iOS中 __block关键字的实现原理

在block内如何修改block外部变量?

1.默认情况下,在block中访问的外部变量是复制过去的,即:.我们可以打印下来验证:

    int a = 6;
    
    NSLog(@"修改前:%d",a);
    
    void (^car)(void) = ^ {
        
        NSLog(@"block中:%d",a);
    };
    
    a = 10;
    NSLog(@"修改后:%d",a);
    car();

打印如下:

2020-04-02 17:00:07.714371+0800 test[51434:15204430] 修改前:6
2020-04-02 17:00:07.714561+0800 test[51434:15204430] block中:6
2020-04-02 17:00:07.714674+0800 test[51434:15204430] 修改后:10

结论:写操作不对原变量生效:这里是把栈中的a,复制了一份到堆中(只是一个简单的值传递,堆中的暂且称之为b,下面也这样称呼),两个内存空间,所以修改栈中的a,不影响堆中的b.

2.如果我们想要修改外部变量的值,我们可以加上__block来进行操作,示例:

    __block int a = 6;
    void (^car)(void) = ^{
        a = 8;
    };
    car();
    NSLog(@"%d",a);

2020-04-02 17:05:19.450439+0800 test[51562:15238586] 8

到这里,我们就要看下,为什么加上__block就生效了,它到底做了什么?

我们都知道:Block不允许修改外部变量的值,这里所说的外部变量的值,指的是.__block 所起到的作用就是只要观察到该变量被 block 所持有,就会将a包装成一个结构体__Block_byref_a_0,初始化a=0,然后将该结构体的指针传递到了堆中.因而在block内部也可以修改外部变量的值.a在结构体里变成了一个属性(该结构体持有局部的原始变量),也有__forwarding这个指针. 这时候栈里面结构体的__forwarding 指向了堆中的结构体,堆中结构体的__forwarding 指向了自己,这就保证了无论是栈中的还是堆中的,都是访问的同一个值a,如下图所示.

__block结构体

Block不允许修改外部变量的值这样的设计,应该是考虑到了block的特殊性,block也属于“函数”的范畴,变量进入block,实际就是已经改变了作用域.在几个作用域之间进行切换时,如果不加上这样的限制,变量的可维护性将大大降低.又比如我想在block内声明了一个与外部同名的变量,此时是允许呢还是不允许呢?只有加上了这样的限制,这样的情景才能实现.

我们可以打印下内存地址来进行验证:

    __block int a = 0;
    NSLog(@"定义前：%p", &a);         //栈区
    void (^car)(void) = ^{
      a = 1;
      NSLog(@"block内部：%p", &a);    //堆区
    };
    NSLog(@"定义后：%p", &a);         //堆区
    car();

2020-04-02 17:10:54.586104+0800 test[51715:15274844] 定义前：0x7ffee5711148
2020-04-02 17:10:54.586330+0800 test[51715:15274844] 定义后：0x600000778018
2020-04-02 17:10:54.586449+0800 test[51715:15274844] block内部：0x600000778018

可以看到,定义后和block内部内存地址是一样的,我们都知道 block 内部的变量会被放到堆区,“block内部”打印的是堆地址,因而也就可以知道,“定义后”打印的也是堆的地址.
结论:a在定义前是在栈区(),进入block区域后,变成了堆区.这才是__block关键字的作用

再看下面这个例子

    NSMutableString *a = [NSMutableString stringWithString:@"Car"];
    NSLog(@"----定义前a指向的地址:%p;a的指针地址:%p----\n",a,&a);
    //&a在栈区,a在堆区
    void (^car)(void) = ^{
        a.string = @"Bus";
        NSLog(@"----block内部:a指向的地址:%p;a的指针地址:%p----\n", a, &a);
        //&a在栈区,&b(&a的复制)在堆区,a在堆区:注意: 这时候栈区a和堆区的b指向的是同一个内存空间
        //a = [NSMutableString stringWithString:@"Bar"];
    };
    car();
    NSLog(@"----定以后:a指向的地址:%p;a的指针地址:%p----\n", a, &a);
    //&a在栈区,a在堆区

2020-04-02 17:24:23.086810+0800 test[52061:15362163] ----定义前a指向的地址:0x60000322c5d0;a的指针地址:0x7ffee8f3f148----

2020-04-02 17:24:23.087005+0800 test[52061:15362163] ----block内部:a指向的地址:0x60000322c5d0;a的指针地址:0x600003212720----

2020-04-02 17:24:23.087172+0800 test[52061:15362163] ----定以后:a指向的地址:0x60000322c5d0;a的指针地址:0x7ffee8f3f148----

可以看到,a指向的地址始终没变,只有a的指针地址:&a发生了变化,这也验证了上面所说的这里所说的外部变量的值,指的是栈中指针的内存地址.

这里由基本数据类型变成了对象类型(对象类型,在开始的时候,栈上存储&a这个指针变量,它所指的对象在堆中),经过block作用域的时候,copy栈中的指针到了堆中(实际上是把a变成了block结构体的一个属性,只是指针复制,指向的是同一份内存空间),进行a.string,实际上是对堆中的对象进行操作的,是可以的
所以在上面的示例代码中,block体内修改的实际是a指向的堆中的内容。

但如果我们尝试像上面图片中的a = [NSMutableString stringWithString:@"Bar"];这样做,结果会编译不通过,因为这里并不是简单的指针引用(浅复制),而是一种(深复制)方式(括号上下分别对于基本数据类型和对象进行描述),而且不会改变该指针指向的内容(依然指向了堆).所以在block内部进行修改,无论是值修改,还是指针修改,对于栈中的自然没有任何的影响.苹果也不允许这样做.简单的理解为readonly.

注意:Block不允许修改外部变量的值,这里所说的外部变量的值,指的是栈中指针的内存地址。

参考下面这两篇,讲的挺详细的
Block深层次总结和一些经典的面试题
一篇文章剖析block底层源码