運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)版本瓢宦，比如

xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc -fobjc-arc -fobjc-runtime=ios-8.0.0 OC源文件 -o  輸出的cpp文件

Block底層結(jié)構(gòu)

當(dāng)Block沒(méi)有自動(dòng)捕獲變量時(shí):

//Block定義的結(jié)構(gòu)體
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;
}
};

我們代碼中寫的Block在底層會(huì)被轉(zhuǎn)換成類似上面這樣子的結(jié)構(gòu)體類型，struct __main_block_impl_0灰羽。

而struct __main_block_impl_0中包含了兩個(gè)結(jié)構(gòu)體：struct _block_impl impl和struct __main_block_desc_0 *Desc驮履，以及一個(gè)構(gòu)造函數(shù)。再看一下兩個(gè)結(jié)構(gòu)體的定義廉嚼。

struct _block_impl {
void *isa;  //指向了block所屬的類型
int Flags;  
int Reserved;   // 預(yù)留
void *FuncPtr;  // 函數(shù)指針玫镐，指向block中方法實(shí)現(xiàn)
};

//存儲(chǔ)block的其他信息，大小等
struct __main_block_desc_0 {
unsigned long reserved;   // 預(yù)留
unsigned long Block_size; // Block的大小
}

通過(guò)上面可以看出Blcok也是包含一個(gè)isa指針怠噪，因此也是一種OC對(duì)象恐似。具體是什么類，因?yàn)樯婕暗?code>Blcok的內(nèi)存管理傍念，所以后面篇幅再深入討論矫夷。

再看一下給Blcok結(jié)構(gòu)體賦值和調(diào)用的代碼：

//賦值部分
struct __main_block_impl_0 temp = __main_block_impl_0(__main_block_func_0,&__mainBlock_desc_0_DATA);
struct __main_block_impl_0 *blk = &temp;
//調(diào)用部分
(*blk->impl.FuncPtr)(blk);

賦值部分就是調(diào)用了__main_block_impl_0的構(gòu)造函數(shù)，將方法和__main_block_desc_0類型的結(jié)構(gòu)體作為參數(shù)傳遞進(jìn)入憋槐。
方法調(diào)用是通過(guò)Blcok的結(jié)構(gòu)體取出其中的函數(shù)指針双藕，直接調(diào)用該函數(shù)，同時(shí)將Block自身作為參數(shù)傳遞給方法實(shí)現(xiàn)阳仔。

先對(duì)簡(jiǎn)單的Block有個(gè)印象忧陪。

Block變量捕獲機(jī)制

int c = 30; // 全局變量(數(shù)據(jù)段,不需要捕獲)

- (void)blockTest {
    auto int a = 10;//局部auto變量(棧區(qū)，值捕獲)
    auto __strong NSObject *object = [[NSObject alloc] init];//局部auto變量(棧區(qū)近范，值捕獲)
    static int b = 20;//局部static變量(數(shù)據(jù)段嘶摊，指針捕獲)
    void (^block)(void) = ^(void) {
        NSLog(@"a:%d b:%d c:%d",a,b,c);
        NSLog(@"object:%@",object);
    };
    block();
}

為了在Block內(nèi)部可以訪問(wèn)外部的變量，Block有個(gè)變量捕獲機(jī)制评矩。那么什么樣的變量才會(huì)捕獲叶堆，什么樣的不會(huì)捕獲呢？

• 局部變量

  1. auto變量（平時(shí)我們?cè)诜椒ㄖ新暶鞯姆?code>static局部變量稚照，只是省略了auto關(guān)鍵字）蹂空，這種情況是值捕獲。
  2. static變量和結(jié)構(gòu)體果录，這種情況是指針捕獲上枕。

• 全局變量：不會(huì)捕獲，因?yàn)椴恍枰东@就可以訪問(wèn)弱恒。

總結(jié)就是:只捕獲局部變量辨萍。

Block捕獲變量之后代碼什么樣子?

