iOS-Block本质

参考篇：iOS-Block浅谈

前言：本文简述Block本质，如有错误请留言指正。

第一部分：Block本质

Q：什么是Block，Block的本质是什么？

• block本质上也是一个OC对象，它内部也有个isa指针
• block是封装了函数调用以及函数调用环境的OC对象
• block是封装函数及其上下文的OC对象

block底层结构图

查看block源码：

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

struct __main_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __main_block_desc_0* Desc;
  // 构造函数（类似于OC的init方法），返回结构体对象
  __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;
  }
};

// 封装了block执行逻辑的函数
static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {

            NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_2r__m13fp2x2n9dvlr8d68yry500000gn_T_main_c60393_mi_0);
        }

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)};
int main(int argc, const char * argv[]) {
    /* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool;
        // 定义block变量
        void (*block)(void) = &__main_block_impl_0(
                                                   __main_block_func_0,
                                                   &__main_block_desc_0_DATA
                                                   );

        // 执行block内部的代码
        block->FuncPtr(block);
    }
    return 0;
}

clang查看Block

• FuncPtr：指向调用函数的地址
• __main_block_desc_0 ：block描述信息
• Block_size：block的大小

第二部分：Block捕获变量

Q：下述代码输出值为多少？

int age=10;
void (^Block)(void) = ^{
    NSLog(@"age:%d",age);
};
age = 20;
Block();

输出值为 age：10
原因：创建block的时候，已经把age的值存储在里面了。

Q：下列代码输出值分别为多少？

auto int age = 10;
static int num = 25;
void (^Block)(void) = ^{
    NSLog(@"age:%d,num:%d",age,num);
};
age = 20;
num = 11;
Block();

输出结果为：age:10,num:11
愿意：auto变量block访问方式是值传递，static变量block访问方式是指针传递
源码证明：

int age = __cself->age; // bound by copy
int *num = __cself->num; // bound by copy

NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_2r__m13fp2x2n9dvlr8d68yry500000gn_T_main_d2875b_mi_0, age, (*num));

int age = 10;
static int num = 25;

block = ((void (*)())&__test_block_impl_0((void *)__test_block_func_0, &__test_block_desc_0_DATA, age, &num));

age = 20;
num = 11;

上述代码可查看 static修饰的变量，是根据指针访问的

Q：为什么block对auto和static变量捕获有差异？

auto自动变量可能会销毁的，内存可能会消失，不采用指针访问；static变量一直保存在内存中，指针访问即可

Q：block对全局变量的捕获方式是？

block不需要对全局变量捕获，都是直接采用取值的

Q：为什么局部变量需要捕获？

考虑作用域的问题，需要跨函数访问，就需要捕获

Q：block的变量捕获（capture）

为了保证block内部能够正常访问外部的变量，block有个变量捕获机制

block的变量捕获

Q：block里访问self是否会捕获？

会，self是当调用block函数的参数，参数是局部变量，self指向调用者

Q：block里访问成员变量是否会捕获？

会，成员变量的访问其实是self->xx，先捕获self，再通过self访问里面的成员变量

第三部分 Block类型

Q：block有哪几种类型？

block的类型，取决于isa指针，可以通过调用class方法或者isa指针查看具体类型，最终都是继承自NSBlock类型

• __NSGlobalBlock __ （ _NSConcreteGlobalBlock ）
• __NSStackBlock __ （ _NSConcreteStackBlock ）
• __NSMallocBlock __ （ _NSConcreteMallocBlock ）

代码示例

void (^block1)(void) = ^{
    NSLog(@"block1");
};
NSLog(@"%@",[block1 class]);
NSLog(@"%@",[[block1 class] superclass]);
NSLog(@"%@",[[[block1 class] superclass] superclass]);
NSLog(@"%@",[[[[block1 class] superclass] superclass] superclass]);
NSLog(@"%@",[[[[[block1 class] superclass] superclass] superclass] superclass]);

输出结果：
NSGlobalBlock
__NSGlobalBlock
NSBlock
NSObject
null

上述代码输出了block1的类型，也证实了block是对象，最终继承NSObject

代码展示block的三种类型：

int age = 1;
void (^block1)(void) = ^{
    NSLog(@"block1");
};

void (^block2)(void) = ^{
    NSLog(@"block2:%d",age);
};

NSLog(@"%@/%@/%@",[block1 class],[block2 class],[^{
    NSLog(@"block3:%d",age);
} class]);

