block 底层原理

2021-09-08 本文已影响0人 HotPotCat

一、block 简介

1.1 block 分类

NSGlobalBlock：
- 位于全局区。
- 在 Block内部不使用外部变量，或者只使用静态变量和全局变量。
NSMallocBlock：
- 位于堆区。
- 在Block内部使用局部变量或者OC属性，并且赋值给强引用或者copy修饰的变量。
NSStackBlock：
- 位于栈区。
- 与NSMallocBlock一样，可以在内部使用局部变量或者OC属性。但是不能赋值给强引用或者copy修饰的变量。

验证：

void (^globalBlock)(void) = ^{
    NSLog(@"globalBlock");
};

int a = 10;
void (^mallocBlock)(void) = ^{
    NSLog(@"mallocBlock - %d",a);
};

void (^__weak stackBlock)(void) = ^{
    NSLog(@"stackBlock - %d",a);
};

NSLog(@"globalBlock: %@\nmallocBlock: %@\nstackBlock: %@",globalBlock, mallocBlock, stackBlock);

输出：

globalBlock: <__NSGlobalBlock__: 0x10982a050>
mallocBlock: <__NSMallocBlock__: 0x6000011c1950>
stackBlock: <__NSStackBlock__: 0x7ffee63d60c0>

ARC下需要使用__weak修饰才是stackBlock。block持有的是^{}的指针，指向它的内存空间。

1.2 block 拷⻉到堆 block

⚠️ 前提是捕获了局部变量或者OC属性。

手动copy。

NSObject *objc = [NSObject alloc];
void(^ __weak weakBlock)(void) = ^{
    NSLog(@"%@",objc);
};
//copy
NSLog(@"weakBlock: %@,weakBlock copy: %@",weakBlock,[weakBlock copy]);
//weakBlock: <__NSStackBlock__: 0x7ffee3a8e5c8>,weakBlock copy: <__NSMallocBlock__: 0x60000316d860>

block作为返回值。

- (void(^)(void))returnBlock {
     int a = 0;
    return ^{
        NSLog(@"%d",a);
    };
}
//调用
NSLog(@"return block: %@",[self returnBlock]);

//输出
return block: <__NSMallocBlock__: 0x600002ad0f60>

目前在ARC下在运行时默认会自动copy成堆block，在MRC下返回栈block会直接报错，需要copy到堆区再返回：

image.png

被强引用或者copy修饰（捕获了局部变量/oc属性）。默认情况下就是__strong。

void(^strongBlock)(void) = ^{
    NSLog(@"%@",objc);
};

系统API包含usingBlock。

- (void)block_copy_usingBlock {
    NSArray *arrar = @[@1,@2,@3];
    void (^usingBlock)(id  _Nonnull obj, NSUInteger idx, BOOL * _Nonnull stop) = ^(id  _Nonnull obj, NSUInteger idx, BOOL * _Nonnull stop) {
        
    };
    [arrar enumerateObjectsUsingBlock:usingBlock];
    NSLog(@"%@",usingBlock);
}

这个时候定义的usingBlock是全局block，输出也是。不过打断点后底层调用了_Block_copy（最终不会真的copy，全局block就直接返回了）：

image.png

当自己定义的函数有block参数时：

int a = 10;
[self block:^{
    NSLog(@"%d",a);
}];
NSLog(@"end");

- (void)block:(void (^)(void))block {
    block();
    NSLog(@"%@",block);
}

block本身是栈block，不会调用_Block_copy。当内部使用NSLog打印block时打印的是堆block，这个时候调用了_Block_copy：

image.png

NSLog打印时block转成OC对象进行了Copy。

1.3 block 案例分析

1.3.1 block 捕获变量的引用计数

NSObject *objc = [NSObject new];
//1
NSLog(@"retain count: %ld",CFGetRetainCount((__bridge CFTypeRef)(objc)));

//1 + 2 (栈1 + 堆 1)
void(^strongBlock)(void) = ^{
    NSLog(@"retain count: %ld",CFGetRetainCount((__bridge CFTypeRef)(objc)));
};
strongBlock();
//栈1
void(^__weak weakBlock)(void) = ^{
    NSLog(@"retain count: %ld",CFGetRetainCount((__bridge CFTypeRef)(objc)));
};
weakBlock();
//堆1
void(^mallocBlock)(void) = [weakBlock copy];
mallocBlock();

输出：

retain count: 1
retain count: 3
retain count: 4
retain count: 5

objc创建后引用计数1。输出1。后续的block都对objc进行了持有。
strongBlock是一个堆block，从栈拷贝到堆（栈+1，堆+1）引用计数+2。输出3。
weakBlock是一个栈block，引用计数+1。输出4。
mallocBlock是从weakBlock拷贝的，是一个堆block引用计数+1。输出5。
这里weakBlock与mallocBlock是对strongBlock的拆分。

当将objc使用__weak修饰时:

NSObject *objc = [NSObject new];
//1
NSLog(@"retain count: %ld",CFGetRetainCount((__bridge CFTypeRef)(objc)));

__weak NSObject *weakObjc = objc;
//放入弱引用表中，+1 = 2
NSLog(@"retain count: %ld",CFGetRetainCount((__bridge CFTypeRef)(weakObjc)));

void(^strongBlock)(void) = ^{
    //弱引用表中已经存在，仍然是2
    NSLog(@"retain count: %ld",CFGetRetainCount((__bridge CFTypeRef)(weakObjc)));
};
strongBlock();

void(^__weak weakBlock)(void) = ^{
    //弱引用表中已经存在，仍然是2
    NSLog(@"retain count: %ld",CFGetRetainCount((__bridge CFTypeRef)(weakObjc)));
};
weakBlock();

void(^mallocBlock)(void) = [weakBlock copy];
mallocBlock();

输出：

retain count: 1
retain count: 2
retain count: 2
retain count: 2
retain count: 2

weakObjc是一个__weak修饰的变量被放入了弱引用表，本身不会对引用计数产生变化，在调用CFGetRetainCount的时候内部会调用objc_loadWeakRetained对原始对象引用计数+1，然后调用retainCount，最后调用objc_release对引用计数-1，所以输出的引用计数会多1。

1.3.2 block 的内存拷贝

int a = 0;
void(^ __weak weakBlock)(void) = ^{
    NSLog(@"%d", a);
};
struct _HPBlock *blc = (__bridge struct _HPBlock *)weakBlock;
//stack  block，只是赋值
id __strong strongBlock = weakBlock;
blc->invoke = nil;
//类型强转
void(^strongBlock1)(void) = strongBlock;
strongBlock1();

_HPBlock是模仿block的底层结构写了一个结构体，block底层就是结构体。主要是为了修改invoke，invoke在底层是一个函数指针指向代码块地址。这样其实能达到hook block的目的。

上面的代码运行会报错：

image.png
因为将blc指向了weakBlock设置invoke为nil从而导致callout的时候找不到invoke。
修改strongBlock如下：

//id __strong strongBlock = weakBlock;
//栈 -> 堆
id __strong strongBlock = [weakBlock copy];

这个时候运行就没有问题了，strongBlock是对weakBlock的一份copy。在拷贝之后对blc的invoke置为nil相当于是对栈中block的invoke进行的修改，对堆中的strongBlock没有影响。
如果block本身已经在堆中了再对其copy只是引用计数+1，这个时候修改invoke也会影响到堆中copy的block。

block从栈中copy到堆中是深拷贝，堆中block拷贝是引用计数增加。

1.3.3 block 堆栈释放差异

- (void)testBlock3 {
    int a = 10;
    void(^__weak weakBlock)(void) = nil;
    {
        //代码块中 strongBlock 捕获 a
        void(^__weak strongBlock)(void) = ^{
            NSLog(@"a：%d", a);
        };
        //栈block给到weakBlock，weakBlock是栈block
        weakBlock = strongBlock;
    }
    weakBlock();
}

