追踪 Objective-C 方法中的 Block 参数对象

Posted 2021-04-30 Cocoa开发者社区

文章目录

1. 使用方法

2. 实现原理

2.1. 过滤方法的Block参数

2.2. 执行Callback

2.3. 对NSInvocation的一点探索

3. 总结

很多方法最后一个参数是类似于completionBlock这种回调，然而有些API实现一些异常逻辑时会忘记调用传入的Block参数（当然这肯定是bug啦），或者存在多次调用。在调试的时候可能会碰到这种大坑，需要追踪下Block参数何时调用了，甚至是否调用过。如果不方便直接在Block实现中加代码，或者没有源码的情况下，就需要无侵入式地追踪Block参数对象。

可以追踪方法调用时传入的 Block 类型的参数的执行和销毁。基于实现。本文讲述了它的使用方法和实现原理。

使用方法

只需要调用bt_trackBlockArgOfSelector:callback:方法，就能在对应方法执行传入的block参数被调用和销毁的时候得到回调。回调中的内容包含了block对象，回调类型，block 已经执行的次数，执行block的参数、返回值，堆栈信息。

BTTracker *tracker = [self bt_trackBlockArgOfSelector:@selector(performBlock:) callback:^(id  _Nullable block, BlockTrackerCallbackType type, NSInteger invokeCount, void * _Nullable * _Null_unspecified args, void * _Nullable result, NSArray * _Nonnull callStackSymbols) {
   NSLog(@"%@ invoke count = %ld", BlockTrackerCallbackTypeInvoke == type ? @"BlockTrackerCallBackTypeInvoke" : @"BlockTrackerCallBackTypeDead", (long)invokeCount);
}];

当你不想追踪这个方法执行时传入的block参数时，也可以停止追踪：

[tracker stop];

举个栗子，现在有个方法叫performBlock:，只是简单地调用了block参数：

- (void)performBlock:(void(^)(void))block {
    block();
}

调用两次这个方法，每次都传入不同的 block 实现：

__block NSString *word = @"I'm a block";
[self performBlock:^{
   NSLog(@"add '!!!' to word");
   word = [word stringByAppendingString:@"!!!"];
}];
[self performBlock:^{
   NSLog(@"%@", word);
}];

因为执行两次方法传入的是两个不同的block对象，所以会追踪两个block对象的执行和销毁，打印的log如下：

add '!!!' to word
BlockTrackerCallBackTypeInvoke invoke count = 1
I'm a block!!!
BlockTrackerCallBackTypeInvoke invoke count = 1
BlockTrackerCallBackTypeDead invoke count = 1
BlockTrackerCallBackTypeDead invoke count = 1

在block对象销毁的时候

你可以尝试着把performBlock: 的实现改成这样试试：

- (void)performBlock:(void(^)(void))block {
    block();
    block();
    block();
}

实现原理

原理很简单，就是Hook方法后再Hook下Block，流程大致如下：

1. 利用Objective-C Runtime机制Hook某个方法，参考的实现原理。

2. 在方法真正执行前，使用先Hook所有Block类型的参数。Hook模式为BlockHookModeAfter和BlockHookModeDead。

3. 在Block执行后更新执行次数，并将相关信息回调给Tracker。销毁后也会回调给Tracker。

流程大概很简单，复用以前代码。这里主要讲下Track的逻辑。

过滤方法的 Block 参数

在bt_trackBlockArgOfSelector:callback:里获取方法的Type Encoding后判断是否含有Block类型的参数，并将Block参数的Index保存到BTTracker的blockArgIndex属性。

- (nullable BTTracker *)bt_trackBlockArgOfSelector:(SEL)selector callback:(BlockTrackerCallbackBlock)callback
{
    Class cls = bt_classOfTarget(self);
    Method originMethod = class_getInstanceMethod(cls, selector);
    if (!originMethod) {
        return nil;
    }
    const char *originType = (char *)method_getTypeEncoding(originMethod);
    if (![[NSString stringWithUTF8String:originType] containsString:@"@?"]) {
        return nil;
    }
    NSMutableArray *blockArgIndex = [NSMutableArray array];
    int argIndex = 0; // return type is the first one
    while(originType && *originType)
    {
        originType = BHSizeAndAlignment(originType, NULL, NULL, NULL);
        if ([[NSString stringWithUTF8String:originType] hasPrefix:@"@?"]) {
            [blockArgIndex addObject:@(argIndex)];
        }
        argIndex++;
    }
    BTTracker *tracker = BTEngine.defaultEngine.trackers[bt_methodDescription(self, selector)];
    if (!tracker) {
        tracker = [[BTTracker alloc] initWithTarget:self selector:selector];
        tracker.callback = callback;
        tracker.blockArgIndex = [blockArgIndex copy];
    }
    return [tracker apply] ? tracker : nil;
}

