iOS开发：对Block使用的一次研究总结

Posted 2023-03-09 wuwuFQ

在开发中Block是经常使用的，那我们就得知其然，知其所以然。

Block是什么？

Block可以封装一个匿名函数为对象，并捕获上下文所需的数据，并传给目标对象在适当的时候回调。我们使用Block的目的其实就是回调传值，那我们去看看Block的底层，再深入了解一下Block。

Block的底层

Block的底层实现是结构体，和类的底层实现类似，都有isa指针，可以把Block当成是一个对象。

Block_layout是block结构体的底层结构，其源码如下：

// Block 结构体
struct Block_layout 
    //指向表明block类型的类
    void *isa;//8字节
    //用来作标识符的，类似于isa中的位域,按bit位表示一些block的附加信息
    volatile int32_t flags; // contains ref count 4字节
    //保留信息，可以理解预留位置，用于存储block内部变量信息
    int32_t reserved;//4字节
    //函数指针，指向具体的block实现的调用地址
    BlockInvokeFunction invoke;
    //block的附加信息
    struct Block_descriptor_1 *descriptor;
    // imported variables
;

• isa：指向所属类的指针，也就是Block的类型；
• flags：标志变量，用于标记Block的类型、状态等

  // flags 标识
  // Values for Block_layout->flags to describe block objects
  enum 
      //释放标记，一般常用于BLOCK_BYREF_NEEDS_FREE做位与运算，一同传入flags，告知该block可释放
      BLOCK_DEALLOCATING =      (0x0001),  // runtime
      //存储引用引用计数的 值，是一个可选用参数
      BLOCK_REFCOUNT_MASK =     (0xfffe),  // runtime
      //低16位是否有效的标志，程序根据它来决定是否增加或者减少引用计数位的值
      BLOCK_NEEDS_FREE =        (1 << 24), // runtime
      //是否拥有拷贝辅助函数，（a copy helper function）决定block_description_2
      BLOCK_HAS_COPY_DISPOSE =  (1 << 25), // compiler
      //是否拥有block C++析构函数
      BLOCK_HAS_CTOR =          (1 << 26), // compiler: helpers have C++ code
      //标志是否有垃圾回收，OSX
      BLOCK_IS_GC =             (1 << 27), // runtime
      //标志是否是全局block
      BLOCK_IS_GLOBAL =         (1 << 28), // compiler
      //与BLOCK_HAS_SIGNATURE相对，判断是否当前block拥有一个签名，用于runtime时动态调用
      BLOCK_USE_STRET =         (1 << 29), // compiler: undefined if !BLOCK_HAS_SIGNATURE
      //是否有签名
      BLOCK_HAS_SIGNATURE  =    (1 << 30), // compiler
      //使用有拓展，决定block_description_3
      BLOCK_HAS_EXTENDED_LAYOUT=(1 << 31)  // compiler
  ;
  
  

• reserved：保留变量
• invoke：block执行时调用的函数指针，Block调用实际上就是调用的invoke
• descriptor：block的详细描述，包含 copy/dispose 函数，处理block引用外部变量时使用，有三类
  • Block_descriptor_1是必选的
  • Block_descriptor_2 和 Block_descriptor_3 都是可选的

  #define BLOCK_DESCRIPTOR_1 1
  struct Block_descriptor_1 
      uintptr_t reserved;//保留信息
      uintptr_t size;//block大小
  ;
  
  //当block引用对象时，就会新增如下结构：
  #define BLOCK_DESCRIPTOR_2 1
  struct Block_descriptor_2 
      // requires BLOCK_HAS_COPY_DISPOSE
      BlockCopyFunction copy;//拷贝函数指针
      BlockDisposeFunction dispose;
  ;
  
  // 当block有签名时，增加Block_descriptor_3：
  #define BLOCK_DESCRIPTOR_3 1
  struct Block_descriptor_3 
      // requires BLOCK_HAS_SIGNATURE
      const char *signature;//签名
      const char *layout;     // contents depend on BLOCK_HAS_EXTENDED_LAYOUT 布局
  ;
  
  

以上关于descriptor的可以从其构造函数中体现，其中Block_descriptor_2和Block_descriptor_3都是通过Block_descriptor_1的地址内存平移得到的

static struct Block_descriptor_1 * _Block_descriptor_1(struct Block_layout *aBlock)

    return aBlock->descriptor;//默认打印

#endif

//  Block 的描述 : copy 和 dispose 函数
static struct Block_descriptor_2 * _Block_descriptor_2(struct Block_layout *aBlock)

    if (! (aBlock->flags & BLOCK_HAS_COPY_DISPOSE)) return NULL;
    uint8_t *desc = (uint8_t *)aBlock->descriptor;//descriptor_1的地址
    desc += sizeof(struct Block_descriptor_1);//通过内存平移获取
    return (struct Block_descriptor_2 *)desc;


//  Block 的描述 : 签名相关
static struct Block_descriptor_3 * _Block_descriptor_3(struct Block_layout *aBlock)

    if (! (aBlock->flags & BLOCK_HAS_SIGNATURE)) return NULL;
    uint8_t *desc = (uint8_t *)aBlock->descriptor;
    desc += sizeof(struct Block_descriptor_1);
    if (aBlock->flags & BLOCK_HAS_COPY_DISPOSE) 
        desc += sizeof(struct Block_descriptor_2);
    
    return (struct Block_descriptor_3 *)desc;

• variables：block范围外的变量，如果block没有调用任何外部变量，该变量就不存在

Block类型

block主要有三种类型

• 全局块(_NSConcreteGlobalBlock)
• 栈块(_NSConcreteStackBlock)
• 堆块(_NSConcreteMallocBlock)