上面的代码运行输出：

a：10

strongBlock是一个栈block捕获了a，然后将strongBlock赋值给weakBlock此时weakBlock也是栈block。出了代码块作用域后调用栈block仍然有用。因为栈block的作用域是函数的栈中由系统自动回收，与代码块无关。
在代码块中代码执行完毕后此时栈中数据为：self - testBlock3 - a - weakBlock。可以通过读取栈中数据进行验证，修改代码如下：

- (void)testBlock3 {
    int a = 10;
    void(^__weak weakBlock)(void) = nil;
    {
        //代码块中 strongBlock 捕获 a
        void(^__weak strongBlock)(void) = ^{
            NSLog(@"a：%d", a);
        };
        weakBlock = strongBlock;
        NSLog(@"weakBlock：%@ strongBlock：%@",weakBlock,strongBlock);
    }

    //验证栈中数据
    void *sp  = (void *)&self;
    void *end = (void *)&weakBlock;
    long count = (sp - end) / 0x8;

    for (long i = 0; i <= count; i++) {
        void *address = sp - 0x8 * i;
        if (i == 1) {//SEL
            NSLog(@"%p : %s",address, *(void **)address);
        } else if (i == 2) {//int
            //由于int存储在高32位中，所以右移还原
            NSLog(@"%p : %d",address, *(uint64_t*)(address) >> 32);
        } else {//object
            NSLog(@"%p : %@",address, *(void **)address);
        }
    }
    //end

    weakBlock();
}

int数据只占用4字节，所以右移32位还原。输出：

0x7ffee8852118 : <ViewController: 0x7fad1dc05750>
0x7ffee8852110 : testBlock3
0x7ffee8852108 : 10
0x7ffee8852100 : <__NSStackBlock__: 0x7ffee88520d0>

由于栈中内存分配从高到低，所以这里输出顺序与上面分析完全相反。当然也可以直接lldb调试查看：

image.png

将strongBlock的__weak修饰去掉：

- (void)testBlock3 {
    int a = 10;
    void(^__weak weakBlock)(void) = nil;
    {
        //代码块中 strongBlock 捕获 a
        void(^strongBlock)(void) = ^{
            NSLog(@"a：%d", a);
        };
        //堆block给到 weakBlock 两个都变为堆block
        weakBlock = strongBlock;
        NSLog(@"weakBlock：%@ strongBlock：%@",weakBlock,strongBlock);
    }
    weakBlock();
}

输出：

weakBlock：<__NSMallocBlock__: 0x600000309050> strongBlock：<__NSMallocBlock__: 0x600000309050>

这个时候运行输出block类型后就崩溃了，因为strongBlock是堆block作用域是代码块中（出了作用域会调用_Block_release）。而weakBlock是弱引用（也是堆block，与strongBlock指向同一块内存空间）指向strongBlock没有强持有strongBlock出了作用域后strongBlock就释放了，weakBlock就为nil了。

image.png

此时修改a为NSObject类型的变量objc：

- (void)testBlock3 {
    NSObject *objc = [NSObject alloc];
    void(^__weak weakBlock)(void) = nil;
    {
        //代码块中 strongBlock 捕获 objc
        void(^__weak strongBlock)(void) = ^{
            NSLog(@"objc：%@", objc);
        };
        weakBlock = strongBlock;
        NSLog(@"weakBlock：%@ strongBlock：%@",weakBlock,strongBlock);
    }

    //验证栈中数据
    void *sp  = (void *)&self;
    void *end = (void *)&weakBlock;
    long count = (sp - end) / 0x8;

    for (long i = 0; i <= count; i++) {
        void *address = sp - 0x8 * i;
        if (i == 1) {//SEL
            NSLog(@"%p : %s",address, *(void **)address);
        }
        else {//object
            NSLog(@"%p : %@",address, *(void **)address);
        }
    }
    //end
    weakBlock();
}

输出：

weakBlock：<__NSStackBlock__: 0x7ffee5b1d0d0> strongBlock：<__NSStackBlock__: 0x7ffee5b1d0d0>
0x7ffee5b1d118 : <ViewController: 0x7f9128b06980>
0x7ffee5b1d110 : testBlock3
0x7ffee5b1d108 : <NSObject: 0x600003b64350>
0x7ffee5b1d100 : <__NSStackBlock__: 0x7ffee5b1d0d0>
objc：(null)

可以看到此时block中objc输出null，而objc在栈中是存在的。a是值拷贝，objc是引用计数增加。
如果weakBlock与strongBlock都是强引用那么此时block中objc是可以输出的。那么说明栈block在捕获的对象在出了作用域后释放了。也就是说如果block是一个assign或者weak修饰的属性，那么捕获的对象也是被释放的。

栈的作用域在函数栈区，堆的作用域在代码块中。栈block作用域同理。
block捕获对象是指针引用，捕获基本数据类型是值拷贝。栈block捕获的对象类型在出了作用域后对象就被释放了。
weak或者assign修饰的block在出了函数栈后block被释放，为空；在出了作用域后捕获的对象被释放，为空。

1.3.4 栈block

- (void)blockHeap {
    int a = 0;
    void(^ __weak block)(void) = ^{
        NSLog(@"---%d", a);
    };
    dispatch_block_t dispatch_block = ^{
        block();
    };
    dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(3 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), dispatch_block);
}

以上代码在执行后会crash，由于延迟调用的原因出了函数后栈block被释放了。
这个时候可以加个阻塞就不会崩溃了：

- (void)blockHeap {
    int a = 0;
    void(^ __weak block)(void) = ^{
        NSLog(@"---%d", a);
    };
    dispatch_block_t dispatch_block = ^{
        block();
    };
    dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(3 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), dispatch_block);
//    sleep(3);
    [[NSRunLoop currentRunLoop] runUntilDate:[NSDate dateWithTimeIntervalSinceNow:3]];
}

那么如果block是一个堆block呢？

- (void)blockHeap {    
    int a = 0;
    void(^block)(void) = ^{
        NSLog(@"---%d", a);
    };
    dispatch_block_t dispatch_block = ^{
        block();
    };
    dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(3 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), dispatch_block);
}

运行不会有问题。两个的区别是__weak与__strong，dispatch_block对于这两个的捕获是与修饰符对应的。这也就是block的 遇弱捕弱，遇强补强。

二、block 的循环引用

正常对象的释放流程如下：

image.png

当block和对象互相持有时：

image.png

2.1 案例1

typedef void(^HPBlock)(void);

@property (nonatomic, copy) HPBlock block;
@property (nonatomic, copy) NSString *name;

self.name = @"HotpotCat";
self.block = ^(){
    NSLog(@"%@",self.name);
};
self.block();

以上案例会造成循环引用self -> block -> self。这个时候使用__weak修饰self就可以解决循环引用了：

self.name = @"HotpotCat";
__weak typeof(self) weakSelf = self;
self.block = ^(){
    NSLog(@"%@",weakSelf.name);
};
self.block();

这个时候持有链变成了self -> block -> weakSelf(nil) -> block所以不会造成循环引用。在block内部执行一个延时操作：

self.name = @"HotpotCat";
__weak typeof(self) weakSelf = self;
self.block = ^(){
    dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(3 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
        NSLog(@"%@",weakSelf.name);
    });
};
self.block();

在快速退出页面后，打印的时候self已经释放了。这个时候需要在block内部对weakSelf进行强引用：

self.name = @"HotpotCat";
__weak typeof(self) weakSelf = self;
self.block = ^(){
    __strong typeof(weakSelf) strongSelf = weakSelf;
    dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(3 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
        NSLog(@"%@",strongSelf.name);
    });
};
self.block();

这个时候持有链变成了self -> block -> strongSelf(临时变量) —> weakSelf(nil) > block。这个时候strongSelf只是一个临时变量，出了作用域空间strongSelf就释放了。当延迟函数没有执行完毕退出页面的时候并不马上释放，等到执行完毕后才进行释放。weakSelf会自动置空，在block内部strongSelf对weakSelf进行了短暂的持有。这种解决循环引用的方式是 weak-strong-dance(强弱共舞)。

