本文為L_Ares個人寫作茬故，以任何形式轉(zhuǎn)載請表明原文出處。

上一節(jié)重新的鞏固了一下Block的基礎(chǔ)知識和簡單的使用方式晦毙，以及解決循環(huán)引用的方法，本節(jié)則將通過clang編譯的文件和libclosure源碼去探索Block的一些更本質(zhì)的內(nèi)容立润。

準備

1. libclosure源碼

libclosure-73源碼文件

2. block的.cpp文件

1. 創(chuàng)建一個C語言的Commond Line Tool項目霹琼。

圖0.2.0.png

2. 語言選擇C。

圖0.2.1.png

3. 創(chuàng)建結(jié)果。

圖0.2.2.png

4. 在main.c中創(chuàng)建一個最簡單的Block對象首启，并且執(zhí)行Block。

圖0.2.3.png

5. commond + B進行編譯撤摸，然后打開terminal終端毅桃，進行clang編譯成.cpp文件褒纲。

• 先要進入到main.c所在的文件夾下

圖0.2.4.png

• 然后打開terminal終端，輸入以下clang指令钥飞。

clang -rewrite-objc main.c -o main.cpp

6. clang結(jié)果

圖1.1.6.png

一莺掠、Block的clang探索

通過clang出來的.cpp，主要探索4點代承。

1. Block的本質(zhì)是什么汁蝶。
2. Block()的意義渐扮。
3. Block捕獲外部變量的原理论悴。
4. __block的原理。

1. Block的本質(zhì)

操作1 :

打開上面clang得到的main.cpp文件墓律“蚬溃滑至文件最后。

結(jié)果1 :

圖1.1.0.png

操作2 :

去掉(void(*)())和(void *)的強制類型轉(zhuǎn)換耻讽，Block的結(jié)構(gòu)就變成了

結(jié)果2 :

圖1.1.1.png

操作3 :

commond + F搜索__main_block_impl_0察纯。

結(jié)果3 :

圖1.1.2.png

至此，可以看到Block塊的一個構(gòu)造方式针肥，其中的__block_impl結(jié)構(gòu)體存儲了Block塊的所有信息饼记。

操作4 :

commond + F搜索__block_impl。

結(jié)果4 :

圖1.1.3.png

操作5 :

根據(jù)圖1.1.2和圖1.1.3中慰枕，__block_impl結(jié)構(gòu)體的存儲屬性具则，以及官方給的注釋，進入libclosure的Block_private.h具帮。查找擁有這樣結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)體博肋。

結(jié)果5 :

圖1.1.4.png

結(jié)論 :

block的本質(zhì)是Block_layout結(jié)構(gòu)體。

2. Block()的意義

操作1 :

打開剛才的.cpp文件蜂厅，找到block的構(gòu)造函數(shù)那一行匪凡。

結(jié)果1 :

圖1.2.1.png

操作2 :

去掉block()經(jīng)過clang后，得到的那行代碼的所有強轉(zhuǎn)符號掘猿。

結(jié)果2 :

圖1.2.2.png

結(jié)論 :

1. 寫在block內(nèi)部的函數(shù)被保存到block的FuncPtr中病游，這僅僅只是函數(shù)的實現(xiàn)被保存進入block。
2. block()才是真正的對函數(shù)進行調(diào)用稠通。

3. Block捕獲外部變量的原理

在main.c中添加外部變量衬衬，更改main.c的代碼為 :

#include <stdio.h>

int main(int argc, const char * argv[]) {
    int a = 10;
    void(^block)(void) = ^{
        printf("a = %d",a);
    };
    block();
    return 0;
}

操作1 :

1. 重新commond + B編譯main.c文件，然后進行clang轉(zhuǎn)換成.cpp文件采记。
2. 打開新的.cpp文件佣耐，滑至文件最后。
3. 去掉強轉(zhuǎn)唧龄。

結(jié)果1 :

圖1.3.0.png

操作2 :

再次查看block的構(gòu)造函數(shù)__main_block_impl_0

結(jié)果2 :

圖1.3.1.png

操作3 :

查看對外部變量a的調(diào)用兼砖。

結(jié)果3 :

圖1.3.2.png

結(jié)論 :

1. 當block捕獲外部變量的時候奸远，block結(jié)構(gòu)體內(nèi)部會生成一個相同類型、相同名稱的屬性讽挟。

2. 利用block自身的構(gòu)造函數(shù)懒叛，將外部變量傳入block結(jié)構(gòu)體內(nèi)部，用外部變量的值賦值給block內(nèi)部自動生成的同類型元素耽梅。

