來自掘金 《理清 Block 底層結(jié)構(gòu)及其捕獲行為》

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Block 的本質(zhì)

本質(zhì)

1. Block 的本質(zhì)是一個 Objective-C 對象，它內(nèi)部也擁有一個 isa 指針夜畴。
2. Block 是封裝了函數(shù)及其調(diào)用環(huán)境的 Objective-C 對象

底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

一個簡單示例：

int main(int argc, const char * argv[]) {

    void (^block)(void) = ^{
        NSLog(@"hey");
    };
    block();
    return 0;
}

將以上 Objective-C 源碼轉(zhuǎn)換成 c++ 相關(guān)源碼拖刃，使用命令行 ：
xcrun -sdk iphoneos xclang -arch arm64 -rewrite-objc 文件名

c++ 的結(jié)構(gòu)體與一般的類相似。

int main(int argc, const char * argv[]) {

    void (*block)(void) = ((void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA));

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

    return 0;
}

其中 Block 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為：

struct __main_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __main_block_desc_0* Desc;
};

impl 變量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：

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

FuncPtr：函數(shù)實際調(diào)用的地址贪绘，因為 Block 可看作是捕獲自動變量的匿名函數(shù)兑牡。

Desc 變量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：

static struct __main_block_desc_0 {
  size_t reserved;
  size_t Block_size;
}

Block 的類型

Objective-C 中 Block 有三種類型，其最終類型都是 NSBlock 税灌。

• NSGlobalBlock (_NSConcreteGlobalBlock)
• NSStackBlock (_NSConcreteStackBlock)
• NSMallocBlock (_NSConcreteMallocBlock)

Block 類型的不同均函，主要根據(jù)捕獲變量的不同行為產(chǎn)生：

在內(nèi)存中的存儲位置

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內(nèi)存五大區(qū)：棧、堆菱涤、靜態(tài)區(qū)（BSS 段）苞也、常量區(qū)（數(shù)據(jù)段）、代碼段

copy 行為

不同類型的 Block 調(diào)用 copy 操作粘秆，也會產(chǎn)生不同的復(fù)制效果：

• 在 ARC 環(huán)境下如迟，編譯器會在以下情況自動將棧上的 Block 復(fù)制到堆上：

1. Block 作為函數(shù)返回值
2. 將 Block 賦值給 __strong 指針
3. 蘋果 Cocoa、GCD 等 api 中方法參數(shù)是 block 類型

在 ARC 環(huán)境下攻走，聲明的 block 屬性用 copy 或 strong 修飾的效果是一樣的殷勘，但在 MRC 環(huán)境下，則用 copy 修飾昔搂。

捕獲變量

為了保證在 Block 內(nèi)部能夠正常訪問外部變量玲销，Block 有一套變量捕獲機制：

若局部 static 變量是基礎(chǔ)類型 int val ，則訪問方式為 int *val
若局部 static 變量是對象類型 JAObject *obj 摘符，則訪問方式為 JAObject **obj

基礎(chǔ)類型變量

一個簡單示例：

int age = 10;
// static int age = 10;
void (^block)(void) = ^{
     NSLog(@"age is %d", age);
};
block();

• 捕獲局部 auto 基礎(chǔ)類型變量生成的 Block 結(jié)構(gòu)體 struct __main_block_impl_0 變?yōu)?

struct __main_block_impl_0 {
  ···
  int age; // 傳遞值
}

• 捕獲局部 static 基礎(chǔ)類型變量生成的 Block 結(jié)構(gòu)體 struct __main_block_impl_0 變?yōu)椋?/li>

struct __main_block_impl_0 {
  ···
  int *age; // 傳遞指針
}

• 捕獲全局基礎(chǔ)類型變量生成的結(jié)構(gòu)體 struct __main_block_impl_0 沒有包含 age 贤斜，因為作用域為全局，可直接訪問逛裤。

對象類型變量

一個簡單示例：

JAPerson *person = [[JAPerson alloc] init];
person.age = 10;
void (^block)(void) = ^{
     NSLog(@"age is %d", person.age);
};
block();