那么修改为网络请求呢？

__weak typeof(self) weakSelf = self;
[[[NSURLSession sharedSession] dataTaskWithRequest:[NSURLRequest requestWithURL:[NSURL URLWithString:@"https://www.raywenderlich.com"]] completionHandler:^(NSData * _Nullable data, NSURLResponse * _Nullable response, NSError * _Nullable error) {
    __strong typeof(weakSelf) strongSelf = weakSelf;
    dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(5 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
        NSLog(@"%@",strongSelf);
    });
}] resume];

在进入页面后立马退出，输出:

(null)

与上面的区别是在执行完NSURLSession的时候weakSelf已经是nil了，内部strongSelf指向的就是nil。(这里没有互相持有)。

__weak 是将修饰的变量放入弱引用表，用的时候从弱引用表取出。取的时候如果为nil了就赋值nil，否则就赋值它所指向的对象给临时变量，临时变量出了作用域后自动释放。这也就是weak能解决循环引用的根本原因。

2.2 五种解决循环引用的方式

除了上面说大家比较熟悉的 weak-strong-dance(强弱共舞) 解决循环引用的方式，还有4种方式。

2.2.1 临时变量置nil

__block ViewController *vc = self;
self.block = ^(){
    dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(3 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
        NSLog(@"%@",vc.name);
        vc = nil;
    });
};
self.block();

使用本身的类型接收self然后用__block修饰，这个时候的持有关系是vc -> self -> block -> vc，但是在使用完毕后vc = nil切断了循环引用的链条也就断开了循环引用。

⚠️ 当然也可以在调用后或者在block内部调用完成时直接设置self.block = nil。一般这么做没什么意义，block设置为属性的目的就是为了多次使用，如果只使用一次就释放直接局部block就可以了。

2.2.2 self 作为 block 参数

typedef void(^HPBlock)(ViewController *);

self.block = ^(ViewController *vc){
    dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(3 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
        NSLog(@"%@",vc.name);
    });
};
self.block(self);

将self作为了参数传递给block，block内部是对参数的引用，不会造成循环引用。

⚠️另外两种待补充

2.3 案例2

static ViewController *staticSelf;

- (void)weak_static {
    __weak typeof(self) weakSelf = self;
    staticSelf = weakSelf;
}

以上案例在页面退出的时候dealloc不会执行造成了内存泄露。此时持有关系是staticSelf -> weakSelf -> self。
那么weakSelf为什么没有释放呢？
本质上staticSelf 、weakSelf 、self都指向同一块内存空间：

image.png
而staticSelf是全局变量并不会释放，所以即使退出页面页面也不会释放。

2.4 案例3

typedef void(^HPBlock)(void);

@property (nonatomic, copy) HPBlock block1;
@property (nonatomic, copy) HPBlock block2;

- (void)block_weak_strong {
    __weak typeof(self) weakSelf = self;
    self.block1 = ^{
        __strong typeof(weakSelf) strongSelf = weakSelf;
        weakSelf.block2 = ^{
            NSLog(@"%@",strongSelf);
        };
       weakSelf.block2();
    };
   self.block1();
}

以上代码会造成循环引用。虽然strongSelf是一个临时变量，但是strongSelf被block2持有了（出了block1代码块仍然不会释放），block2又被self持有就有了self -> block2 -> strongSelf(与self指向同一块内存)。这个时候由于strongSelf不会自动置为nil所以会造成循环引用。

即使不调用block2也会造成循环引用，因为赋值的时候已经持有了。

那么如果修改如下呢?

- (void)block_weak_strong {
    self.block = ^{
        void (^block1)() = ^ {
            NSLog(@"%@",self);
        };
        block1();
    };
   self.block();
}

这个时候仍然会造成循环引用，由于 block的捕获是逐层捕获的：

image.png

2.4.1 强弱共舞解决循环引用

这个时候如果block2中直接使用weakSelf或者再对strongSelf转一次weak就可以解决问题了：

__weak typeof(self) weakSelf = self;
self.block1 = ^{
    __strong typeof(weakSelf) strongSelf = weakSelf;
    __weak typeof(strongSelf) weakSelfAgain = strongSelf;
    weakSelf.block2 = ^{
        //NSLog(@"%@",weakSelf);
        NSLog(@"%@",weakSelfAgain);
    };
   weakSelf.block2();
};
self.block1();

此时如果block2中还有延迟函数就又要进行一次临时变量强持有了：


__weak typeof(self) weakSelf = self;
self.block1 = ^{
    __strong typeof(weakSelf) strongSelf = weakSelf;
    __weak typeof(strongSelf) weakSelfAgain = strongSelf;
    weakSelf.block2 = ^{
        __strong typeof(weakSelfAgain) strongSelfAgain = weakSelfAgain;
        dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(3 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
            NSLog(@"%@",strongSelfAgain.name);
        });
    };
   weakSelf.block2();
};
self.block1();

就无限套娃就完事了。

2.4.2 临时变量置为nil

__weak typeof(self) weakSelf = self;
self.block1 = ^{
    __block ViewController* vc = weakSelf;
    weakSelf.block2 = ^{
        dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(3 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
            NSLog(@"%@",vc.name);
            vc = nil;
        });
    };
   weakSelf.block2();
};
self.block1();

对于block2中有延时任务的时候也可以通过临时变量使用完置为nil解决循环引用，当然没有延时任务直接使用weakSelf就完事了。

前面分析了block的分类以及循环引用，那么有以下疑问：

block copy后就从栈区到堆区了，究竟是怎么处理的呢？
block是如何捕获变量的呢？
block捕获的对象是怎么保存和释放的呢？

三、block 的 Clang 底层分析

一个最简单的block:

#include <stdio.h>

int main(){
    int a = 18;
    void(^block)(void) = ^{
        printf("%d",a);
    };
    block();
    return 0;
}

通过clang编译成.cpp文件，此时main函数变成了：

int main(){
    int a = 18;
    void(*block)(void) = ((void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, a));
    ((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)block)->FuncPtr)((__block_impl *)block);
    return 0;
}

为了方便忽略类型强转还原后如下：

int main(){
    int a = 18;
    //（__main_block_impl_0）函数调用的结果取地址给到 block，参数是 __main_block_func_0，&__main_block_desc_0_DATA 以及 a
    void(*block)(void) = &__main_block_impl_0(__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, a);
    //调用 block->FuncPtr，参数是 block 自己
    block->FuncPtr(block);
    return 0;
}

void(^block)(void)相当于__main_block_impl_0的调用结果赋值给它，参数是__main_block_func_0、&__main_block_desc_0_DATA以及a。
block()执行相当于block调用FuncPtr参数是自己。

3.1 __main_block_impl_0

__main_block_impl_0是一个结构体：

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;
  }
};

通过结构体的构造函数生成block，3个参数与结构体的成员变量对应。当block不持有临时变量时：

image.png

此时如果捕获的是对象类型呢？

IMG_6.png
可以看到仍然是对objc的赋值，这里变成了引用类型也就是持有。

block捕获值类型/引用类型的时候内部结构体生成了对应的成员变量，通过C++语法在构造函数中直接赋值。
在编译阶段所有类型的block的isa都指向_NSConcreteStackBlock，也就是说block类型是在运行时确定的。

既然block在底层是一个结构体，而oc对象在底层也是结构体。那么block是否是oc的对象呢？

void (^block)(void) = ^ {
    NSLog(@"test");
};

NSLog(@"%d",[block isKindOfClass:NSClassFromString(@"__NSGlobalBlock__")]);