3. block內(nèi)部調(diào)用外部變量時薛窥，在fp函數(shù)體的內(nèi)部也會生成又一個對象，對外部變量進行值拷貝眼姐，這個對象和外部變量不是同一個對象诅迷。

4. 所以，當我們對block內(nèi)部捕獲的外部變量進行操作的時候众旗，是對另外一個對象進行操作罢杉，而不是對外部變量本身進行操作。

4. __block的原理

在main.c中繼續(xù)修改代碼如下 :

#include <stdio.h>

int main(int argc, const char * argv[]) {
    __block int a = 10;
    void(^block)(void) = ^{
        printf("a = %d",a);
    };
    block();
    return 0;
}

操作1 :

1. 重新commond + B編譯main.c文件贡歧，然后進行clang轉(zhuǎn)換成.cpp文件滩租。
2. 打開新的.cpp文件，滑至文件最后利朵。
3. 去掉強轉(zhuǎn)律想。

結(jié)果1 :

圖1.4.0.png

操作2 :

搜索__Block_byref_a_0結(jié)構(gòu)體。

結(jié)果2 :

圖1.4.1.png

操作3 :

查看圖1.4.0中的聲明block和block的構(gòu)造函數(shù)绍弟，以及block()的實現(xiàn)

結(jié)果3 :

圖1.4.2.png

結(jié)論 :

1. __block會將外部變量變成一個結(jié)構(gòu)體對象A技即。

2. 結(jié)構(gòu)體對象A內(nèi)部的__forwarding存儲著指向外部變量的地址的指針。

3. block結(jié)構(gòu)體則在內(nèi)部生成新的晌柬、該類型的結(jié)構(gòu)體指針對象B姥份。

4. 通過構(gòu)造函數(shù)，利用結(jié)構(gòu)體對象A的指針年碘，將結(jié)構(gòu)體對象A內(nèi)部的__forwarding賦值給結(jié)構(gòu)體指針對象B澈歉，也就是把指向外部變量的地址的指針賦值給結(jié)構(gòu)體指針對象B。

5. 當調(diào)用外部變量的時候屿衅，block的函數(shù)內(nèi)部會生成一個該類型的結(jié)構(gòu)體指針對象C埃难，結(jié)構(gòu)體指針對象C通過結(jié)構(gòu)體指針對象B的賦值，擁有了指向外部變量的地址的指針涤久。

6. 所以在block內(nèi)部去改變被__block修飾的外部變量涡尘，實際上操作的是外部變量的地址上內(nèi)容。

7. __block是指針拷貝的實現(xiàn)响迂。

__block原理

二考抄、Block的內(nèi)存變化

在上一節(jié)Block(一)中，已經(jīng)介紹了Block一共有6種類別蔗彤，而開發(fā)者常用的只有其中的3種川梅，分別是 :

1. NSGlobalBlock : 全局block
2. NSStackBlock : 棧block
3. NSMallocBlock : 堆block

1. NSGlobalBlock

先利用查看匯編疯兼，來查看NSGlobalBlock的聲明和創(chuàng)建流程。

步驟 :

1. 隨意創(chuàng)建一個項目贫途，在ViewController的viewDidLoad中吧彪，簡單的創(chuàng)建一個最基本的block，在聲明block的地方掛上斷點丢早。

- (void)viewDidLoad {

    [super viewDidLoad];
    
    void(^block)(void) = ^{    //掛上斷點
        NSLog(@"this is a block");
    };
    block();

}

2. 打開xcode --> Debug --> Debug Workflow --> Always Show Disassembly姨裸，來看匯編。

圖2.1.0.png

3. 使用真機進行調(diào)試怨酝。運行項目傀缩。

圖2.1.1.png

4. 對objc_retainBlock加符號斷點，執(zhí)行到該斷點位置凫碌，查看objc_retainBlock有怎樣的調(diào)用扑毡。

圖2.1.2.png

走到這里就不用再往后走了，看匯編的最后一句 :

圖2.1.3.png

5. 此時讀取x0寄存器(這也是為什么要用真機的原因盛险，模擬器讀不到x0寄存器)。

圖2.1.4.png

結(jié)論 :

1. NSGlobalBlock類型的block對象勋又，經(jīng)過objc_retainBlock苦掘，調(diào)用了_Block_copy方法，最后將block對象完成創(chuàng)建并返回楔壤。

2. 當block沒有獲取外部變量的時候鹤啡，block是一個NSGlobalBlock類型的block對象。當block被在聲明全局變量的地方進行調(diào)用的時候蹲嚣，block也是NSGlobalBlock類型递瑰。