• 捕獲局部 auto 對象類型變量生成的 Block 結(jié)構(gòu)體 struct __main_block_impl_0 變?yōu)?

struct __main_block_impl_0 {
  ···
  JAPerson *person;
}

• 捕獲局部 static 對象類型變量生成的 Block 結(jié)構(gòu)體 struct __main_block_impl_0 變?yōu)椋?/li>

struct __main_block_impl_0 {
  ···
  JAPerson **person;
}

• 捕獲全局對象類型變量生成的結(jié)構(gòu)體 struct __main_block_impl_0 沒有包含 person 瘩绒，因為作用域為全局，可直接訪問别凹。

copy 和 dispose 函數(shù)

當(dāng)捕獲的變量是對象類型或者使用 __Block 將變量包裝成一個 _Block_byref變量名_0 類型的 Objective-C 對象時草讶，會產(chǎn)生 copy 和 dispose 函數(shù)。

一個簡單示例：

JAPerson *person = [[JAPerson alloc] init];
person.age = 10;
void (^block)(void) = ^{
     NSLog(@"age is %d", person.age);
};
block();

其中生成的 Block 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中多了 JAPerson 類型指針變量 person ：

struct __main_block_impl_0 {
  ···
  JAPerson *person;
}

Desc 變量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)多了內(nèi)存管理相關(guān)的函數(shù)：

static struct __main_block_desc_0 {
  ···
  void (*copy)(struct __main_block_impl_0*, struct __main_block_impl_0*);
  void (*dispose)(struct __main_block_impl_0*);
}

這兩個函數(shù)的調(diào)用時機：

copy 和 dispose 底層相關(guān)源碼

// Create a heap based copy of a Block or simply add a reference to an existing one.
// This must be paired with Block_release to recover memory, even when running
// under Objective-C Garbage Collection.
BLOCK_EXPORT void *_Block_copy(const void *aBlock)
    __OSX_AVAILABLE_STARTING(__MAC_10_6, __IPHONE_3_2);

// Lose the reference, and if heap based and last reference, recover the memory
BLOCK_EXPORT void _Block_release(const void *aBlock)
    __OSX_AVAILABLE_STARTING(__MAC_10_6, __IPHONE_3_2);


// Used by the compiler. Do not call this function yourself.
BLOCK_EXPORT void _Block_object_assign(void *, const void *, const int)
    __OSX_AVAILABLE_STARTING(__MAC_10_6, __IPHONE_3_2);

// Used by the compiler. Do not call this function yourself.
BLOCK_EXPORT void _Block_object_dispose(const void *, const int)
    __OSX_AVAILABLE_STARTING(__MAC_10_6, __IPHONE_3_2);

當(dāng) Block 內(nèi)部訪問了對象類型的 auto 變量時：

• 如果 Block 是在棧上炉菲，將不會對 auto 變量產(chǎn)生強引用堕战。
• 如果 Block 被拷貝到堆上坤溃，會調(diào)用 Block 內(nèi)部的 copy 函數(shù)，copy 函數(shù)內(nèi)部會調(diào)用 _Block_object_assign 函數(shù)嘱丢，_Block_object_assign 函數(shù)會根據(jù) auto 變量的修飾符（__strong薪介、__weak、__unsafe_unretain）作出相應(yīng)的內(nèi)存管理操作越驻。

注意：若此時變量類型為對象類型汁政，這里僅限于 ARC 時會 retain ，MRC 時不會 retain 缀旁。

• 如果 Block 從堆上移除记劈，會調(diào)用 Block 內(nèi)部的 dispose 函數(shù)，dispose 函數(shù)內(nèi)部會調(diào)用 _Block_object_dispose 函數(shù)并巍，_Block_object_dispose 函數(shù)會自動 release 引用的 auto 變量目木。

使用 __weak 修飾的 OC 代碼轉(zhuǎn)換對應(yīng)的 c++ 代碼會報錯：
error: cannot create __weak reference because the current deployment target does not support weak references
此時終端命令需支持 ARC 并指定 Runtime 版本：
xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc -fobjc-arc -fobjc-runtime=ios-8.0.0 main.m

