iOS中Block实现原理的全面分析

2019-05-04 本文已影响243人小凉介

Block的底层基本结构


void blockTest()
{
    void (^block)(void) = ^{
        NSLog(@"Hello World!");
    };
    block();
}

int main(int argc, char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        blockTest();
    }
}

通过clang命令查看编译器是如何实现Block的，在终端输入clang -rewrite-objc main.m，然后会在当前目录生成main.cpp的C++文件，代码如下：


struct __blockTest_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __blockTest_block_desc_0* Desc;
  __blockTest_block_impl_0(void *fp, struct __blockTest_block_desc_0 *desc, int flags=0) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};

static void __blockTest_block_func_0(struct __blockTest_block_impl_0 *__cself) {

        NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_04_xwbq8q6n0p1dmhhd6y51_vbc0000gp_T_main_0048d2_mi_0);
    }
    

static struct __blockTest_block_desc_0 {
  size_t reserved;
  size_t Block_size;
} __blockTest_block_desc_0_DATA = { 0, sizeof(struct __blockTest_block_impl_0)};

void blockTest()
{
    void (*block)(void) = ((void (*)())&__blockTest_block_impl_0((void *)__blockTest_block_func_0, &__blockTest_block_desc_0_DATA));
    ((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)block)->FuncPtr)((__block_impl *)block);
}

int main(int argc, char * argv[]) {
    /* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool; 
        blockTest();
    }
}

static struct IMAGE_INFO { unsigned version; unsigned flag; } _OBJC_IMAGE_INFO = { 0, 2 };

下面我们一个一个来看

__blockTest_block_impl_0

struct __blockTest_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __blockTest_block_desc_0* Desc;
  __blockTest_block_impl_0(void *fp, struct __blockTest_block_desc_0 *desc, int flags=0) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};

__blockTest_block_impl_0是Block的C++实现，是一个结构体，从命名可以看出表示blockTest中的第一个（0）Block。通常包含两个成员变量__block_impl impl，__blockTest_block_desc_0* Desc和一个构造函数。

__block_impl

struct __block_impl {
  void *isa;
  int Flags;
  int Reserved;
  void *FuncPtr;
};

__block_impl也是一个结构体

*isa：isa指针，指向一个类对象，有三种类型：_NSConcreteStackBlock、_NSConcreteGlobalBlock、_NSConcreteMallocBlock，本例中是_NSConcreteStackBlock类型。
Flags：block 的负载信息（引用计数和类型信息），按位存储。
Reserved：保留变量。
*FuncPtr：一个指针，指向Block执行时调用的函数，也就是Block需要执行的代码块。在本例中是__blockTest_block_func_0函数。

__blockTest_block_desc_0

static struct __blockTest_block_desc_0 {
  size_t reserved;
  size_t Block_size;
} __blockTest_block_desc_0_DATA = { 0, sizeof(struct __blockTest_block_impl_0)};

__blockTest_block_desc_0是一个结构体，包含两个成员变量：

reserved：Block版本升级所需的预留区空间，在这里为0。
Block_size：Block大小(sizeof(struct __blockTest_block_impl_0))。

__blockTest_block_desc_0_DATA是一个__blockTest_block_desc_0的一个实例。

__blockTest_block_func_0

__blockTest_block_func_0就是Block的执行时调用的函数，参数是一个__blockTest_block_impl_0类型的指针。

static void __blockTest_block_func_0(struct __blockTest_block_impl_0 *__cself) {

        NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_04_xwbq8q6n0p1dmhhd6y51_vbc0000gp_T_main_0048d2_mi_0);
    }

blockTest

void blockTest()
{
    void (*block)(void) = ((void (*)())&__blockTest_block_impl_0((void *)__blockTest_block_func_0, &__blockTest_block_desc_0_DATA));
    ((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)block)->FuncPtr)((__block_impl *)block);
}

第一部分，定义Block

void (*block)(void) = ((void (*)())&__blockTest_block_impl_0((void *)__blockTest_block_func_0, &__blockTest_block_desc_0_DATA));