输出结果：
__NSGlobalBlock __/__NSMallocBlock __/__NSStackBlock __

Q：各类型的block在内存中如何分配的？

• __NSGlobalBlock __ 在数据区
• __NSMallocBlock __ 在堆区
• __NSStackBlock __ 在栈区
• 堆：动态分配内存，需要程序员自己申请，程序员自己管理
• 栈：自动分配内存，自动销毁，先入后出，栈上的内容存在自动销毁的情况

block内存分配

Q：如何判断block是哪种类型？

• 没有访问auto变量的block是__NSGlobalBlock __ ，放在数据段
• 访问了auto变量的block是__NSStackBlock __
• [__NSStackBlock __ copy]操作就变成了__NSMallocBlock __

Q：对每种类型block调用copy操作后是什么结果？

• __NSGlobalBlock __ 调用copy操作后，什么也不做
• __NSStackBlock __ 调用copy操作后，复制效果是：从栈复制到堆；副本存储位置是堆
• __NSStackBlock __ 调用copy操作后，复制效果是：引用计数增加；副本存储位置是堆

Q：在ARC环境下，编译器会根据情况自动将栈上的block复制到堆上的几种情况？

• 1.block作为函数返回值时
• 2.将block赋值给__strong指针时
• 3.block作为Cocoa API中方法名含有usingBlock的方法参数时
• 4.block作为GCD API的方法参数时

MRC下block属性的建议写法
@property (copy, nonatomic) void (^block)(void);

ARC下block属性的建议写法
@property (strong, nonatomic) void (^block)(void);
@property (copy, nonatomic) void (^block)(void);

第四部分：对象类型的auto变量

Q：ARC下述代码中Person对象是否会释放？

示例代码：

typedef void(^XBTBlock)(void);
XBTBlock block;
{
    Person *p = [[Person alloc] init];
    p.age = 10;
    
    block = ^{
        NSLog(@"======= %d",p.age);
    };
}

Person.m
- (void)dealloc{
    NSLog(@"Person - dealloc");
}

输出结果：不会打印Person - dealloc
转化C++代码后：

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

上述
block为堆block，block里面有一个Person指针，Person指针指向Person对象。只要block还在，Person就还在。block强引用了Person对象。

Q：上述代码改换成MRC，Person对象会释放么？

会的！
堆空间的block会对Person对象retain操作，拥有一次Person对象。

Q：下列代码中Person是否会被释放？

@autoreleasepool {
        XBTBlock block;
        
        {
            Person *p = [[Person alloc] init];
            p.age = 10;
            __weak Person *weakPersn = p;
            block = ^{
                NSLog(@"======= %d",weakPersn.age);
            };
        }
        NSLog(@"--------------");
}

答案：会释放

小结

无论MRC还是ARC，栈空间上的block，不会持有对象；堆空间的block，会持有对象。

Q：当block内部访问了对象类型的auto变量时，是否会强引用？

答案：分情况讨论，分为栈block和堆block

栈block
a) 如果block是在栈上，将不会对auto变量产生强引用
b) 栈上的block随时会被销毁，也没必要去强引用其他对象

堆block
1.如果block被拷贝到堆上：
a) 会调用block内部的copy函数
b) copy函数内部会调用_Block_object_assign函数
c) _Block_object_assign函数会根据auto变量的修饰符（__strong、__weak、__unsafe_unretained）做出相应的操作，形成强引用（retain）或者弱引用

2.如果block从堆上移除
a) 会调用block内部的dispose函数
b) dispose函数内部会调用_Block_object_dispose函数
c) _Block_object_dispose函数会自动释放引用的auto变量（release）

正确答案：

• 如果block在栈空间，不管外部变量是强引用还是弱引用，block都会弱引用访问对象
• 如果block在堆空间，如果外部强引用，block内部也是强引用；如果外部弱引用，block内部也是弱引用

Q：__weak 在使用clang转换OC为C++代码时，可能会遇到以下问题cannot create __weak reference in file using manual reference

解决方案：支持ARC、指定运行时系统版本，比如
xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc -fobjc-arc -fobjc-runtime=ios-8.0.0 main.m

Q1：gcd的block中引用 Person对象什么时候销毁？

-(void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event{
    Person *person = [[Person alloc] init];
    person.age = 10;
    
    dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(2.0 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
        NSLog(@"age:%d",person.age);
    });
    