输出:1。那么可以确定其实block也是oc对象。在源码中有如下定义：

image.png

block也是oc对象，继承自NSObject。

3.2 __main_block_func_0

第一个参数fp(__main_block_func_0)赋值给了FuncPtr，FuncPtr是在block调用的时候进行调用的。fp是函数式保存，这样就说明如果block不执行它的功能就不会被调用。
__main_block_func_0内部获取了结构体存储的值，对于值类型/引用类型以及__block修饰的类型的存储与调用如下：

image.png

基本类型存储的是值，调用的是存储的这个值。
引用类型存储的是指针，调用的是对应的指针。
__block修饰的类型存储的是__Block_byref_，调用的是ref->__forwarding->b。

那么__block究竟干了什么呢？

3.2.1 基本类型的__block

在main中b变成了__Block_byref_b_0（精简后的去掉了类型强转）：

__Block_byref_b_0 b = {
    (void*)0,
    (__Block_byref_b_0 *)&b,//取b本来的的地址
    0,
    sizeof(__Block_byref_b_0),
    20};

__Block_byref_b_0结构如下：

struct __Block_byref_b_0 {
  void *__isa;
__Block_byref_b_0 *__forwarding;
 int __flags;
 int __size;
 int b;
};

这里看__forwarding就是指向b。在block的构造函数中赋值给b的是__forwarding也就是b的指针。所以加了__block后基本数据类型就指向了外部的变量，这个时候修改ref就是修改外部的基本类型了。

3.2.2 引用类型的 __block

objc2变成了__Block_byref_objc2_1类型：

__Block_byref_objc2_1 objc2 = {
    (void*)0,
    (__Block_byref_objc2_1 *)&objc2,//取objc2本来的地址，指向的内存空间
    33554432,
    sizeof(__Block_byref_objc2_1),
    __Block_byref_id_object_copy_131,
    __Block_byref_id_object_dispose_131,
    ((NSObject *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("NSObject"), sel_registerName("alloc"))};

__Block_byref_objc2_1的结构如下：

struct __Block_byref_objc2_1 {
  void *__isa;
__Block_byref_objc2_1 *__forwarding;
 int __flags;
 int __size;
 void (*__Block_byref_id_object_copy)(void*, void*);
 void (*__Block_byref_id_object_dispose)(void*);
 NSObject *objc2;
};

__forwarding指向objc2指向的内存空间。也就是__forwarding与objc2两个指针指向了同一片内存空间，不是之前的指向objc2了。所以就能在block内部修改objc2本身了。

__block生成了__Block_byref_结构体，传递给结构体的是对应指向的内存空间。

在__Block_byref_objc2_1中还发现了__Block_byref_id_object_copy以及__Block_byref_id_object_dispose，对应的传递的函数为__Block_byref_id_object_copy_131与__Block_byref_id_object_dispose_131（只有定义没有调用）：

static void __Block_byref_id_object_copy_131(void *dst, void *src) {
 _Block_object_assign((char*)dst + 40, *(void * *) ((char*)src + 40), 131);
}
static void __Block_byref_id_object_dispose_131(void *src) {
 _Block_object_dispose(*(void * *) ((char*)src + 40), 131);
}

内部调用了_Block_object_assign与_Block_object_dispose。

3.3 __main_block_desc_0

block构造函数的第二个参数是__main_block_desc_0_DATA：

image.png

reserved是保留字段。
Block_size block(__main_block_impl_0)的大小，实际上就是成员变量占用的内存空间。
copy拷贝函数，传递的是__main_block_copy_0。
dispose释放函数，传递的是__main_block_dispose_0。

__main_block_copy_0以及__main_block_dispose_内部对block持有的引用类型以及__block修饰的类型(ref)进行了_Block_object_assign与_Block_object_dispose的调用，他们的实现并没有在.cpp文件中。

3.2 __weak

__weak为什么能解决循环引用呢？

NSObject *objc = [NSObject alloc];
__weak NSObject *objc2 = [NSObject alloc];
void(^block)(void) = ^{
    NSLog(@"%@,%@",objc,objc2);
};
block();

image.png
可以看到block对weak变量的持有也是__weak类型，调用依然是。也就是对应的 遇弱捕弱，遇强补强。

四、汇编分析block底层

void(^block)(void) = ^{
    NSLog(@"HotpotCat");
};
block();

在有缓存的情况下可能会省略掉，最好使用一个新的工程测试。

4.1 定位到 _Block_copy

对block的赋值下断点查看汇编调用：

image.png
下符号断点objc_retainBlock或者直接跟踪进去：

image.png
定位到了libobjc objc_retainBlock，在源码中它的实现如下：

id objc_retainBlock(id x) {
    return (id)_Block_copy(x);
}

内部调用了_Block_copy，它的实现并不在objc中：

image.png
继续对_Block_copy下符号断点：

image.png
定位到了libsystem_blocks.dylib，那也就是说block的实现是在libsystem_blocks中的。libsystem_blocks本身没有开源，可以通过libclosure工程替代。

可以将libclosure编译成可运行的工程调试。

4.2 汇编分析 _Block_copy

断点进入_Block_copy后读取寄存器查看参数：

image.png
这个时候是一个全局block，修改代码让block持有变量再次查看：

image.png
变成了栈block，也就是说在_Block_copy之前仍然是栈block。在汇编ret继续断点查看x0：

image.png

block在编译阶段isa指针指向_NSConcreteStackBlock，在运行阶段调用_Block_copy之后从栈block变成了堆block。

4.3 汇编分析签名函数

在打印block的时候有一个signature，它是否v8@?0就是上面block的签名呢？

v返回值void。
8代表占用的空间。
@?代表一个类型，从0号位置开始占用8字节。

image.png

block的签名类型就是@?。

五、libclosure 分析 block 底层实现

5.1 _Block_copy 分析

/*
 拷贝 block，参数是 block （Block_layout 对象）本身。
 1.堆上 block 引用计数 + 1。
 2.栈上 block 先拷贝到堆上，引用计数初始化为1。然后调用 copy helper 方法（如果存在）。
 3.全局 block 直接返回block本身。
 返回 拷贝后的 block 地址。
 */
void *_Block_copy(const void *arg) {
    struct Block_layout *aBlock;
    //block 不存在，直接返回 NULL。
    if (!arg) return NULL;
    
    // The following would be better done as a switch statement
    //block 强转为 Block_layout 对象
    aBlock = (struct Block_layout *)arg;
    //已经在堆上
    if (aBlock->flags & BLOCK_NEEDS_FREE) {
        // latches on high
        //引用计数 + 1
        latching_incr_int(&aBlock->flags);
        return aBlock;
    }
    //全局 block 不进行操作直接返回。
    else if (aBlock->flags & BLOCK_IS_GLOBAL) {
        return aBlock;
    }
    else {//栈 block，需要拷贝到 堆上
        // Its a stack block.  Make a copy.
        //获取原始 栈block 大小
        size_t size = Block_size(aBlock);
        //在堆上重新开辟一块 与 aBlock 相同大小的内存空间
        struct Block_layout *result = (struct Block_layout *)malloc(size);
        // 开辟失败，返回 NULL
        if (!result) return NULL;
        //将 aBlock 内存上的数据全部复制到新开辟的 result 上
        memmove(result, aBlock, size); // bitcopy first
......
        // reset refcount
        //重新设置引用计数以及释放标志位（清除置为0）
        result->flags &= ~(BLOCK_REFCOUNT_MASK|BLOCK_DEALLOCATING);    // XXX not needed
        // 将 result 标记位为堆上，需要手动释放；并且引用计数初始化为 1
        result->flags |= BLOCK_NEEDS_FREE | 2;  // logical refcount 1
        //拷贝成员变量的工作 调用 Block_descriptor_2 以及 Block_descriptor_3
        _Block_call_copy_helper(result, aBlock);
        // Set isa last so memory analysis tools see a fully-initialized object.
        //isa标记为栈block
        result->isa = _NSConcreteMallocBlock;
        //返回新的block
        return result;
    }
}