我们看到block变成了一个指针，指向一个通过__blockTest_block_impl_0构造函数实例化的结构体__blockTest_block_impl_0实例，__blockTest_block_impl_0在初始化的时候需要两个个参数：

__blockTest_block_func_0：Block块的函数指针。
__blockTest_block_desc_0_DATA：作为静态全局变量初始化__main_block_desc_0的结构体实例指针。

第二部分，调用Block

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

((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)block)->FuncPtr)通过block->FuncPtr指针找到__blockTest_block_func_0函数并且转成(void (*)(__block_impl *))类型。
((__block_impl *)block)然后将block作为参数传给这个函数调用。

Flags

在__block_impl中我们看到Flags，现在来详细讲一讲。

在这里Block_private.h可以看到Flags的具体信息：

// Values for Block_layout->flags to describe block objects
enum {
    BLOCK_DEALLOCATING =      (0x0001),  // runtime
    BLOCK_REFCOUNT_MASK =     (0xfffe),  // runtime
    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
};

引用浅谈 block（1） - clang 改写后的 block 结构的解释：

也就是说，一般情况下，一个 block 的 flags 成员默认设置为 0。如果当 block 需要 Block_copy() 和 Block_release 这类拷贝辅助函数，则会设置成 1 << 25 ，也就是 BLOCK_HAS_COPY_DISPOSE 类型。可以搜索到大量讲述 Block_copy 方法的博文，其中涉及到了 BLOCK_HAS_COPY_DISPOSE 。

总结一下枚举类的用法，前 16 位即起到标记作用，又可记录引用计数：

BLOCK_DEALLOCATING：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。

BLOCK_REFCOUNT_MASK：一般参与判断引用计数，是一个可选用参数。
BLOCK_NEEDS_FREE：通过设置该枚举位，来告知该 block 可释放。意在说明 block 是 heap block ，即我们常说的 _NSConcreteMallocBlock 。
BLOCK_HAS_COPY_DISPOSE：是否拥有拷贝辅助函数（a copy helper function）。
BLOCK_HAS_CTOR：是否拥有 block 析构函数（dispose function）。
BLOCK_IS_GC：是否启用 GC 机制（Garbage Collection）。
BLOCK_HAS_SIGNATURE：与 BLOCK_USE_STRET 相对，判断是否当前 block 拥有一个签名。用于 runtime 时动态调用。

block截获变量

截获auto变量值

Screen Shot 2019-05-03 at 3.47.08 PM.png

我们看到直接在block修改变量会提示错误，为什么呢？

void blockTest()
{
    int num = 10;
    void (^block)(void) = ^{
        NSLog(@"%d",num);
    };
    num = 20;
    block();
}

int main(int argc, char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        blockTest();
    }
}

打印结果是10，clang改写后的代码如下：

struct __blockTest_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __blockTest_block_desc_0* Desc;
  int num;
  __blockTest_block_impl_0(void *fp, struct __blockTest_block_desc_0 *desc, int _num, int flags=0) : num(_num) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};

static void __blockTest_block_func_0(struct __blockTest_block_impl_0 *__cself) {
  int num = __cself->num; // bound by copy

        NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_04_xwbq8q6n0p1dmhhd6y51_vbc0000gp_T_main_3c2714_mi_0,num);
    }
    
    void blockTest()
{
    int num = 10;
    void (*block)(void) = ((void (*)())&__blockTest_block_impl_0((void *)__blockTest_block_func_0, &__blockTest_block_desc_0_DATA, num));
    num = 20;
    ((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)block)->FuncPtr)((__block_impl *)block);
}

__blockTest_block_impl_0多了一个成员变量int num;，再看看构造函数__blockTest_block_impl_0(void *fp, struct __blockTest_block_desc_0 *desc, int _num, int flags=0)，可以看到第三个参数只是变量的值，这也就解释了为什么打印的是10，因为block截获的是值。

