Block的本质，揭开Block的神秘面纱

2018-08-22 本文已影响15人小心韩国人

block在我们项目中经常被使用到,它更轻型,使用起来更简单,代码更集中也连贯,方便阅读.本文将从底层的角度,围绕以下四点,解析block的本质,让你更加深刻了解block.

block的原理是怎样的?本质是什么?

__block的作用是什么?有什么注意点?

block的属性修饰词为什么是copy?使用block有哪些注意?

block在修改NSMutableArray时,需不需要添加__block?

一: block的原理是怎样的?本质是什么?

block本质上也是一个OC对象,因为它的内部也有个isa指针

block是封装了函数调用以及函数调用环境的OC对象

接下来我们将通过底层源码来论证上诉两点.
首先我们写一个简单的block,通过clang编译器编译成C++代码,查看一下block的底层机构:

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        int age = 10;
        int height = 10;
        //声明block变量
        void(^myBlock)(void) = ^{
            NSLog(@"age is %d height is %d",age,height);
        };
        //调用block
        myBlock();
    }
    return 0;
}

通过clang编译器执行编译成C++代码:

xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m

clang编译器编译完后会得到一个.cpp格式的文件,这就是我们刚才转换的.m文件的底层代码.我们打开.cpp文件,差不多有三万多行代码,我们直接拖到最下面,找到block相关的代码.为了便于理解,我把block相关的代码分为四个部分:

一: block底层数据结构

// 一: block底层数据结构
struct __main_block_impl_0 {
    struct __block_impl impl; // 1: impl 结构体
    struct __main_block_desc_0* Desc; // 2: block描述信息的结构体
    int age; //3:捕获的外部变量
    int height;
    //4: 和结构体同名的构造函数 ( C++语法 , 类似于 OC 的init方法,返回一个结构体对象,类似于返回self)
    __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, int _age, int _height, int flags=0) : age(_age), height(_height) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};

通过底层代码我们可以看到,block在底层中的数据结构是一个结构体,这个结构体有四个部分组成:
1: struct __block_impl
2: struct __main_block_desc_0
3: 捕获的外部变量
4:和block结构体同名的构造函数
咦~刚才不是说block的内部也有个isa指针吗?怎么没看到呢?看官莫急!
我们找到struct __block_impl 结构体,发现它长这个样子:

//struct __block_impl 结构体
struct __block_impl {
  void *isa; //指向 block 的类型
  int Flags;
  int Reserved;
  void *FuncPtr; //封装了执行 block 代码块的函数地址
};

然后我们再找到struct __main_block_desc_0 结构体 :

static struct __main_block_desc_0 {
  size_t reserved;
  size_t Block_size;//block所占用的大小
} __main_block_desc_0_DATA = { 0, sizeof(struct __main_block_impl_0)};

这3个结构体之间的关系就像下图这样:

转换关系

我们在网上看到的一张很经典的block底层结构的图片就是把这两个结构体成员列表汇总进去得到的:(descriptor结构体中的copy 和 dispose 我们后面会讲到)

网络图片

二: main函数

// 1: main函数
int main(int argc, const char * argv[]) {
    /* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool; 
        int age = 10;
        int height = 10;
        //声明block变量
        void(*myBlock)(int ,int) = ((void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, age, height));
        //调用block
        ((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)myBlock)->FuncPtr)((__block_impl *)myBlock);
    }
    return 0;
}

这段底层代码中,声明block和调用block的部分涉及了太多的类型转换,不便于阅读理解,我们去掉类型转换的部分,简化如下:

// : main函数
int main(int argc, const char * argv[]) {
    /* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool; 
        int age = 10;
        int height = 10;
        //声明block
void(*myBlock)(void) = &__main_block_impl_0(//调用block数据结构中的同名的构造函
                                __main_block_func_0,//封装了block要执行的代码块的函数
                                &__main_block_desc_0_DATA,//block描述信息的结构体
                                age,//把局部变量当做参数传入
                                height
                                );
        //调用block
        myBlock->FuncPtr(myBlock);
    }
    return 0;
}

可以看到,我们在申明block的时候,调用block的构造函数,传入了四个参数,分别是__main_block_func_0 , __main_block_desc_0_DATA , age , height,我们对比着它的构造函数,看看它的内部都做了什么:

  // block底层数据结构
struct __main_block_impl_0 {
    struct __block_impl impl; // 1: impl 结构体
    struct __main_block_desc_0* Desc; // 2: block描述信息的结构体
    int age;//3: 捕获的外部变量
    int height;
    //4: 同名的构造函数 ( C++语法 )
  __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, int _age, int _height, int flags=0) : age(_age), height(_height)  {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock; //isa 指向了block的类型
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp; // 封装了block要执行的代码块的函数
    Desc = desc; //block描述信息的结构体
  }
};

首先,构造函数的内部会给impl结构体的isa指针赋值,决定block的类型;
然后,再把传进来的__main_block_func_0传给了fp,又把fp赋值给了impl结构体的FuncPtr,__main_block_func_0这个函数指针指向封装了block代码块的函数地址;
最后,再把传进来的__main_block_desc_0_DATA结构体赋值给了Desc;
其实这里还隐藏了一个很重要的一步,只是底层代码上没有体现出来:在构造函数的内部,会自动把传递进来_age,_height自动赋值给我们block内部的age,height,这就是block的捕获机制.

我们来分别看一下__main_block_func_0,__main_block_desc_0_DATA这两个结构体长什么样子:

__main_block_func_0 结构体:封装了block执行逻辑的函数

// 封装了block要执行的代码块的函数
static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself, int a, int b) {

 NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_5t_pxd6sp5x6rl9gnk21q2q934h0000gn_T_main_b680e8_mi_0,a,b);

        }

可以看到,就是我们.m中写的很简单的一句NSLog语句.说明block的代码块确实是封装成了一个函数去执行的.

__main_block_desc_0_DATA:

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)};

这个结构体中主要就是一个size_t Block_size 存放了block的大小.

总结:

block的底层就是一个struct __main_block_impl_0类型的结构体,这个结构体中包含一个isa指针,所以从更深的层次来说,block就是一个OC对象.
block结构体中又包含impl和Desc结构体,impl结构体中有一个非常重要的成员FuncPtr,FuncPtr是一个指针,指向了封装了blcok代码块的函数,我们看到调用block的代码:myBlock()的底层实际上是这样子:myBlock->FuncPtr(myBlock);,可以看出调用block其实就是调用了FuncPtr()这个函数
Desc结构体存放了block的大小

今天就先讲一下block的底层数据结构和本质,希望小伙伴们看完后能对block有一些更深刻的认识,如有不对,欢迎指出.互相讨论,共同进步!
下一篇,我们讲解block的变量捕获机制,探究一下block是如何捕获外部变量的

Block的本质，揭开Block的神秘面纱

总结:

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