將上面的- (void)blockTest轉(zhuǎn)換C看一下：

struct __blockTest_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __blockTest_block_desc_0* Desc;
  int a;
  int *b;
  NSObject *object;
  // 省略構(gòu)造函數(shù)...
};

嗯，備注的沒(méi)有錯(cuò)。變量a和object都是值捕獲锈玉，而變量b捕獲的是*b爪飘，是指針的捕獲，而c沒(méi)有捕獲拉背。

Block的內(nèi)存管理

Block有3種類型师崎，可以通過(guò)調(diào)用class方法或者isa指針查看具體類型，最終都是繼承自NSBlock類型椅棺。

• NSGlobalBlock （ _NSConcreteGlobalBlock ）//全局
• NSStackBlock （ _NSConcreteStackBlock ） //棧
• NSMallocBlock （ _NSConcreteMallocBlock ）//堆

除了打印犁罩，那么怎么判斷一個(gè)Block的具體類型...？

1. NSGlobalBlock : 沒(méi)有訪問(wèn)auto變量两疚。
2. NSStackBlock : 訪問(wèn)了auto變量床估。
3. NSMallocBlock : __NSStackBlock__調(diào)用了copy。

可能有的同學(xué)在這里這樣子測(cè)試一下诱渤，發(fā)現(xiàn)上面的判斷依據(jù)并不對(duì)...

001.png

明明Block訪問(wèn)的是auto變量丐巫，但是Block的類型是__NSMallocBlock__吶，并不是__NSStackBlock__,你說(shuō)的不對(duì)勺美。不著急递胧，其實(shí)這里還涉及到另外一個(gè)問(wèn)題：Block的內(nèi)存管理。

對(duì)一個(gè)Blcok進(jìn)行copy操作后赡茸，對(duì)三種類型的Blcok產(chǎn)生的影響：

1. __NSGlobalBlock__ :
   • copy前：Block位于數(shù)據(jù)段中谓着；
   • copy后：不產(chǎn)生任何影響。
2. __NSStackBlock__ :
   • copy前：Block位于函數(shù)棧中坛掠；
   • copy后：從棧中復(fù)制一份到堆中赊锚。
3. __NSMallocBlock__ :
   • copy前：Block位于堆中；
   • copy后：Block的引用計(jì)數(shù)增加屉栓。

在ARC環(huán)境下舷蒲，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：

1. Block作為函數(shù)返回值時(shí)友多。
2. 將Block賦值給__strong指針時(shí)牲平。
3. Block作為Cocoa API中方法名含有usingBlock的方法參數(shù)時(shí)。
4. Block作為GCD API的方法參數(shù)時(shí)域滥。

在之前的圖片（001）中纵柿，就是其中的第二種情況，Block被賦值給__strong指針启绰。

這也是為什么我們習(xí)慣于用copy關(guān)鍵字昂儒，來(lái)修飾一個(gè)Block。以及將Block當(dāng)做參數(shù)傳遞時(shí)委可，安全起見渊跋，會(huì)對(duì)Block參數(shù)執(zhí)行copy操作。

Block對(duì)對(duì)象類型變量的強(qiáng)弱引用問(wèn)題

1. 當(dāng)Block內(nèi)部訪問(wèn)了對(duì)象類型的auto變量時(shí)：

   • 如果Block是在棧上，將不會(huì)對(duì)auto變量產(chǎn)生強(qiáng)引用拾酝。就是說(shuō)棧上的Block不會(huì)強(qiáng)引用一個(gè)對(duì)象

2. 當(dāng)Block被拷貝到堆上時(shí):

   • 會(huì)調(diào)用Block內(nèi)部的copy函數(shù)
   • copy函數(shù)內(nèi)部會(huì)調(diào)用_Block_object_assign函數(shù)
   • _Block_object_assign函數(shù)會(huì)根據(jù)auto變量的修飾符（__strong燕少、__weak、__unsafe_unretained）做出相應(yīng)的操作蒿囤，形成強(qiáng)引用（retain）或者弱引用

3. 當(dāng)Block從堆上移除時(shí)：

   • 會(huì)調(diào)用Block內(nèi)部的dispose函數(shù)
   • dispose函數(shù)內(nèi)部會(huì)調(diào)用_Block_object_dispose函數(shù)
   • _Block_object_dispose函數(shù)會(huì)自動(dòng)釋放引用的auto變量（release）