使用static修饰变量

void blockTest()
{
    static int num = 10;
    void (^block)(void) = ^{
        NSLog(@"%d",num);
        num = 30;
    };
    num = 20;
    block();
    NSLog(@"%d",num);
}

可以在block内部修改变量了，同时打印结果是20，30。clang改写后的代码如下：

struct __blockTest_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __blockTest_block_desc_0* Desc;
  int *num;
  __blockTest_block_impl_0(void *fp, struct __blockTest_block_desc_0 *desc, int *_num, int flags=0) : num(_num) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};

static void __blockTest_block_func_0(struct __blockTest_block_impl_0 *__cself) {
  int *num = __cself->num; // bound by copy

        NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_04_xwbq8q6n0p1dmhhd6y51_vbc0000gp_T_main_5a95f6_mi_0,(*num));
        (*num) = 30;
    }
    
    void blockTest()
{
    static int num = 10;
    void (*block)(void) = ((void (*)())&__blockTest_block_impl_0((void *)__blockTest_block_func_0, &__blockTest_block_desc_0_DATA, &num));
    num = 20;
    NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_04_xwbq8q6n0p1dmhhd6y51_vbc0000gp_T_main_5a95f6_mi_1,num);
    ((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)block)->FuncPtr)((__block_impl *)block);
}

__blockTest_block_impl_0多了一个成员变量int *num;，和上面不同的是，这次block截获的是指针，所以可以在内部通过指针修改变量的值，同时在外部修改变量的值，block也能"感知到"。那么为什么之前传递指针呢？因为变量是栈上，作用域是函数blockTest内，那么有可能变量比block先销毁，这时候block再通过指针去访问变量就会有问题。而static修饰的变量不会被销毁，也就不用担心。

全局变量

int num = 10;

void blockTest()
{
    void (^block)(void) = ^{
        NSLog(@"%d",num);
        num = 30;
    };
    num = 20;
    block();
    NSLog(@"%d",num);
}

打印结果是20，30。clang改写后的代码如下：

int num = 10;


struct __blockTest_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __blockTest_block_desc_0* Desc;
  __blockTest_block_impl_0(void *fp, struct __blockTest_block_desc_0 *desc, int flags=0) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};

static void __blockTest_block_func_0(struct __blockTest_block_impl_0 *__cself) {

        NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_04_xwbq8q6n0p1dmhhd6y51_vbc0000gp_T_main_1875c6_mi_0,num);
        num = 30;
    }

非常简单，在初始化__blockTest_block_impl_0并没有把num作为参数，__blockTest_block_func_0中也是直接访问全局变量。

总结：

变量类型	是否捕获到block内部	访问方式
局部auto变量	是	值传递
局部static变量	是	指针传递
全局变量	否	直接访问

使用__block修饰变量

void blockTest()
{
    __block int num = 10;
    void (^block)(void) = ^{
        NSLog(@"%d",num);
        num = 30;
    };
    num = 20;
    block();
    NSLog(@"%d",num);
}

效果和使用static修饰变量一样，clang改写后的代码如下：

struct __Block_byref_num_0 {
  void *__isa;
__Block_byref_num_0 *__forwarding;
 int __flags;
 int __size;
 int num;
};

struct __blockTest_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __blockTest_block_desc_0* Desc;
  __Block_byref_num_0 *num; // by ref
  __blockTest_block_impl_0(void *fp, struct __blockTest_block_desc_0 *desc, __Block_byref_num_0 *_num, int flags=0) : num(_num->__forwarding) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};

static void __blockTest_block_func_0(struct __blockTest_block_impl_0 *__cself) {
  __Block_byref_num_0 *num = __cself->num; // bound by ref

        NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_04_xwbq8q6n0p1dmhhd6y51_vbc0000gp_T_main_018b76_mi_0,(num->__forwarding->num));
        (num->__forwarding->num) = 30;
    }
    
static void __blockTest_block_copy_0(struct __blockTest_block_impl_0*dst, struct __blockTest_block_impl_0*src) {_Block_object_assign((void*)&dst->num, (void*)src->num, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);}

static void __blockTest_block_dispose_0(struct __blockTest_block_impl_0*src) {_Block_object_dispose((void*)src->num, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);}

static struct __blockTest_block_desc_0 {
  size_t reserved;
  size_t Block_size;
  void (*copy)(struct __blockTest_block_impl_0*, struct __blockTest_block_impl_0*);
  void (*dispose)(struct __blockTest_block_impl_0*);
} __blockTest_block_desc_0_DATA = { 0, sizeof(struct __blockTest_block_impl_0), __blockTest_block_copy_0, __blockTest_block_dispose_0};

void blockTest()
{
    __attribute__((__blocks__(byref))) __Block_byref_num_0 num = {(void*)0,(__Block_byref_num_0 *)&num, 0, sizeof(__Block_byref_num_0), 10};
    void (*block)(void) = ((void (*)())&__blockTest_block_impl_0((void *)__blockTest_block_func_0, &__blockTest_block_desc_0_DATA, (__Block_byref_num_0 *)&num, 570425344));
    (num.__forwarding->num) = 20;
    ((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)block)->FuncPtr)((__block_impl *)block);
    NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_04_xwbq8q6n0p1dmhhd6y51_vbc0000gp_T_main_018b76_mi_1,(num.__forwarding->num));
}

哇，难受啊兄dei，怎么多出来这么多东西，没关系，慢慢分析。

__blockTest_block_impl_0多出来一个成员变量__Block_byref_num_0 *num;，我们看到经过__block修饰的变量类型变成了结构体__Block_byref_num_0，__blockTest_block_impl_0多出来一个成员变量__Block_byref_num_0 *num;，block捕获的是__Block_byref_num_0类型指针，

__Block_byref_num_0
我们看到__Block_byref_num_0是一个结构体，并且有一个isa，因此我们可以知道它其实就是一个对象。同时还有一个__Block_byref_a_0 *类型的__forwarding和num，num我们能猜到就是用来保存变量的值，__forwarding就有一点复杂了，后面慢慢讲。

__blockTest_block_copy_0和__blockTest_block_dispose_0

__blockTest_block_copy_0中调用的是_Block_object_assign，__blockTest_block_dispose_0中调用的是_Block_object_dispose。

函数	调用时机
__blockTest_block_copy_0	`__block`变量结构体实例从栈拷贝到堆时
__blockTest_block_dispose_0	`__block`变量结构体实例引用计数为0时

关于_Block_object_assign和_Block_object_dispose更详细代码可以在runtime.c 中查看。

BLOCK_FIELD_IS_BYREF
我们看到_Block_object_assign和_Block_object_dispose中都有个参数值为8，BLOCK_FIELD_IS_BYREF类型，什么意思呢？在Block_private.h 中可以查看到：

// Runtime support functions used by compiler when generating copy/dispose helpers

// 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.
};

BLOCK_FIELD_IS_OBJECT：OC对象类型
BLOCK_FIELD_IS_BLOCK：是一个block
BLOCK_FIELD_IS_BYREF：在栈上被__block修饰的变量
BLOCK_FIELD_IS_WEAK：被__weak修饰的变量，只在Block_byref管理内部对象内存时使用
BLOCK_BYREF_CALLER：处理Block_byref内部对象内存的时候会加的一个额外标记（告诉内部实现不要进行retain或者copy）

__blockTest_block_desc_0
我们可以看到它多了两个回调函数指针*copy和*dispose，这两个指针会被赋值为__main_block_copy_0和__main_block_dispose_0

最后我们看到访问num是这样的：

__Block_byref_num_0 *num = __cself->num; // bound by ref   

(num->__forwarding->num) = 30;

下面就讲一讲为什么要这样。

Block的内存管理

在前面我们讲到__block_impl指向的_NSConcreteStackBlock类型的类对象，其实总共有三种类型：

类型	存储区域
_NSConcreteStackBlock	栈
_NSConcreteGlobalBlock	数据区
_NSConcreteMallocBlock	堆