全局区Block

- (void)checkBlock 
    //不引用任何变量
    void(^block1)(void) = ^
        NSLog(@"wuwuFQ：checkBlock");
    ;
    //有形参有返回值
    int(^block2)(int, int) = ^(int a, int b)
        //a + b
        return a + b;
    ;
    //引用静态变量
   static int a = 0;
    void(^block3)(void) = ^
        NSLog(@"wuwuFQ：%d", a);
    ;
    NSLog(@"wuwuFQ：block1%@", block1);
    NSLog(@"wuwuFQ：block2%@", block2);
    NSLog(@"wuwuFQ：block3%@", block3);

Block在不引用外部变量或只引用全局变量或者静态变量就是全局Block

堆区Block

- (void)checkBlock 
    int a = 10;
    void(^block)(void) = ^
        NSLog(@"wuwuFQ：%d", a);
    ;
    NSLog(@"wuwuFQ：%@", block);

此时的block访问外部变量，默认是强引用发生了copy操作，所以是堆区Block

栈区Block

- (void)checkBlock 
    //引用局部变量a
    int a = 0;
    // Assigning block literal to a weak variable; object will be released after assignment
    void (^__weak block)(void) = ^
        NSLog(@"wuwuFQ：%d", a);
    ;
    NSLog(@"wuwuFQ：%@", block);

通过__weak不进行强持有，block就还是栈区block

总结

• 未引用外部变量时，block无论作为属性还是参数，都在全局区。
• 引用外部变量时，block声明在栈区，但在block调用、赋值给其它strong修饰的变量时，会发生copy操作，从栈区copy到堆区

Block捕获外部变量

普通变量的捕获

Block捕获外部普通变量（不是__block等修饰的变量）会自动生成一个属性来保存。

#import <UIKit/UIKit.h>
int main(int argc, char * argv[]) 
    int a = 11;
    void (^block)(void) = ^(void)
        NSLog(@"%@",@(a));
    ;
    block();

Block编译时自动生成一个__main_block_impl_0结构体

struct __block_impl 
  void *isa;
  int Flags;
  int Reserved;
  void *FuncPtr;
;
struct __main_block_impl_0 
  struct __block_impl impl;// 封装了函数实现的结构体
  struct __main_block_desc_0* Desc;// 里面有内存管理函数,Block_size表示block的大小
  int *static_k; // 捕获到的局部静态变量
  int a; //自动生成a属性来保存捕获的变量a：捕获到的普通局部变量
  __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, int _a, int flags=0) : a(_a) // 构造函数
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;//isa指针
    impl.Flags = flags;//
    impl.FuncPtr = fp;//fp函数作为参数传入，保存在FuncPtr指针，这样block()才能调用函数
    Desc = desc;
  
;

__main_block_impl_0结构体自定义临时变量int a用于捕获的外部变量a，这里面的a实际上已经不是block外面的变量a，这同时也解释了为什么在Block里面无法对a进行修改。

__block变量的捕获

	__block int a = 11;
    void (^block)(void) = ^(void)
        a++;
        NSLog(@"%@",@(a));
    ;
    block();

此时的Block的结构体__main_block_impl_0 代码如下：

struct __main_block_impl_0 
  struct __block_impl impl;
  struct __main_block_desc_0* Desc;
  __Block_byref_a_0 *a; // by ref 
  __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, __Block_byref_a_0 *_a, int flags=0) : a(_a->__forwarding) 
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  
;

此时的__main_block_impl_0和捕获普通对象时的结构基本是一样的，唯一不同在于对外部变量的捕获。多了一个结构体__Block_byref_a_0，这个结构体实际上Block用来捕获__block int a 变量的，其结构体源码如下：

struct __Block_byref_a_0 
  void *__isa;
__Block_byref_a_0 *__forwarding;// 保存变量a的指针
 int __flags;
 int __size;
 int a;// 保存变量a的值
;

可以看出Block不仅捕获__block int a 变量的值，还捕获了a的指针，通过__Block_byref_a_0结构体分别保存在属性int a 和 __Block_byref_a_0 *__forwarding中，这样Block内部和外部指向同一个地址，所以可以修改外部变量。

关于Block的理解

看了很多的文章，也扒了Block底层，那你对Block是怎么理解的呢？

• Block分为三种类型：全局块(_NSConcreteGlobalBlock)、栈块(_NSConcreteStackBlock)、堆块(_NSConcreteMallocBlock)、
• Block不访问外部变量，或访问全局变量、静态变量，Block内存在全局区
• Block访问外部变量，Block声明在栈区，使用时如果发生copy（__weak修饰block不会发生copy），Block内存在堆区
• Block引用局部变量（int a; NSString *str），Block内存在堆区，进行值拷贝，不能修改变量的值
• Block引用__block修饰的局部变量，Block内存在堆区，触发_Block_byref_copy函数发生指针拷贝，可以修改变量的值
• Block引用普通对象（self.view; self.name），Block内存在堆区，触发ARC的copy进行指针拷贝，并retain使得引用计数+1 （这里引申一下：其实Block对局部变量也会持有，但是局部变量的作用域小，会随着Block释放掉，只要对象没有持有Block，对象其实也会随着Block释放掉）

变量或对象在Block内部是 __main_block_impl_0 结构体，调用执行 __main_block_func_0 函数，在 __main_block_func_0 函数里面会判断引用类型（全局变量、局部变量、对象、__block修饰、__weak修饰、Block），执行不同的copy原则。