参数是block （Block_layout 对象）本身。
BLOCK_NEEDS_FREE代表已经有引用计数了（也就是堆block），则引用计数+1。
全局block直接返回。
栈block创建空间拷贝block。
- 重置引用计数标志以及释放标识位。
- 设置引用计数为1。
- 调用Block的copy函数，内部调用的是_Block_object_assign（也就是拷贝拷贝成员变量）。
- 设置isa标志为_NSConcreteMallocBlock。
- 返回拷贝后的 block 地址。

5.1.1 latching_incr_int

/*
 引用计数加 1，最多不超过 BLOCK_REFCOUNT_MASK。
 volatile的作用是：作为指令关键字，确保本条指令不会因编译器的优化而省略，且要求每次直接读值。简单地说就是防止编译器对代码进行优化
 */
static int32_t latching_incr_int(volatile int32_t *where) {
    while (1) {
        // 如果 old_value 在第 1~15 位都已经变为 1 了，即引用计数已经满了，就返回 BLOCK_REFCOUNT_MASK
        int32_t old_value = *where;
        if ((old_value & BLOCK_REFCOUNT_MASK) == BLOCK_REFCOUNT_MASK) {
            return BLOCK_REFCOUNT_MASK;
        }
        // 比较 where的值 是否等于 old_value，如果等于，就将新值 oldValue + 2 放入 where
        // 否则继续下一轮循环
        // 这里加 2，是因为 flag 的第 0 位已经被占了，引用计数是第 1~15 位，所以加上 0b10，引用计数只是加 1
        if (OSAtomicCompareAndSwapInt(old_value, old_value+2, where)) {
            return old_value+2;
        }
    }
}

引用计数加 1，最多不超过 BLOCK_REFCOUNT_MASK。

5.1.2 _Block_call_copy_helper

/*
 调用 block 的 copy helper 方法，即 Block_descriptor_2 中的 copy 方法
 */
static void _Block_call_copy_helper(void *result, struct Block_layout *aBlock)
{
    //获取 copy 函数
    if (auto *pFn = _Block_get_copy_function(aBlock))
        //调用函数，最终会调用到 _Block_object_assign
        pFn(result, aBlock);
}

获取Block_descriptor_2的copy进行调用。

5.2 Block_layout 结构

在_Block_copy中block是以Block_layout接收的，也就是说block在底层是Block_layout类型：

struct Block_layout {
    void * __ptrauth_objc_isa_pointer isa;
    volatile int32_t flags; // contains ref count
    int32_t reserved;//保留字段
    BlockInvokeFunction invoke;//最终回调
    struct Block_descriptor_1 *descriptor;//描述信息
    // imported variables
};

isa指针指向block对应类型。

void * _NSConcreteStackBlock[32] = { 0 };
void * _NSConcreteMallocBlock[32] = { 0 };
void * _NSConcreteAutoBlock[32] = { 0 };
void * _NSConcreteFinalizingBlock[32] = { 0 };
void * _NSConcreteGlobalBlock[32] = { 0 };
void * _NSConcreteWeakBlockVariable[32] = { 0 };

flags标志位记录是否正在析构、引用计数掩码、是否有签名等。
invoke是block最终的回调函数。
descriptor记录描述信息。

// imported variables注释说明了应该还有其它字段。

5.2.1 flags 标志位说明

// Values for Block_layout->flags to describe block objects
enum {
    BLOCK_DEALLOCATING =      (0x0001),  // runtime 
    BLOCK_REFCOUNT_MASK =     (0xfffe),  // runtime 引用计数掩码
    BLOCK_INLINE_LAYOUT_STRING = (1 << 21), // compiler

#if BLOCK_SMALL_DESCRIPTOR_SUPPORTED
    BLOCK_SMALL_DESCRIPTOR =  (1 << 22), // compiler
#endif

    BLOCK_IS_NOESCAPE =       (1 << 23), // compiler
    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：释放标记，一般常用BLOCK_NEEDS_FREE做位与操作，一同传入Flags，告知该block可释放。
第16位：存储引用计数的值，是一个可选用参数。
第24位：第16是否有效的标志，程序根据它来决定是否增加或是减少引用计数位的值;。
第25位：是否拥有拷贝辅助函数(a copy helper function )。
第26位：是否拥有block析构函数。
第27位：标志是否有垃圾回收(macOS使用)。
第28位：标志是否是全局block。
第30位：与BLOCK_USE_STRET相对，判断是否当前block拥有一个签名。用于 runtime运行时动态调用。

5.2.2 Block_descriptor_1

struct Block_descriptor_1 {
    uintptr_t reserved;//保留字段
    uintptr_t size;//大小
};

但是在上面clang分析的时候__main_block_desc_0不仅仅是这两个字段，并且汇编打印的时候block中也有其它字段，比如copy与dispose就没有出现在Block_layout与Block_descriptor_1中。但是在Block_descriptor_1的周围发现了Block_descriptor_2与Block_descriptor_3：

image.png
也就是通过flags标志位BLOCK_HAS_COPY_DISPOSE和BLOCK_HAS_SIGNATURE确定是否有Block_descriptor_2与Block_descriptor_3的。

那么是在什么时机进行拼接生成的呢？
既然有设置就有获取，搜索_Block_descriptor_2的获取：

image.png
可以看到在desc1后面拼接了desc2以及desc3，当然这个过程中会根据标志位判断他们是否存在。
对应结构如下：

image.png

读取block内存结构如下：

image.png
block偏移8 + 4 + 4字节得到invoke(与打印出来的invoke地址相同)，偏移8 + 4 + 4 + 8得到desc指针：

image.png
desc指针指向desc1、desc2以及desc3中保存的值。与copy、dispose、signature是完全对应的。

desc根据标记位以及内存平移进行访问。

5.3 block捕获变量的生命周期

上面分析了Block_layout的内存结构，那么变量是如何捕获和释放的呢？
在clang分析的时候__main_block_copy_0以及__main_block_dispose_赋值给了copy以及dispose。

image.png
其实现调用了_Block_object_assign与_Block_object_dispose。这里的copy与dispose是desc2中的，与block本身的copy没有关系。copy的是捕获的引用类型以及__block修饰的成员变量，

搜索_Block_object_assign有注释（翻译过后）如下：

 这是给编译器提供的 API
 
 block 可以引用 4 种不同的类型的对象，当 block 被拷贝到堆上时，需要 help，即帮助拷贝一些东西。
 1）基于 C++ 栈的对象
 2）Objective-C 对象
 3）其他 Block
 4）被 __block 修饰的变量
 
 block 的 helper 函数是编译器合成的（比如编译器写的 __main_block_copy_1() 函数），它们被用在 _Block_copy() 函数和 _Block_release() 函数中。copy helper 对基于 C++ 栈的对象调用调用 C++ 拷贝构造函数，对其他三种对象调用 _Block_object_assign 函数。 dispose helper 对基于 C++ 栈的对象调用析构函数，对其他的三种调用 _Block_object_dispose 函数。
 
 _Block_object_assign 和 _Block_object_dispose 函数的第三个参数 flags 有可能是：
 1）BLOCK_FIELD_IS_OBJECT(3) 表示是一个对象
 2）BLOCK_FIELD_IS_BLOCK(7) 表示是一个 block
 3）BLOCK_FIELD_IS_BYREF(8) 表示是一个 byref，一个被 __block 修饰的变量；如果 __block 变量还被 __weak 修饰，则还会加上 BLOCK_FIELD_IS_WEAK(16)
 
 所以 block 的 copy/dispose helper 只会传入四种值：3，7，8，24
 
 上述的4种类型的对象都会由编译器合成 copy/dispose helper 函数，和 block 的 helper 函数类似，byref 的 copy helper 将会调用 C++ 的拷贝构造函数（不是常拷贝构造），dispose helper 则会调用析构函数。还一样的是，helpers 将会一样调用进两个支持函数中，对于对象和 block，参数值是一样的，都另外附带上 BLOCK_BYREF_CALLER (128) bit 的信息。#疑问：调用的这两个函数是啥？BLOCK_BYREF_CALLER 里究竟存的是什么？？
 