前面也讲到copy和dispose，在ARC环境下，有哪些情况编译器会自动将栈上的把Block从栈上复制到堆上呢？

Block从栈中复制到堆
调用Block的copy实例方法时
Block作为函数返回值返回时
在带有usingBlock的Cocoa方法或者GCD的API中传递Block时候
将block赋给带有__strong修饰符的id类型或者Block类型时

当Bock从栈中复制到堆，__block也跟着变化：

Screen Shot 2019-05-04 at 1.03.23 AM.png

当Block在栈上时，__block的存储域是栈，__block变量被栈上的Block持有。
当Block被复制到堆上时，会通过调用Block内部的copy函数，copy函数内部会调用_Block_object_assign函数。此时__block变量的存储域是堆，__block变量被堆上的Block持有。
当堆上的Block被释放，会调用Block内部的dispose，dispose函数内部会调用_Block_object_dispose，堆上的__block被释放。

Screen Shot 2019-05-04 at 1.09.18 AM.png

当多个栈上的Block使用栈上的__block变量，__block变量被栈上的多个Block持有。
当Block0被复制到堆上时，__block也会被复制到堆上，被堆上Block0持有。Block1仍然持有栈上的__block，原栈上__block变量的__forwarding指向拷贝到堆上之后的__block变量。
当Block1也被复制到堆上时，堆上的__block被堆上的Block0和Block1只有，并且__block的引用计数+1。
当堆上的Block都被释放，__block变量结构体实例引用计数为0，调用_Block_object_dispose，堆上的__block被释放。

下图是描述__forwarding变化。这也就能解释__forwarding存在的意义：

__forwarding 保证在栈上或者堆上都能正确访问对应变量

Screen Shot 2019-05-04 at 2.52.00 PM.png

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

    int num = 10;

    NSLog(@"%@",[^{
        NSLog(@"%d",num);
    } class]);

    void (^block)(void) = ^{
        NSLog(@"%d",num);
    };

    NSLog(@"%@",[block class]);
}

打印结果：

2019-05-04 18:40:48.470228+0800 BlockTest[35824:16939613] __NSStackBlock__
2019-05-04 18:40:48.470912+0800 BlockTest[35824:16939613] __NSMallocBlock__

我们可以看到第一个Block没有赋值给__strong指针，而第二个Block没有赋值给__strong指针，所以第一个在栈上，而第二个在堆上。

Block截获对象

int main(int argc, char * argv[]) {
    {
        Person *person = [[Person alloc] init];
        person.name = @"roy";

        NSLog(@"%@",[^{
            NSLog(@"%@",person.name);
        } class]);
        NSLog(@"%@",@"+++++++++++++");
    }
    NSLog(@"%@",@"------------");
}

打印结果：

@interface Person : NSObject
@property (nonatomic, strong) NSString *name;
@end

@implementation Person

- (void)dealloc {
    NSLog(@"-------dealloc-------");
}

@end

typedef void(^Block)(void);

int main(int argc, char * argv[]) {
    {
        Person *person = [[Person alloc] init];
        person.name = @"roy";

        NSLog(@"%@",[^{
            NSLog(@"%@",person.name);
        } class]);
        NSLog(@"%@",@"+++++++++++++");
    }
    NSLog(@"%@",@"------------");
}

我们看到当Block内部访问了对象类型的auto对象时，如果Block是在栈上，将不会对auto对象产生强引用。

auto Strong 对象


typedef void(^Block)(void);

int main(int argc, char * argv[]) {
    Block block;
    {
        Person *person = [[Person alloc] init];
        person.name = @"roy";

        block = ^{
            NSLog(@"%@",person.name);
        };
        person.name = @"david";
        NSLog(@"%@",@"+++++++++++++");
    }
    NSLog(@"%@",@"------------");
    block ();
}

打印结果是

2019-05-04 17:46:27.083280+0800 BlockTest[33745:16864251] +++++++++++++
2019-05-04 17:46:27.083934+0800 BlockTest[33745:16864251] ------------
2019-05-04 17:46:27.084018+0800 BlockTest[33745:16864251] david
2019-05-04 17:46:27.084158+0800 BlockTest[33745:16864251] -------dealloc-------