    NSLog(@"touchesBegan");
}

输出结果：
14:36:03.395120+0800 test[1032:330314] touchesBegan
14:36:05.395237+0800 test[1032:330314] age:10
14:36:05.395487+0800 test[1032:330314] Person-dealloc

原因：gcd的block默认会做copy操作，即dispatch_after的block是堆block，block会对Person强引用，block销毁时候Person才会被释放。

Q2：上述代码如果换成__weak，Person什么时候释放？

-(void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event{

    Person *person = [[Person alloc] init];
    person.age = 10;
    
    __weak Person *weakPerson = person;
    dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(2.0 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
        NSLog(@"age:%p",weakPerson);
    });

    NSLog(@"touchesBegan");
}

输出结果：
14:38:42.996990+0800 test[1104:347260] touchesBegan
14:38:42.997481+0800 test[1104:347260] Person-dealloc
14:38:44.997136+0800 test[1104:347260] age:0x0

原因：使用__weak修饰过后的对象，堆block会采用弱引用，无法延时Person的寿命，所以在touchesBegan函数结束后，Person就会被释放，gcd就无法捕捉到Person。

Q3：如果gcd内包含gcd，Person会什么时候释放？

-(void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event{

    Person *person = [[Person alloc] init];
    person.age = 10;
    
    __weak Person *weakPerson = person;
    dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(4.0 * NSEC_PER_SEC)),
                   dispatch_get_main_queue(), ^{
                       
        dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(3.0 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
            NSLog(@"2-----age:%p",person);
        });
        NSLog(@"1-----age:%p",weakPerson);
    });

    NSLog(@"touchesBegan");
}

输出结果：
14:48:01.293818+0800 test[1199:403589] touchesBegan
14:48:05.294127+0800 test[1199:403589] 1-----age:0x604000015eb0
14:48:08.582807+0800 test[1199:403589] 2-----age:0x604000015eb0
14:48:08.583129+0800 test[1199:403589] Person-dealloc

原因：gcd内部只要有强引用Person，Person就会等待执行完再销毁！所以Person销毁时间为7秒。

Q4：如果gcd内部先强引用后弱引用，Person什么时候释放？

-(void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event{

    Person *person = [[Person alloc] init];
    person.age = 10;
    
    __weak Person *weakPerson = person;
    dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(4.0 * NSEC_PER_SEC)),
                   dispatch_get_main_queue(), ^{
                       
        dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(3.0 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
            NSLog(@"2-----age:%p",weakPerson);
        });
        NSLog(@"1-----age:%p",person);
    });

    NSLog(@"touchesBegan");
}

输出结果
14:52:29.036878+0800 test[1249:431302] touchesBegan
14:52:33.417862+0800 test[1249:431302] 1-----age:0x6000000178d0
14:52:33.418178+0800 test[1249:431302] Person-dealloc
14:52:36.418204+0800 test[1249:431302] 2-----age:0x0

原因：Person会等待强引用执行完毕后释放，只要强引用执行完，就不会等待后执行的弱引用，会直接释放的，所以Person释放时间为4秒。

第五部分：__block修饰符

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

不需要。

Q：block能否修改变量值？

auto修饰变量，block无法修改，因为block使用的时候是内部创建了变量来保存外部的变量的值，block只有修改内部自己变量的权限，无法修改外部变量的权限。
static修饰变量，block可以修改，因为block把外部static修饰变量的指针存入，block直接修改指针指向变量值，即可修改外部变量值。
全局变量值，全局变量无论哪里都可以修改，当然block内部也可以修改。

Q：__block int age = 10，系统做了哪些？

答案：编译器会将__block变量包装成一个对象
查看c++源码：

struct __Block_byref_age_0 {
  void *__isa;
__Block_byref_age_0 *__forwarding;//age的地址
 int __flags;
 int __size;
 int age;//age 的值
};

Q：__block 修饰符作用？

• __block可以用于解决block内部无法修改auto变量值的问题
• __block不能修饰全局变量、静态变量（static）
• 编译器会将__block变量包装成一个对象
• __block修改变量：age->__forwarding->age
• __Block_byref_age_0结构体内部地址和外部变量age是同一地址

__forwarding指针指向

Q：block可以向NSMutableArray添加元素么？

NSMutableArray *arr = [NSMutableArray array];

Block block = ^{
    [arr addObject:@"123"];
    [arr addObject:@"2345"];
};