 所以 __block copy/dispose helper 函数生成 flag 的值为：对象是 3，block 是 7，带 __weak 的是 16，并且一直有 128，有下面这么几种组合：
    __block id                   128+3       (0x83)
    __block (^Block)             128+7       (0x87)
    __weak __block id            128+3+16    (0x93)
    __weak __block (^Block)      128+7+16    (0x97)

对应的有如下枚举定义：

// Values for _Block_object_assign() and _Block_object_dispose() parameters
enum {
    // see function implementation for a more complete description of these fields and combinations
    BLOCK_FIELD_IS_OBJECT   =  3,  // id, NSObject, __attribute__((NSObject)), block, ...
    BLOCK_FIELD_IS_BLOCK    =  7,  // a block variable
    BLOCK_FIELD_IS_BYREF    =  8,  // the on stack structure holding the __block variable
    BLOCK_FIELD_IS_WEAK     = 16,  // declared __weak, only used in byref copy helpers
    BLOCK_BYREF_CALLER      = 128, // called from __block (byref) copy/dispose support routines.
};

所以block对捕获变量的类型有如下处理：

BLOCK_FIELD_IS_OBJECT：对象类型变量。
BLOCK_FIELD_IS_BLOCK：block类型变量。
BLOCK_FIELD_IS_BYREF：__block类型变量。
BLOCK_FIELD_IS_WEAK：__weak修饰的变量。
BLOCK_BYREF_CALLER：ref类型的变量。

使用以下代码进行验证：

NSObject *objc = [NSObject alloc];
void(^block1)(void) = ^{
    NSLog(@"%@",objc);
};
__block NSObject *objc2 = [NSObject alloc];
__weak NSObject *objc3 = [NSObject alloc];
__weak __block NSObject *objc4 = [NSObject alloc];
void(^block)(void) = ^{
    NSLog(@"%@,%@,%@,%@,%@",objc,block1,objc2,objc3,objc4);
};
block();

image.png
__weak底层是与ref相同的处理。

对于错误1.cannot create _weak reference because the current deployment target does not support weak references需要指定-fobjc-runtime版本。
2.cannot create __weak reference in file using manual reference需要指定-fobjc-arc。
完整命令：
xcrun clang -arch arm64 -rewrite-objc -fobjc-arc -fobjc-runtime=ios-14.0.0 block.m -o block.cpp

5.3.1 _Block_object_assign

//参数 destArg 是一个二级指针，指向真正的目标指针。
void _Block_object_assign(void *destArg, const void *object, const int flags) {
    const void **dest = (const void **)destArg;
    switch (os_assumes(flags & BLOCK_ALL_COPY_DISPOSE_FLAGS)) {
      //普通对象类型
      case BLOCK_FIELD_IS_OBJECT:
        // _Block_retain_object_default = fn (arc)，交给了系统arc处理。
        _Block_retain_object(object);
        //src 给到 dest 指向同一块内存。地址指向相同，地址不同。
        *dest = object;
        break;

      case BLOCK_FIELD_IS_BLOCK:
        //block会被传过来的block进行拷贝
        *dest = _Block_copy(object);
        break;
    
      case BLOCK_FIELD_IS_BYREF | BLOCK_FIELD_IS_WEAK:
      case BLOCK_FIELD_IS_BYREF:
        //__block 对象，也就是 ref 拷贝，使 dest 指向拷贝到堆上的 byref
        *dest = _Block_byref_copy(object);
        break;
        
      case BLOCK_BYREF_CALLER | BLOCK_FIELD_IS_OBJECT:
      case BLOCK_BYREF_CALLER | BLOCK_FIELD_IS_BLOCK:
        *dest = object;
        break;

      case BLOCK_BYREF_CALLER | BLOCK_FIELD_IS_OBJECT | BLOCK_FIELD_IS_WEAK:
      case BLOCK_BYREF_CALLER | BLOCK_FIELD_IS_BLOCK  | BLOCK_FIELD_IS_WEAK:
        *dest = object;
        break;

      default:
        break;
    }
}

根据传递的类型的不同进行不同的处理：

普通对象类型（3）：retain操作交给arc自动处理，然后指针赋值。
block类型（7）：调用_Block_copy进行拷贝。
__block类型（8）：调用_Block_byref_copy对ref进行拷贝，如果捕获的对象是引用类型则继续调用_Block_object_assign进行普通对象类型的拷贝。

5.3.2 _Block_byref_copy

/*
    1.如果 byref 原来在栈上，就将其拷贝到堆上，拷贝的包括 Block_byref、Block_byref_2、Block_byref_3，
      被 __weak 修饰的 byref 会被修改 isa 为 _NSConcreteWeakBlockVariable，
      原来 byref 的 forwarding 也会指向堆上的 byref;
    2.如果 byref 已经在堆上，就只增加一个引用计数。
      参数 dest是一个二级指针，指向了目标指针，最终，目标指针会指向堆上的 byref
 */

static struct Block_byref *_Block_byref_copy(const void *arg) {
    // arg 强转为 Block_byref* 类型
    struct Block_byref *src = (struct Block_byref *)arg;
    
    // 引用计数等于 0
    if ((src->forwarding->flags & BLOCK_REFCOUNT_MASK) == 0) {
        // src points to stack
        //为新的 byref 在堆中分配内存
        struct Block_byref *copy = (struct Block_byref *)malloc(src->size);
        //isa指向置为空
        copy->isa = NULL;
        // byref value 4 is logical refcount of 2: one for caller, one for stack
        // 新 byref 的 flags 中标记了它是在堆上，且引用计数为 2。
        // 为什么是 2 呢？注释说的是 non-GC one for caller(调用者), one for stack（src 的 forwarding 也指向了 copy，相当于引用了 copy）
        
        copy->flags = src->flags | BLOCK_BYREF_NEEDS_FREE | 4;
        //堆空间 forwarding 指向自己
        copy->forwarding = copy; // patch heap copy to point to itself
        //栈空间原先的对象 forwarding 指向 拷贝的堆空间。原始的 forwarding 与 拷贝的 forwarding 都指向 堆空间的。
        src->forwarding = copy;  // patch stack to point to heap copy
        //size大小赋值
        copy->size = src->size;

        if (src->flags & BLOCK_BYREF_HAS_COPY_DISPOSE) {//有copy与dispose
            // Trust copy helper to copy everything of interest
            // If more than one field shows up in a byref block this is wrong XXX
            // 取得 src 和 copy 的 Block_byref_2
            struct Block_byref_2 *src2 = (struct Block_byref_2 *)(src+1);
            struct Block_byref_2 *copy2 = (struct Block_byref_2 *)(copy+1);
            //函数赋值
            copy2->byref_keep = src2->byref_keep;
            copy2->byref_destroy = src2->byref_destroy;
            // 如果 src 有扩展布局，也拷贝扩展布局
            if (src->flags & BLOCK_BYREF_LAYOUT_EXTENDED) {
                struct Block_byref_3 *src3 = (struct Block_byref_3 *)(src2+1);
                struct Block_byref_3 *copy3 = (struct Block_byref_3*)(copy2+1);
                // 没有将 layout 字符串拷贝到堆上，是因为它是 const 常量，不在栈上
                copy3->layout = src3->layout;
            }