bt_trackBlockArgOfSelector:callback:方法返回的BTTracker对象也保存了callback回调。

执行Callback

遍历之前保存的Block参数Index列表blockArgIndex，从NSInvocation中取到Block参数后，就可以Hook了。Block的执行次数保存到了BHToken上，每次执行都会累加。在Block执行或销毁后都会调用callback，只是传的参数稍有不同。

for (NSNumber *index in tracker.blockArgIndex) {
   if (index.integerValue < invocation.methodSignature.numberOfArguments) {
       __unsafe_unretained id block;
       [invocation getArgument:&block atIndex:index.integerValue];
       __weak typeof(block) weakBlock = block;
       __weak typeof(tracker) weakTracker = tracker;
       BHToken *tokenAfter = [block block_hookWithMode:BlockHookModeAfter usingBlock:^(BHToken *token) {
           __strong typeof(weakBlock) strongBlock = weakBlock;
           __strong typeof(weakTracker) strongTracker = weakTracker;
           NSNumber *invokeCount = objc_getAssociatedObject(token, NSSelectorFromString(@"invokeCount"));
           if (!invokeCount) {
               invokeCount = @(1);
           }
           else {
               invokeCount = [NSNumber numberWithInt:invokeCount.intValue + 1];
           }
           objc_setAssociatedObject(token, NSSelectorFromString(@"invokeCount"), invokeCount, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN);
           if (strongTracker.callback) {
               strongTracker.callback(strongBlock, BlockTrackerCallbackTypeInvoke, invokeCount.intValue, token.args, token.retValue, [NSThread callStackSymbols]);
           }
       }];
       [block block_hookWithMode:BlockHookModeDead usingBlock:^(BHToken *token) {
           __strong typeof(weakTracker) strongTracker = weakTracker;
           NSNumber *invokeCount = objc_getAssociatedObject(tokenAfter, NSSelectorFromString(@"invokeCount"));
           if (strongTracker.callback) {
               strongTracker.callback(nil, BlockTrackerCallbackTypeDead, invokeCount.intValue, nil, nil, [NSThread callStackSymbols]);
           }
       }];
   }
}

对NSInvocation的一点探索

在从NSInvocation对象获取参数时，需要先调用retainArguments方法让NSInvocation将Block参数copy。因为有些Block参数类型是__NSStackBlock__，需要拷贝到堆上，否则从NSInvocation获取的Block不会销毁。

getArgument:atIndex: 方法只是将第index个参数指针的值拷贝到buffer中，而retainArguments才是真的对C字符串和Block拷贝。

我还为此做了个小实验。一个类外部声明并调用了test:方法，但其实内部实现的foo: 方法。通过实现methodSignatureForSelector:让消息转发流程走到forwardInvocation:方法中。然后向Block参数关联BTDealloc对象，在test:方法执行后，BTDealloc类的dealloc方法并没有执行。也就是说通过NSInvocation获取的Block参数没销毁；如果先调用了retainArguments就会销毁。

- (void)test:(void(^)(void))block;
- (void)foo: (void(^)(void)) block {
    block();
}
- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector
{
    return [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"v@:@?"];
}
- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation
{
//    [anInvocation retainArguments];
    void **invocationFrame = ((__bridge struct BTInvocaton *)anInvocation)->frame;
    void *blockFromFrame = invocationFrame[2];
    void *block;
    [anInvocation getArgument:&block atIndex:2];
    BTDealloc *btDealloc = [BTDealloc new];
    objc_setAssociatedObject((__bridge id)block, @selector(foo:), btDealloc, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN);
    anInvocation.selector = @selector(foo:);
    [anInvocation invoke];
}

通过对NSInvocation对象的解析，我发现NSInvocation的参数存储于一个私有成员变量_frame中，试着将其强转为二级指针，也就是指针数组。拿到对应index的值blockFromFrame跟block作比较，发现是一样的。这里获取_frame需要强转下，NSInvocation的内存模型如下：

struct BTInvocaton {
    void *isa;
    void *frame;
    void *retdata;
    void *signature;
    void *container;
    uint8_t retainedArgs;
    uint8_t reserved[15];
};

总结

由于Hook Method的逻辑是在消息转发流程搞事情，所以跟Aspects一样不能同时Hook父类和子类类相同方法。因为如果子类调用父类的实现，就会死循环。如果Hook方法这部分使用等交换IMP的方式实现，也会有着严重依赖Hook顺序导致调用错乱的问题。还是基于桥的Hook牛逼，汇编跳板，我这辈子是看不懂了。

老子终于在这个月最后一天快结束的时候憋出来一篇大水文！搬砖累死了没时间研究技术，你们尽管喷！

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