__block修飾符

__block的作用:

• __block可以用于解決Block內(nèi)部無(wú)法修改auto變量值的問(wèn)題客们。
• __block不能修飾全局變量、靜態(tài)變量（static）材诽。

編譯器會(huì)將__block變量包裝成一個(gè)對(duì)象:

void blockTest() {
    __block int a = 10;
    __block NSObject *object = [[NSObject alloc] init];
    NSLog(@"a:%d",a);
    void (^block)(void) = ^(void) {
        a = 20;
        NSLog(@"object --- %@",object);
    };
    block();
}

將上面的代碼轉(zhuǎn)換成C++之后可以看到：

// __block int a 被轉(zhuǎn)換為下面的結(jié)構(gòu)體

struct __Block_byref_a_0 {
 void *__isa;
 __Block_byref_a_0 *__forwarding;
 int __flags;
 int __size;
 int a;
};

//  __block NSObject *object 被轉(zhuǎn)換為下面的結(jié)構(gòu)體

struct __Block_byref_object_1 {
  void *__isa;
__Block_byref_object_1 *__forwarding;
 int __flags;
 int __size;
 void (*__Block_byref_id_object_copy)(void*, void*);
 void (*__Block_byref_id_object_dispose)(void*);
 NSObject *object;
};

__Block_byref_a_0 *__forwarding是一個(gè)指向自身的指針镶摘。

Snip20180612_3.png

當(dāng)我們的OC代碼中，去訪問(wèn)被__block修飾的變量岳守，在底層中是如何去讀取變量呢？
上面的代碼中有一段打印的代碼：

NSLog(@"a:%d",a);

在C++中被轉(zhuǎn)成了:

NSLog((NSString *)//此處省略碌冶，影響閱讀//,(a.__forwarding->a));

在Blcok中修改a的值：

a = 20;

在C++中被轉(zhuǎn)成了:

// 從blcok取出blcok捕獲的被`__block`修飾的變量
__Block_byref_a_0 *a = __cself->a; //__cself是blcok
(a->__forwarding->a) = 20;

在Block的外部和外部訪問(wèn)變量是通過(guò)a.__forwarding->a湿痢，訪問(wèn)結(jié)構(gòu)體的__forwarding指針找到值∑伺樱可能有的同學(xué)有疑問(wèn)：不是多此一舉的嘛譬重？結(jié)構(gòu)體->__forwarding->結(jié)構(gòu)體->val，直接結(jié)構(gòu)體->val不就可以了嗎?

目前能看出的作用是保持統(tǒng)一的寫法罐氨，當(dāng)然還有其他的原因臀规，后面講解。

總結(jié):

• 當(dāng)沒(méi)有使用__block時(shí)栅隐，由于是值捕獲塔嬉，所以哪怕在Block內(nèi)修改，也不能影響到Block外變量的值租悄，因此蘋果不允許直接修改谨究。
• 而當(dāng)我們?cè)?code>Block去修改被__block修飾的變量時(shí)，由于是捕獲到__block結(jié)構(gòu)體的指針泣棋，這樣就可以我們可以修改Block外面的值了胶哲。

__block的內(nèi)存管理

• 開始時(shí)__block結(jié)構(gòu)體是一個(gè)在棧上的結(jié)構(gòu)體，在棧上的內(nèi)存無(wú)所謂強(qiáng)弱引用的關(guān)系潭辈。而__block結(jié)構(gòu)體包裝的對(duì)象是強(qiáng)或弱引用鸯屿，是通過(guò)你使用__weak和__strong哪個(gè)來(lái)修飾決定的。

 NSObject *object = [[NSObject alloc] init];
__block __weak typeof(object) weakObject = object;
__block  NSObject *strongObjce = object;

• 當(dāng)Block被拷貝到堆上時(shí)把敢，會(huì)自動(dòng)將捕獲的__block結(jié)構(gòu)體也拷貝到堆上寄摆。由于__block的結(jié)構(gòu)體也有isa指針，同時(shí)還在堆空間中修赞，我們可以將它理解成一個(gè)OC的對(duì)象冰肴，__block對(duì)象。