答案：可以，因为是addObject是使用NSMutableArray变量，而不是通过指针改变NSMutableArray，如果是arr = nil，这就是改变了NSMutableArray变量，会报错。

5.1 __block的内存管理

当block在栈上时，并不会对__block变量产生强引用

Q：block的属性修饰词为什么是copy？

block一旦没有进行copy操作，就不会在堆上
block在堆上，程序员就可以对block做内存管理等操作，可以控制block的生命周期

Q：当block被copy到堆时，对__block修饰的变量做了什么？

• 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函数会对__block变量形成强引用（retain）
• 对于__block 修饰的变量 assign函数对其强引用；对于外部对象 assign函数根据外部如何引用而引用

block0复制到堆上 block1复制到堆上

Q：当block从堆中移除时，对__block修饰的变量做了什么？

• 会调用block内部的dispose函数
• dispose函数内部会调用_Block_object_dispose函数
• _Block_object_dispose函数会自动释放引用的__block变量（release）

block被废弃 block1被废弃

Q：block对象类型的auto变量、__block变量的区别？

从几方面回答：

1.当block在栈上时，对它们都不会产生强引用

2.当block拷贝到堆上时

• 都会通过copy函数来处理它们
• 对于__block 修饰的变量 assign函数对其强引用；对于外部对象 assign函数根据外部如何引用而引用
  __block变量（假设变量名叫做a）

_Block_object_assign((void*)&dst->a, (void*)src->a, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);

对象类型的auto变量（假设变量名叫做p）

_Block_object_assign((void*)&dst->p, (void*)src->p, 3/*BLOCK_FIELD_IS_OBJECT*/);

3.当block从堆上移除时

• 都会通过dispose函数来释放它们
  __block变量（假设变量名叫做a）

_Block_object_dispose((void*)src->a, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);

对象类型的auto变量（假设变量名叫做p）

_Block_object_dispose((void*)src->p, 3/*BLOCK_FIELD_IS_OBJECT*/);

4.__block的__forwarding指针

• 栈上__block的__forwarding指向本身
• 栈上__block复制到堆上后，栈上block的__forwarding指向堆上的block，堆上block的__forwarding指向本身

__forwarding指向

Q：被__block修饰的对象类型在block上如何操作的？

分几方面回答：

1.当__block变量在栈上时，不会对指向的对象产生强引用

2.当__block变量被copy到堆时

• 会调用__block变量内部的copy函数
• copy函数内部会调用_Block_object_assign函数
• _Block_object_assign函数会根据所指向对象的修饰符（__strong、__weak、__unsafe_unretained）做出相应的操作，形成强引用（retain）或者弱引用（注意：这里仅限于ARC时会retain，MRC时不会retain）
• MRC环境下不会根据对象的修饰符引用，都是弱引用

3.如果__block变量从堆上移除

• 会调用__block变量内部的dispose函数
• dispose函数内部会调用_Block_object_dispose函数
  _Block_object_dispose函数会自动释放指向的对象（release）

第六部分 block循环引用

Q：ARC下如何解决block循环引用的问题？

三种方式：__weak、__unsafe_unretained、__block

1.第一种方式：__weak

Person *person = [[Person alloc] init];
//        __weak Person *weakPerson = person;
__weak typeof(person) weakPerson = person;

person.block = ^{
    NSLog(@"age is %d", weakPerson.age);
};

2.第二种方式：__unsafe_unretained

__unsafe_unretained Person *person = [[Person alloc] init];
person.block = ^{
    NSLog(@"age is %d", weakPerson.age);
};

3.第三种方式：__block

__block Person *person = [[Person alloc] init];
person.block = ^{
    NSLog(@"age is %d", person.age);
    person = nil;
};
person.block();

4.三种方法比较

• __weak：不会产生强引用，指向的对象销毁时，会自动让指针置为nil
• __unsafe_unretained：不会产生强引用，不安全，指向的对象销毁时，指针存储的地址值不变
• __block：必须把引用对象置位nil，并且要调用该block

__weak 和 __unsafe_unretained 解决循环引用方式 __block解决循环引用方式

Q：MRC下如何解决block循环引用的问题？

两种方式：__unsafe_unretained、__block

1.第一种方式：__unsafe_unretained

__unsafe_unretained Person *person = [[Person alloc] init];
person.block = ^{
    NSLog(@"age is %d", weakPerson.age);
};

2.第二种方式：__block

__block Person *person = [[Person alloc] init];
person.block = ^{
    NSLog(@"age is %d", person.age);
};