我们看到是先打印的david再调用Person的析构方法dealloc，在终端输入clang -rewrite-objc -fobjc-arc -fobjc-runtime=macosx-10.13 main.m -fobjc-arc，clang在ARC环境下改写后的代码如下：

struct __main_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __main_block_desc_0* Desc;
  Person *__strong person;
  __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, Person *__strong _person, int flags=0) : person(_person) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};

我们看到__main_block_impl_0中的Person *__strong person;成员变量。

Block截获了auto对象，当Block被拷贝到堆上，Block强引用auto对象，这就能解释了为什么超出了person的作用域，person没有立即释放，当Block释放之后，会自动去掉对该对象的强引用，该对象就会被释放了。

auto Weak 对象


typedef void(^Block)(void);

int main(int argc, char * argv[]) {
    Block block;
    {
        Person *person = [[Person alloc] init];
        person.name = @"roy";
        __weak Person *weakPerson = person;

        block = ^{
            NSLog(@"%@",weakPerson.name);
        };
        weakPerson.name = @"david";
        NSLog(@"%@",@"+++++++++++++");
    }
    NSLog(@"%@",@"------------");
    block ();
}

打印结果是

2019-05-04 17:49:38.858554+0800 BlockTest[33856:16869229] +++++++++++++
2019-05-04 17:49:38.859218+0800 BlockTest[33856:16869229] -------dealloc-------
2019-05-04 17:49:38.859321+0800 BlockTest[33856:16869229] ------------
2019-05-04 17:49:38.859403+0800 BlockTest[33856:16869229] (null)

直接在终端输入clang -rewrite-objc main.m会报cannot create __weak reference because the current deployment target does not support weak ref错误。需要用clang -rewrite-objc -fobjc-arc -fobjc-runtime=macosx-10.13 main.m，-fobjc-arc代表当前是ARC环境 -fobjc-runtime=macosx-10.13：代表当前运行时环境，缺一不可，clang之后的代码：


struct __main_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __main_block_desc_0* Desc;
  Person *__weak weakPerson;
  __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, Person *__weak _weakPerson, int flags=0) : weakPerson(_weakPerson) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};

我们看到__main_block_impl_0中的Person *__weak weakPerson;成员变量。

总结：

当Block内部访问了对象类型的auto对象时，如果Block是在栈上，将不会对auto对象产生强引用。
如果block被拷贝到堆上，会调用Block内部的copy函数，copy函数内部会调用_Block_object_assign函数，_Block_object_assign会根据auto对象的修饰符（__strong，__weak，__unsafe_unretained）做出相应的操作，当使用的是__strong时，将会对person对象的引用计数加1，当为__weak时，引用计数不变。
如果Block从对上移除，会调用block内部的dispose函数，内部会调用_Block_object_dispose函数，这个函数会自动释放引用的auto对象。

Block循环引用


@interface Person : NSObject

@property (nonatomic, strong) NSString *name;
@property (nonatomic, copy) void (^block)(void);

- (void)testReferenceSelf;

@end

@implementation Person

- (void)testReferenceSelf {
    self.block = ^ {
        NSLog(@"self.name = %s", self.name.UTF8String);
    };
    self.block();
}

- (void)dealloc {
    NSLog(@"-------dealloc-------");
}

@end


int main(int argc, char * argv[]) {
    Person *person = [[Person alloc] init];
    person.name = @"roy";
    [person testReferenceSelf];
}