Snip20180612_4.png

• 于此同時(shí)還會(huì)將棧上的__block結(jié)構(gòu)體中的__forwarding指針，指向堆空間中的__block對(duì)象熙尉。Block捕獲的指針联逻，會(huì)從棧上的__block結(jié)構(gòu)體變?yōu)槎芽臻g中的__block對(duì)象，同時(shí)對(duì)__block對(duì)象強(qiáng)引用检痰。

Snip20180612_6.png

• 當(dāng)Block從堆中移除時(shí)：
  
  Snip20180612_5.png

這樣分析一下包归，除了會(huì)將__block結(jié)構(gòu)體從棧移動(dòng)到堆之外，和普通形式的auto對(duì)象內(nèi)存管理铅歼，流程上沒(méi)有什么差別公壤。當(dāng)然具體內(nèi)部調(diào)用的函數(shù)參數(shù)還是有點(diǎn)區(qū)別的：

當(dāng)Block拷貝到堆上時(shí)，都會(huì)通過(guò)copy函數(shù)來(lái)處理它們

__block變量（假設(shè)變量名叫做a）
_Block_object_assign((void*)&dst->a, (void*)src->a, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);

對(duì)象類型的auto變量（假設(shè)變量名叫做p）
_Block_object_assign((void*)&dst->p, (void*)src->p, 3/*BLOCK_FIELD_IS_OBJECT*/);

當(dāng)Block從堆上移除時(shí)椎椰，都會(huì)通過(guò)dispose函數(shù)來(lái)釋放它們:

__block變量（假設(shè)變量名叫做a）
_Block_object_dispose((void*)src->a, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);

對(duì)象類型的auto變量（假設(shè)變量名叫做p）
_Block_object_dispose((void*)src->p, 3/*BLOCK_FIELD_IS_OBJECT*/);

能看到,雖然調(diào)用的方法相同厦幅，但是傳遞的參數(shù)類型不同：3和8。這決定了方法內(nèi)部如何去處理流程吧慨飘。

循環(huán)引用

想必讀到這里确憨，應(yīng)該可以理解循環(huán)引用是怎么產(chǎn)生的了。

Snip20180612_7.png

注意:self是方法調(diào)用時(shí)傳遞的第一個(gè)參數(shù)瓤的，是局部變量休弃。

怎么解決?
不讓Block強(qiáng)引用self，斷掉一條線圈膏，就不會(huì)產(chǎn)生循環(huán)引用塔猾。

我們一般通過(guò)__weak來(lái)修飾變量，比如這樣:

__weak typeof(self) weakSelf = self;

也可以使用__unsafe_unretained修飾變量解決稽坤。關(guān)于__unsafe_unretained可以看這篇文章丈甸。

他們的區(qū)別：
__weak: 對(duì)于__weak，指針的對(duì)象在它指向的對(duì)象釋放的時(shí)候回轉(zhuǎn)換為nil尿褪，這是一種特別安全的行為老虫。
__unsafe_unretained: 就像他的名字表達(dá)那樣，__unsafe_unretained會(huì)繼續(xù)指向?qū)ο蟠嬖诘哪莻€(gè)內(nèi)存茫多，即使是在它已經(jīng)銷毀之后祈匙。這會(huì)導(dǎo)致因?yàn)樵L問(wèn)那個(gè)已釋放對(duì)象引起的崩潰。

為了更安全的使用天揖，我們經(jīng)常是這樣寫：

__weak typeof(self) weakSelf = self; //解決循環(huán)應(yīng)用
self.block = ^{
    __strong typeof(self) strongSelf = weakSelf; 
    //在Block方法內(nèi)部夺欲，即：局部變量?jī)?nèi)；對(duì)weakSelf進(jìn)行一個(gè)強(qiáng)引用今膊，
    //這樣可以確保些阅，當(dāng)self其他的強(qiáng)引用都釋放時(shí)，仍然保持有一個(gè)強(qiáng)引用斑唬，
    //這樣self不會(huì)再block內(nèi)部突然釋放掉市埋，導(dǎo)致后面的代碼出現(xiàn)未知的問(wèn)題黎泣。
    //do someThing...//
};

以上就是我個(gè)人對(duì)Block的一些理解仰禀，如有錯(cuò)誤的地方勘究，希望各位大俠不吝賜教！判莉！