3. NSGlobalBlock存儲位置在內(nèi)存中的靜態(tài)區(qū)(.data區(qū))

2. NSStackBlock和NSMallocBlock

因為編譯器長期處在ARC環(huán)境下，所以這兩個一起說隙畜，因為不好捕捉NSStackBlock的瞬間抖部，ARC會自動的將NSStackBlock復制到堆中，變成NSMallocBlock议惰。

步驟 :

1. 對上面NSGlobalBlock的測試代碼做調(diào)整慎颗，增加一個外部變量，并在block內(nèi)部捕獲外部變量言询。

- (void)viewDidLoad {
    
    [super viewDidLoad];
    
    int a = 10;
    
    void(^block)(void) = ^{    //掛上斷點
        NSLog(@"%d",a);
    };
    block();
    
}

2. 刪除之前的所有符號斷點俯萎，在上述代碼注釋處掛上斷點，執(zhí)行項目

圖2.2.0.png

3. 在objc_retainBlock內(nèi)部查看此時的寄存器x0位置运杭，傳入的是什么類型的block夫啊。

圖2.2.1.png

4. 做一個objc_retainBlock符號斷點，進入objc_retainBlock辆憔。一直step into到__Block_copy撇眯，并在__Block_copy的最后一句匯編谆趾，也就是那句返回，掛上斷點叛本。然后再讀寄存器x0

圖2.2.2.png

結(jié)論 :

1. 當block捕獲了外部變量之后沪蓬，block的類型就從NSGlobalBlock變成了NSStackBlock。

2. NSStackBlock存在于__Block_copy完成之前来候。

3. __Block_copy內(nèi)部會將NSStackBlock變?yōu)?code>NSMallocBlock再返回跷叉。

4. NSStackBlock和NSMallocBlock的地址是不一樣的，發(fā)生了一步copy的操作营搅。也就是說云挟，NSStackBlock通過copy可以得到NSMallocBlock。

3. 為什么要對NSStackBlock進行copy

直接說結(jié)論

為了延長block的生命周期转质。

1. 如果block的作用域結(jié)束园欣，那么該block就會被廢棄，其內(nèi)部被__block修飾的外部變量也會隨之被廢棄休蟹。

2. 將block從棧區(qū)復制到堆區(qū)沸枯，即使存放在棧區(qū)的block已經(jīng)被廢棄，堆區(qū)的block依然可以使用赂弓，被__block修飾的外部變量也不會被廢棄绑榴。

圖2.3.0.png

圖2.3.1.png

三、Block的源碼探索

1. Block結(jié)構(gòu)體的解析

在上面我們已經(jīng)知道了Block的本質(zhì)是Block_layout結(jié)構(gòu)體盈魁，這里將對這個結(jié)構(gòu)體的屬性做一個介紹翔怎。

圖3.1.0.png

看圖3.1.0，block的結(jié)構(gòu)體指針中杨耙，可見5個結(jié)構(gòu)體的屬性赤套。

1.1 isa

這個isa，在.cpp的文件中珊膜，賦值的是block的類型容握，前文說過，block一共有6種辅搬，分別是 :

1. _NSConcreteStackBlock
2. _NSConcreteMallocBlock
3. _NSConcreteAutoBlock
4. _NSConcreteFinalizingBlock
5. _NSConcreteGlobalBlock
6. _NSConcreteWeakBlockVariable

而我們常用的block類型只屬于其中的3種 :

1. _NSConcreteGlobalBlock : 全局Block唯沮，對應NSGlobalBlock。
2. _NSConcreteStackBlock : 棧Block堪遂，對應NSStackBlock介蛉。
3. _NSConcreteMallocBlock : 堆Block，對應NSMallocBlock溶褪。

1.2 flags

這是block的標識位币旧。

• 類型是int32_t，表明它有32bit猿妈。
• 用volatile修飾吹菱，為了保證多線程操作的時候巍虫，flags永遠都會從內(nèi)存中讀取真正的block標識數(shù)據(jù)，而不是從CPU寄存器中讀取鳍刷，保證數(shù)據(jù)的正確性占遥。

flags會充分利用內(nèi)存，利用bit位存儲block的一些信息输瓜，類似isa中的ISA_BITFIELD利用位域存儲isa信息瓦胎。

flags的bit位存儲的內(nèi)容 :

// Values for Block_layout->flags to describe block objects
enum {
    BLOCK_DEALLOCATING =      (0x0001),  // runtime
    BLOCK_REFCOUNT_MASK =     (0xfffe),  // runtime
    BLOCK_NEEDS_FREE =        (1 << 24), // runtime
    BLOCK_HAS_COPY_DISPOSE =  (1 << 25), // compiler
    BLOCK_HAS_CTOR =          (1 << 26), // compiler: helpers have C++ code
    BLOCK_IS_GC =             (1 << 27), // runtime
    BLOCK_IS_GLOBAL =         (1 << 28), // compiler
    BLOCK_USE_STRET =         (1 << 29), // compiler: undefined if !BLOCK_HAS_SIGNATURE
    BLOCK_HAS_SIGNATURE  =    (1 << 30), // compiler
    BLOCK_HAS_EXTENDED_LAYOUT=(1 << 31)  // compiler
};

