Objective-C 基础之— Block本质+源码剖析

Posted 2020-11-06 wannagoboy

 

block 又称之为“自带变量的匿名函数”，抛开OC语法定义block的形式不谈，其实好多语言都有类似的函数，比如JS的回调函数（其实就是将一个匿名还是作为函数的实参）、swift的闭包等等。。 
首先讲一下oc block的实质，通过自身的理解，加以各位大神的剖析文章。block 在编译时期会被编译成结构体，也就是说OC的block底层是使用C语言结构体实现的， 和对象、类的实现是一样的（所以其实block就是OC中的一个对象），这个结构体包括两个结构体成员变量和一个构造函数，我们都知道Objective-C是用OC实现底层的，所以我们需要将代码转化为底层的实现（使用Clang -rewrite-objc [文件名]， 这个命令是将OC语言转化成C或者C++的代码，经常使用这个命令我们窥探OC的底层奥秘）

.m 源码

#import <Foundation/Foundation.h>

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

void (^myBlock)(void) = ^{

NSLog(@"hello world");

};

myBlock();

return 0;

}

 

clang 转化成的过程源码

 

// 此结构体 存储了block的isa指针，还有函数指针（调用的时候正是找到此函数指针进行调用）

struct __block_impl {

void *isa;

int Flags;

int Reserved;

void *FuncPtr;

};

// block函数执行体转化

static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {

 

NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_dr_jkts5c395zs9xcx0bt_r7fx40000gn_T_main_7d68a8_mi_0);

}

// 内存管理的结构体

static struct __main_block_desc_0 {

size_t reserved;

size_t Block_size;

} __main_block_desc_0_DATA = { 0, sizeof(struct __main_block_impl_0)};

 

// 转化之后的main函数，我们可以看到block被转化成了一个函数调用，这个函数正是 __main_block_impl_0 机构体的一个构造函数，所以block被转化成了一个 __main_block_impl_0 类型的结构体； 我们看到构造函数传入了两个参数，一个函数指针，一个是结构体__main_block_desc_0实例

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

 

// 其实这句话就是一个指针的赋值，将一个__main_block_impl_0结构体的指针赋值给我们定义的变量myBlock,从这里可以看，OC的block会转化成一个__main_block_impl_0类型结构体

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

// block 的调用， 这句代码的意思是找出__main_block_impl_0结构体的imp结构体（即是一个__block_impl的结构体）然后调用其函数指针FuncPtr，从而调用block内的函数执行体（当然这是过程代码，并没有直接标出myBlock.imp.FuncPtr）

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

 

return 0;

}

// block的结构体 ，包含两个结构体和一个构造函数，

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;

}

};

上面的源码转换成C代码之后，我做了一次完全的剖析，我们可以得出的结论就是，block 的实现其实就是一个结构体，而其的调用则是调用结构体内的函数指针调用函数；下面我将稍微改动一下代码，看一下生成的底层代码，研究一下，截获的外部变量的情况：

我只将不同的代码提出来

.m源代码

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

int a = 10;

void (^myBlock)(void) = ^{

NSLog(@"hello world %d", a);

};

myBlock();

return 0;

}

clang 转换C代码

// 我们看出来了这个时候__main_block_func_0的结构体的构造函数，多传了一个变量a的参数，我们看到，并没有把a的变量指针传递，而是将变量的值传递

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

int a = 10;

void (*myBlock)(void) = ((void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, a));

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

 

return 0;

}

 

// block 函数执行体当然也会变了，生成了一个变量，这个变量是__main_block_impl_0结构体里的变量a

static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {

int a = __cself->a; // bound by copy

 

NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_dr_jkts5c395zs9xcx0bt_r7fx40000gn_T_main_3e8c5a_mi_0, a);

}

// 重要的结构体来了，这个结构体内生成了一个成员变量a

struct __main_block_impl_0 {

struct __block_impl impl;

struct __main_block_desc_0* Desc;

int a;

__main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, int _a, int flags=0) : a(_a) {

impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;

impl.Flags = flags;

impl.FuncPtr = fp;

Desc = desc;

}

};

那么我们可以看出，再没有任何修饰符的情况下，block截获的变量只是一个值，而并不是指针，所以，内部执行函数无法改变block外部的变量 
通过上边的例子，我们可以猜想，如果block的结构体如果可以拥有变量的指针那么，就可以修改外部变量的值了 ，所以 _ block就是做这件事情的，其实_ block的实现远比我们想象的复杂，我们看一下__block 修饰之后转换的代码：

// 我们可以看到加了__block 的变量和不加的变量发生明显的变化，加了__block的变量明显被转化成了一个结构体__Block_byref_c_0， 而且__main_block_impl_0block的结构体正是吧__Block_byref_c_0结构体类型的指针传入了

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

int a = 10;

int b = 20;

__attribute__((__blocks__(byref))) __Block_byref_c_0 c = {(void*)0,(__Block_byref_c_0 *)&c, 0, sizeof(__Block_byref_c_0), 30};

void (*myBlock)(void) = ((void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, a, b, (__Block_byref_c_0 *)&c, 570425344));

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

 

return 0;

}

// 加了__block 的变量被转化的结构提类型

struct __Block_byref_c_0 {

void *__isa;

__Block_byref_c_0 *__forwarding;

int __flags;

int __size;

int c;

};

 

// block的结构体也形成了一个__Block_byref_c_0结构体指针

struct __main_block_impl_0 {

struct __block_impl impl;

struct __main_block_desc_0* Desc;

int a;

int b;

__Block_byref_c_0 *c; // by ref

__main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, int _a, int _b, __Block_byref_c_0 *_c, int flags=0) : a(_a), b(_b), c(_c->__forwarding) {

impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;

impl.Flags = flags;

impl.FuncPtr = fp;

Desc = desc;

}

};

// block的执行函数 也相应的生成了一个C结构体的指针指向block结构的C

static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {

__Block_byref_c_0 *c = __cself->c; // bound by ref

int a = __cself->a; // bound by copy

int b = __cself->b; // bound by copy

 

NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_dr_jkts5c395zs9xcx0bt_r7fx40000gn_T_main_55b164_mi_0, a, b, (c->__forwarding->c));

}

static void __main_block_copy_0(struct __main_block_impl_0*dst, struct __main_block_impl_0*src) {_Block_object_assign((void*)&dst->c, (void*)src->c, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);}

 

static void __main_block_dispose_0(struct __main_block_impl_0*src) {_Block_object_dispose((void*)src->c, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);}

 

static struct __main_block_desc_0 {

size_t reserved;

size_t Block_size;

void (*copy)(struct __main_block_impl_0*, struct __main_block_impl_0*);

void (*dispose)(struct __main_block_impl_0*);

} __main_block_desc_0_DATA = { 0, sizeof(struct __main_block_impl_0),

所以我们可以看得出来_ block 的作用是生成外部变量的指针，从而达到在block内部可以修改的目的;下一篇文章将会结合这篇文章Block的本质，总结_ weak _ block _ strong的使用。 
致谢：https://blog.csdn.net/abc649395594/article/details/47086751 
https://www.jianshu.com/p/fdd7fa9a9e7e 
两篇文章的对我的帮助！