            //byref_keep的调用（ref copy 的调用，最终也是调用了_Block_object_assign，走的是普通对象的逻辑）。
            (*src2->byref_keep)(copy, src);
        }
        else { //如果 src 没有 copy/dispose helper
            // Bitwise copy.
            // This copy includes Block_byref_3, if any.
            // 将 Block_byref 后面的数据都拷贝到 copy 中，一定包括 Block_byref_3
            memmove(copy+1, src+1, src->size - sizeof(*src));
        }
    }
    // already copied to heap 有引用计数，已经拷贝到堆区了
    else if ((src->forwarding->flags & BLOCK_BYREF_NEEDS_FREE) == BLOCK_BYREF_NEEDS_FREE) {
        // src 已经在堆上，就只将引用计数加 1
        latching_incr_int(&src->forwarding->flags);
    }
    
    return src->forwarding;
}

如果ref已经拷贝到堆区了则引用计数+1，否则进行拷贝。
创建Block_byref的空间。
isa指向null。
copy的ref的forwarding指向自己，原先栈空间的ref的forwarding指向copy的堆空间的ref。
有copy与dispose则创建ref_2（引用类型），赋值原先的copy和dispose函数（这里的copy和dispose是针对ref本身的）。
- 有layout则创建ref_3并赋值。
- 调用byref_keep也就是copy函数，最终会调用到_Block_object_assign，参数layout是objc。
没有copy与dispose直接将ref_3拷贝（值类型）。

5.3.3 Block_byref

__block修饰的变量会被转换成Block_byref结构体：

image.png
与Block结构体本身一样，它的一些字段也是可选的。
对应clang的赋值：

image.png
Block_ref内部的copy传递的参数是objc本身。

调用_Block_copy拷贝自身，从栈 -> 堆。
_Block_copy中调用_Block_object_assign进行拷贝捕获的变量（引用类型&__block才有）。
- 如果是普通引用类型走的是指针赋值的逻辑。
- 如果是block走_Block_copy逻辑。
- __block走_Block_byref_copy逻辑拷贝Block_byref。
  - 引用类型会再走Block_byref的copy逻辑。再次执行_Block_object_assign拷贝引用类型本身。

__block修饰的引用类型的三层copy：

copy block本身，栈 -> 堆
block copy过程中copy Block_byref
Block_byref copy过程中copy objc

5.4 block 释放

既然有copy那么就有对应的释放，__block修饰的引用类型的变量被block捕获的时候有3层copy，那么释放应该也是3层。

5.4.1 _Block_release

/*
 1.block 在堆上，才需要 release，在全局区和栈区都不需要 release.
 2.先将引用计数减 1，如果引用计数减到了 0，就将 block 销毁
 */
void _Block_release(const void *arg) {
    //强转
    struct Block_layout *aBlock = (struct Block_layout *)arg;
    //block不存在直接返回。
    if (!aBlock) return;
    //全局 block 直接返回
    if (aBlock->flags & BLOCK_IS_GLOBAL) return;
    //栈区 block 直接返回
    if (! (aBlock->flags & BLOCK_NEEDS_FREE)) return;
    // 引用计数减 1，如果引用计数减到了 0，会返回 true，表示 block 需要被销毁
    if (latching_decr_int_should_deallocate(&aBlock->flags)) {
        //调用block dispose
        _Block_call_dispose_helper(aBlock);
        //销毁实例
        _Block_destructInstance(aBlock);
        free(aBlock);
    }
}

block 在堆上，才需要 release，在全局区和栈区都不需要 release。
先将引用计数减 1，如果引用计数减到了 0，就将 block 销毁。
- 先调用block dispose。
- 销毁block实例，释放空间。

5.4.2 latching_decr_int_should_deallocate

/*
 1.引用计数减 1，如果引用计数减到了 0，就将 block 置为 deallocating 状态
 2.返回值是 block 是否需要被 dealloc
 */
static bool latching_decr_int_should_deallocate(volatile int32_t *where) {
    while (1) {
        int32_t old_value = *where;
        // 如果引用计数还是满的，就不能 dealloc，#疑问：引用计数满了以后就不能减了么？满了后永远不释放了？
        if ((old_value & BLOCK_REFCOUNT_MASK) == BLOCK_REFCOUNT_MASK) {
            return false; // latched high
        }
        // 如果引用计数为 0，按照正常的逻辑，它应该已经被置为 deallocating 状态，不需要再被 dealloc，所以返回 false
        if ((old_value & BLOCK_REFCOUNT_MASK) == 0) {
            return false;   // underflow, latch low
        }
        //引用计数减 1
        int32_t new_value = old_value - 2;
        bool result = false;
        // 如果 old_value 在 0~15 位的值是 0b10，即引用计数是 1，且不是 deallocating 状态
        if ((old_value & (BLOCK_REFCOUNT_MASK|BLOCK_DEALLOCATING)) == 2) {
            // old_value 减 1 后，新值 new_value 在 0~15 位值是 0b01，即引用计数变为0，且 BLOCK_DEALLOCATING 位变为 1
            new_value = old_value - 1;
            // 需要被 dealloc
            result = true;
        }
        // 将新值 new_value 放入 where 中
        if (OSAtomicCompareAndSwapInt(old_value, new_value, where)) {
            return result;
        }
    }
}

引用计数减 1，如果引用计数减到了 0，就将 block 置为 deallocating 状态。
返回值是BOOL值，确定block是否需要被 dealloc。

5.4.3 _Block_object_dispose

/*
 调用 block 的 dispose helper 方法，即 Block_descriptor_2 中的 dispose 方法
 */
static void _Block_call_dispose_helper(struct Block_layout *aBlock)
{
    //找到dispose
    if (auto *pFn = _Block_get_dispose_function(aBlock))
        //调用dispose，最终会调用到 _Block_object_dispose
        pFn(aBlock);
}

_Block_call_dispose_helper最终会调用到_Block_object_dispose。

image.png
block的dispose也就是调用_Block_object_dispose释放持有的对象以及ref。

_Block_object_dispose

//当 block 和 byref 要 dispose 对象时，它们的 dispose helper 会调用这个函数
void _Block_object_dispose(const void *object, const int flags) {
    switch (os_assumes(flags & BLOCK_ALL_COPY_DISPOSE_FLAGS)) {
      // byref
      case BLOCK_FIELD_IS_BYREF | BLOCK_FIELD_IS_WEAK:
      case BLOCK_FIELD_IS_BYREF:
        // get rid of the __block data structure held in a Block
        //ref 调用 _Block_byref_release，对 byref 对象做 release 操作
        _Block_byref_release(object);
        break;
      case BLOCK_FIELD_IS_BLOCK:
        // block 继续调用 _Block_release，block 做 release 操作
        _Block_release(object);
        break;
      case BLOCK_FIELD_IS_OBJECT:
        //对象交给ARC
        _Block_release_object(object);
        break;
      case BLOCK_BYREF_CALLER | BLOCK_FIELD_IS_OBJECT:
      case BLOCK_BYREF_CALLER | BLOCK_FIELD_IS_BLOCK:
      case BLOCK_BYREF_CALLER | BLOCK_FIELD_IS_OBJECT | BLOCK_FIELD_IS_WEAK:
      case BLOCK_BYREF_CALLER | BLOCK_FIELD_IS_BLOCK  | BLOCK_FIELD_IS_WEAK:
        break;
      default:
        break;
    }
}

普通对象类型（3）：release操作交给arc自动处理。
block类型（7）：调用_Block_release进行释放。
__block类型（8）：调用_Block_byref_release对ref进行释放，如果捕获的对象是引用类型则继续调用_Block_object_dispose进行普通对象类型的释放。

5.4.4 _Block_byref_release

/*
 对 byref 对象做 release 操作。
 1.堆上的 byref 需要 release，栈上的不需要 release。
 2.release 就是引用计数减 1，如果引用计数减到了 0，就将 byref 对象销毁。
 */
static void _Block_byref_release(const void *arg) {
    struct Block_byref *byref = (struct Block_byref *)arg;