打印结果是self.name = roy，Person的析构方法dealloc并没有执行，这是典型的循环引用，下面我们研究研究为啥会循环引用。clang改写后的代码如下：


struct __Person__testReferenceSelf_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __Person__testReferenceSelf_block_desc_0* Desc;
  Person *const __strong self;
  __Person__testReferenceSelf_block_impl_0(void *fp, struct __Person__testReferenceSelf_block_desc_0 *desc, Person *const __strong _self, int flags=0) : self(_self) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};

static void _I_Person_testReferenceSelf(Person * self, SEL _cmd) {
    ((void (*)(id, SEL, void (*)()))(void *)objc_msgSend)((id)self, sel_registerName("setBlock:"), ((void (*)())&__Person__testReferenceSelf_block_impl_0((void *)__Person__testReferenceSelf_block_func_0, &__Person__testReferenceSelf_block_desc_0_DATA, self, 570425344)));
    ((void (*(*)(id, SEL))())(void *)objc_msgSend)((id)self, sel_registerName("block"))();
}

我们看到本来Person中testReferenceSelf方法是没有参数的，但是转成C++之后多出来两个参数：* self和_cmd，再看看__Person__testReferenceSelf_block_impl_0中多出来一个成员变量Person *const __strong self;，因此我们知道Person中block捕获了self，block强引用self，同时self也强引用block，因此形成循环引用。

Weak解除循环引用

@implementation Person

- (void)testReferenceSelf {
    __weak typeof(self) weakself = self;
    self.block = ^ {
        __strong typeof(self) strongself = weakself;
        NSLog(@"self.name = %s", strongself.name.UTF8String);
    };
    self.block();
}

- (void)dealloc {
    NSLog(@"-------dealloc-------");
}

@end

打印结果：

2019-05-04 19:27:48.274358+0800 BlockTest[37426:17007507] self.name = roy
2019-05-04 19:27:48.275016+0800 BlockTest[37426:17007507] -------dealloc-------

我们看到Person对象被正常释放了，说明不存在循环引用，为什么呢？clang改写后的代码如下：

struct __Person__testReferenceSelf_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __Person__testReferenceSelf_block_desc_0* Desc;
  Person *const __weak weakself;
  __Person__testReferenceSelf_block_impl_0(void *fp, struct __Person__testReferenceSelf_block_desc_0 *desc, Person *const __weak _weakself, int flags=0) : weakself(_weakself) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};


static void _I_Person_testReferenceSelf(Person * self, SEL _cmd) {
    __attribute__((objc_ownership(weak))) typeof(self) weakself = self;
    ((void (*)(id, SEL, void (*)()))(void *)objc_msgSend)((id)self, sel_registerName("setBlock:"), ((void (*)())&__Person__testReferenceSelf_block_impl_0((void *)__Person__testReferenceSelf_block_func_0, &__Person__testReferenceSelf_block_desc_0_DATA, weakself, 570425344)));
    ((void (*(*)(id, SEL))())(void *)objc_msgSend)((id)self, sel_registerName("block"))();
}

可以看到__Person__testReferenceSelf_block_impl_0结构体中weakself成员是一个__weak修饰的Person类型对象，也就是说__Person__testReferenceSelf_block_impl_0对Person的依赖是弱依赖。weak修饰变量是在runtime中进行处理的，在Person对象的Dealloc方法中会调用weak引用的处理方法，从weak_table中寻找弱引用的依赖对象，进行清除处理。

最后

好了，关于Block就写到这里了，花了五一的三天时间解决了一个基础知识点，如释重负，写的真心累。

参考文章
浅谈 block（1） - clang 改写后的 block 结构
 Objc Block实现分析
 （四）Block之 __block修饰符及其存储域
 （三）Block之截获变量和对象
 关于Block再啰嗦几句
 __block变量存储域
 Block学习⑤--block对对象变量的捕获
 浅谈Block实现原理及内存特性之三: copy过程分析
 iOS底层原理总结 - 探寻block的本质（一）

iOS中Block实现原理的全面分析

Block的底层基本结构

__blockTest_block_impl_0

__block_impl

__blockTest_block_desc_0

__blockTest_block_func_0

blockTest

Flags

block截获变量

截获auto变量值

使用static修饰变量

全局变量

使用__block修饰变量

Block的内存管理

Block截获对象

auto Strong 对象

auto Weak 对象

Block循环引用

Weak解除循环引用

最后

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