內(nèi)存管理

修改局部 auto 變量

局部 static 變量（指針訪問）、全局變量（直接訪問）都可以在 Block 內(nèi)部直接修改捕獲的變量懊渡，而局部 auto 變量則主要通過使用 __block 存儲域修飾符來修改捕獲的變量刽射。

• __block 修飾符可以用于解決 Block 內(nèi)部無法修改局部 auto 變量值的問題
• __block 修飾符不能用于修飾全局變量、靜態(tài)變量（static）

編譯器會將 __block 修飾的變量包裝成一個 Objective-C 對象剃执。

一個簡單示例：

__block int age = 10;
void (^block)(void) = ^{
   NSLog(@"age is %d", age);
};
block();

其中 Block 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)多了一個 __Block_byref_age_0 類型的指針：

struct __main_block_impl_0 {
  ···
  __Block_byref_age_0 *age; // by ref
}

__Block_byref_age_0 結(jié)構(gòu)體：

struct __Block_byref_age_0 {
  void *__isa;
__Block_byref_age_0 *__forwarding;
 int __flags;
 int __size;
 int age; // age 真正存儲的地方
};

兩個注意點：

• 1. 此處指針 val 是指向 age 的指針誓禁，而第二個 val 指的是 age 的值。

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• 2. 源碼里面通過 age->__forwarding->age 的方式去取值肾档，是因為這兩個 age 都可能仍在棧上摹恰，此時直接 age->age 訪問會有問題，而 copy 操作時 __forwarding 會指向堆上的 __Block_byref_age_0 阁最，此時就算第一個 age 仍在棧上戒祠，通過 age->__forwarding 會重新指向堆上的 __Block_byref_age_0 骇两，此時再訪問 age 便不會有問題 age->__forwarding->age 速种。

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__block 的內(nèi)存管理

使用 __block 修飾符時的內(nèi)存管理情況：

• 當(dāng) Block 存儲在棧上時，并不會對 __block 變量強引用低千。
• 當(dāng) Block 被 copy 到堆上時配阵，會調(diào)用 Block 內(nèi)部的 copy 函數(shù)，copy 函數(shù)會調(diào)用 __main_block_copy_0 函數(shù)對 __block 變量產(chǎn)生一個強引用示血。如下圖

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• 當(dāng) Block 從堆上被移除時棋傍，會調(diào)用 Block 內(nèi)部的 dispose 函數(shù)，dispose 函數(shù)會調(diào)用 _Block_object_dispose 函數(shù)自動 release __block 變量难审。如下圖

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__weak 和 __block 修飾時的引用情況

• 1. 僅用 __weak 修飾

一個簡單的示例：

JAPerson *person = [[JAPerson alloc] init];
person.age = 10;
__weak typeof(person) weakPerson = person;
void (^block)(void) = ^{
    NSLog(@"person‘s age is %d", weakPerson.age);
};

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• 2. 使用 __block __weak 修飾

一個簡單的示例：

JAPerson *person = [[JAPerson alloc] init];
person.age = 10;
__block __weak typeof(person) weakPerson = person;
void (^block)(void) = ^{
     NSLog(@"person‘s age is %d", weakPerson.age);
};
block();
return 0;

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循環(huán)引用

常見的循環(huán)引用問題：

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ARC 環(huán)境下解決循環(huán)引用

• 1. 弱引用持有：使用 __weak 或 __unsafe__unretain 解決

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• 2. 手動將一方置為 nil ：使用 __block 解決瘫拣，在 block 內(nèi)部將一方置為 nil ，因此必須執(zhí)行該 block

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MRC 環(huán)境下解決循環(huán)引用

• 1. 弱引用持有：使用 __unsafe__unretain 解決
• 2. 直接使用 __block 解決告喊，無需手動將一方置為 nil 麸拄，因為底層 _Block_object_assign 函數(shù)在 MRC 環(huán)境下對 block 內(nèi)部的對象不會進(jìn)行 retain 操作派昧。