第1位 : 存放著釋放標記。一般利用BLOCK_NEEDS_FREE(1左移24位)尤揣，做位與操作搔啊，再存入該位，記錄block是否需要釋放北戏。

第16位 : 存儲block的引用計數(shù)的值负芋。

第24位 : 是否需要釋放block。它會影響第1位的值嗜愈，也會影響第16位的值旧蛾。

第25位 : 是否擁有拷貝輔助函數(shù)。

第26位 : 是否擁有block析構(gòu)函數(shù)芝硬。

第27位 : 是否有垃圾回收蚜点。

第28位 : 是否是全局變量。

第30位 : block是否擁有一個簽名拌阴。如果沒有簽名，則第29位也不會被定義使用奶镶。

1.3 reserved

我也不知道干什么用的迟赃，如果有大佬知道的話，可以賜教厂镇，萬分感謝纤壁。

1.4 invoke

看其類型——BlockInvokeFunction

typedef void(*BlockInvokeFunction)(void *, ...);

重定義類型的函數(shù)指針，也就是存儲在block塊內(nèi)部的函數(shù)捺信。

1.5 descriptor

block的描述信息酌媒，是結(jié)構(gòu)體。擁有3種descriptor迄靠，其中秒咨，Block_descriptor_1是block一定擁有的描述信息。

1.5.1 Block_descriptor_1

struct Block_descriptor_1 {
    uintptr_t reserved;
    uintptr_t size;
};

存放了一個保留值和一個block的大小掌挚。

1.5.2 Block_descriptor_2

struct Block_descriptor_2 {
    // requires BLOCK_HAS_COPY_DISPOSE
    BlockCopyFunction copy;
    BlockDisposeFunction dispose;
};

存放了一個copy方法和一個dispose方法雨席。

官方注釋 : 當flags中的BLOCK_HAS_COPY_DISPOSE，也就是flags第25位為1的時候吠式，block就會擁有Block_descriptor_2描述陡厘。

1.5.3 Block_descriptor_3

struct Block_descriptor_3 {
    // requires BLOCK_HAS_SIGNATURE
    const char *signature;
    const char *layout;     // contents depend on BLOCK_HAS_EXTENDED_LAYOUT
};

存放了block的簽名和layout抽米，layout依賴于flags的第31位是否為1。

官方注釋 : 當falgs中的BLOCK_HAS_SIGNATURE糙置，也就是flags的第30位為1的時候云茸，block就會擁有Block_descriptor_3。

2. Block的簽名

OC對象都是有簽名的谤饭，既然說Block是OC對象标捺，那么Block也必然有簽名，Block簽名存儲在Block結(jié)構(gòu)體的Block_descriptor_3屬性中网持。

下面來驗證宜岛、并且獲得Block的簽名。

操作1 :

1. 隨便創(chuàng)建一個項目功舀，并在ViewController的viewDidLoad中創(chuàng)建一個block萍倡。
2. 在下面代碼注釋處添加斷點。
3. 打開匯編辟汰。xcode --> Debug --> Debug Workflow --> Always Show Disassembly
4. 連接真機列敲，執(zhí)行代碼。
5. lldb打印x0寄存器中的內(nèi)容帖汞。

- (void)viewDidLoad {
    
    [super viewDidLoad];
    
    void(^block)(void) = ^{    //掛上斷點
        NSLog(@"this is a block");
    };
    block();
    
}

結(jié)果1 :

圖3.2.0.png

這里已經(jīng)可以獲得Block的type encoding了戴而，就是圖3.2.0中的signature : "v8@?0"。關(guān)于type encoding可以看我的這片博客關(guān)于Objective-C type encoding翩蘸。

其中v8表示void總共占用8位所意，@?表示一個不明類型的對象，0表示@?是在這個函數(shù)的第0位地址上催首。

那么扶踊，利用 :

[NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"@?"];

就可以獲得Block的簽名信息。

操作2 :

在lldb上po [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"@?"]

結(jié)果2 :

圖3.2.1.png

結(jié)論 :

1. Block擁有簽名郎任，并且存儲在Block_descriptor_3中秧耗。
2. Block的type encoding是@?。
3. Block的簽名是isObject,isBlock舶治。