    // dereference the forwarding pointer since the compiler isn't doing this anymore (ever?)
    // 取得真正指向的 byref，如果 byref 已经被堆拷贝，则取得是堆上的 byref，否则是栈上的，栈上的不需要 release，也没有引用计数
    byref = byref->forwarding;//获取 forwarding
    //byref 被拷贝到堆上，需要 release
    if (byref->flags & BLOCK_BYREF_NEEDS_FREE) {
        // 取得引用计数
        int32_t refcount = byref->flags & BLOCK_REFCOUNT_MASK;
        os_assert(refcount);
        // 引用计数减 1，如果引用计数减到了 0，会返回 true，表示 byref 需要被销毁
        if (latching_decr_int_should_deallocate(&byref->flags)) {
            // 如果 byref 有 dispose helper，就先调用它的 dispose helper
            if (byref->flags & BLOCK_BYREF_HAS_COPY_DISPOSE) {
                //dispose函数获取
                struct Block_byref_2 *byref2 = (struct Block_byref_2 *)(byref+1);
                //调用 _Block_object_dispose 释放objc
                (*byref2->byref_destroy)(byref);
            }
            //释放ref
            free(byref);
        }
    }
}

堆上的 byref 需要 release，栈上的不需要 release。
堆上byref释放操作：
- 取得引用计数。
- 引用计数减 1，如果引用计数减到了 0，会返回 true，表示 byref 需要被销毁。
- 如果是引用类型则调用ref的dispose函数，内部其实调用了_Block_object_dispose参数是objc。
  - _Block_object_dispose这次走普通对象逻辑。
- 调用free释放空间。

__block修饰的引用类型的三层dispose与copy完全相反：

Block_byref dispose过程中先dispose objc
block dispose过程中先dispose Block_byref
dispose block本身，释放空间

六、总结

block 分类：
- 全局 block 位于全局区，在 Block内部不使用外部变量，或者只使用静态变量和全局变量。
- 堆 block 位于堆区，在block内部使用局部变量或者OC属性，并且赋值给强引用或者copy修饰的变量。
- 栈 block 位于栈区，与堆block一样，可以在内部使用局部变量或者OC属性，但是不能赋值给强引用或者copy修饰的变量。
block 拷贝到 堆 block的情况（捕获了局部变量或者OC属性）：
- 手动copy、block作为返回值、被强引用或者copy修饰、系统API包含usingBlock。
block捕获变量（遇强捕强、遇弱捕弱）：
- 栈block捕获变量引用计数+1，堆block捕获变量引用计数+2（堆栈各+1）。
- __weak修饰的比变量会被加入弱引用表，在调用CFGetRetainCount的时候会临时对引用计数+1，调用完后会释放-1。
- block捕获对象是指针引用，捕获基本数据类型是值拷贝。栈block捕获的对象类型在出了block作用域后对象就被释放了。
- weak或者assign修饰的block在出了函数栈后block被释放，为空；在出了作用域后捕获的对象被释放，为空。
- block的捕获是 逐层捕获。
block从栈中copy到堆中是 深拷贝，堆中block拷贝是引用计数增加。
栈的作用域在函数栈区，堆的作用域在代码块中。栈block作用域同理。
__weak 是将修饰的变量放入弱引用表，用的时候从弱引用表取出。取的时候如果为nil了就赋值nil，否则就赋值它所指向的对象给临时变量，临时变量出了作用域后自动释放。这也就是weak能解决循环引用的根本原因（block捕获的变量也是weak类型）。
循环引用的解决方案：
- weak-strong-dance(强弱共舞)。
- 临时变量置nil。
- self 作为 block 参数。
block在底层是结构体，有一个isa指针以及funcptr，funcptr指向一个函数（代码块函数）。block()执行相当于block调用funcPtr参数是block自己。
block捕获值类型/引用类型的时候内部结构体生成了对应的成员变量。基本类型存储的是值，调用的是存储的这个值。引用类型存储的是指针，调用的是对应的指针。
block也是oc对象，继承自NSObject。
__block修饰的类型存储的是__Block_byref_结构体，传递给结构体的是对应指向的内存空间。
block在编译阶段isa指针指向_NSConcreteStackBlock，在运行阶段调用_Block_copy之后从栈block变成了堆block。
block的签名类型是@?。
block 的拷贝（_Block_copy）：
- 1.堆上 block 引用计数 + 1。
- 2.栈上 block 先拷贝到堆上，引用计数初始化为 1。然后调用 copy helper 方法（如果存在，最终会调用到_Block_object_assign拷贝成员变量）。
  - 2.1 普通对象类型（3），retain操作交给arc自动处理，然后指针赋值。
  - 2.2 block类型（7），调用_Block_copy进行拷贝。
  - 2.3 __block类型（8），调用_Block_byref_copy对ref进行拷贝。
    - 2.3.1 ref已经在堆区则引用计数+1，否则进行ref拷贝。
    - 2.3.2 ref是引用类型（有copy以及dispose）则继续调用_Block_object_assign，参数是objc。
- 3.全局 block 直接返回block本身。
- 4.__block修饰的引用类型的三层 copy：
  - copy block本身，栈 -> 堆。
  - block copy过程中copy Block_byref。
  - Block_byref copy过程中copy objc。
block 的释放（_Block_release）：
- 1.block 在堆上，才需要 release，在全局区和栈区都不需要 release。
- 2.先将引用计数减 1，如果引用计数减到了 0，就将 block 销毁。
  - 2.1 先调用block dispose（_Block_object_dispose）。
    - 2.1.1 普通对象类型（3），release操作交给arc自动处理。
    - 2.1.2 block类型（7），调用_Block_release进行释放。
    - 2.1.3 __block类型（8），调用_Block_byref_release对ref进行释放，如果捕获的对象是引用类型则继续调用_Block_object_dispose进行普通对象类型的释放。
      - 堆上的 byref 需要 release，栈上的不需要 release。
      - ref引用计数-1，如果引用计数减到了0，会返回 true，表示 ref 需要被销毁。
      - 如果ref持有的是引用类型则调用ref的dispose函数，内部其实调用了_Block_object_dispose参数是objc。
      - 释放空间。
  - 2.2 销毁block实例，释放空间。
- __block修饰的引用类型的三层dispose与copy完全相反：
  - 先释放ref持有的objc。
  - 释放Block_byref。
  - 释放block本身，释放内存空间。
strong与copy修饰block最终都会调用_Block_copy，只不过strong修饰的会先调用objc_retainBlock。

block 底层原理

一、block 简介

1.1 block 分类

1.2 block 拷⻉到堆 block

1.3 block 案例分析

1.3.1 block 捕获变量的引用计数

1.3.2 block 的内存拷贝

1.3.3 block 堆栈释放差异

1.3.4 栈block

二、block 的循环引用

2.1 案例1

2.2 五种解决循环引用的方式

2.2.1 临时变量置nil

2.2.2 self 作为 block 参数

2.3 案例2

2.4 案例3

2.4.1 强弱共舞解决循环引用

2.4.2 临时变量置为nil

三、block 的 Clang 底层分析

3.1 __main_block_impl_0

3.2 __main_block_func_0

3.2.1 基本类型的__block

3.2.2 引用类型的 __block

3.3 __main_block_desc_0

3.2 __weak

四、汇编分析block底层

4.1 定位到 _Block_copy

4.2 汇编分析 _Block_copy

4.3 汇编分析 签名函数

五、libclosure 分析 block 底层实现

5.1 _Block_copy 分析

5.1.1 latching_incr_int

5.1.2 _Block_call_copy_helper

5.2 Block_layout 结构

5.2.1 flags 标志位说明

5.2.2 Block_descriptor_1

5.3 block捕获变量的生命周期

5.3.1 _Block_object_assign

5.3.2 _Block_byref_copy

5.3.3 Block_byref

5.4 block 释放

5.4.1 _Block_release

5.4.2 latching_decr_int_should_deallocate

5.4.3 _Block_object_dispose

5.4.4 _Block_byref_release

六、总结

猜你喜欢

热点阅读

4.3 汇编分析签名函数