Objective-C Block初探

2020-03-18 本文已影响0人收纳箱

1. 概述

一个闭包包含：

一个函数(或指向函数的指针)
该函数执行时需要的上下文变量

在Objective-C中，Block就是闭包。

Block有以下特点：

可以嵌套定义，定义Block方法和定义函数方法类似(所以也常称Block为匿名函数)
Block可以定义在方法的内部或者外部
和函数很像，Block()调用时才会执行内部的方法
Block的本质是对象，使代码高聚合

2. Block的定义

很多人觉得Block的定义很怪异，很难记住。但其实和C语言的函数指针的定义对比一下，你很容易就可以记住。

// Block
returnType (^blockName)(parameterTypes)

// 函数指针
returnType (*c_func)(parameterTypes)

例如输入和返回参数都是字符串：

(char *) (*c_func)(const char *);
(NSString *) (^block)(NSString *);

本地变量

returnType (^blockName)(parameterTypes) = ^returnType(parameters) {
  ...
};

属性

@property (nonatomic, copy, nullability) returnType (^blockName)(parameterTypes);

方法参数

- (void)someMethodThatTakesABlock:(returnType (^nullability)(parameterTypes))blockName;

方法调用的参数

[someObject someMethodThatTakesABlock:^returnType (parameters) {
  ...
}];

C函数的参数

void SomeFunctionThatTakesABlock(returnType (^blockName)(parameterTypes));

typedef

typedef returnType (^TypeName)(parameterTypes);
TypeName blockName = ^returnType(parameters) {...};

3. Block与外部变量

3.1 捕获自动变量(局部变量)

typedef void (^MyBlock)(void);

默认情况

对于Block外部的变量，Block默认是将其复制到数据结构中来实现访问的：

Block内未使用外部变量，不发生捕获
Block内部使用了外部变量，发生捕获，Block结构体重会存储相应的数据，导致其体积增大。

默认情况下Block只访问局部变量的值，而不需要修改它。

int age = 10;
MyBlock block = ^{
    NSLog(@"age = %d", age);
};
age = 18;
block();

//输出
10

__block修饰

如果需要修改外部变量的值，则需要对变量使用__block进行修饰。此时，Block会复制变量的引用地址来实现访问，所以可以修改外部的变量值。

__block int age = 10;
MyBlock block = ^{
    NSLog(@"age = %d", age);
};
age = 18;
block();

//输出
18

一句话就是：没有__block修饰是值引用，有__block修饰是指针引用。

3.2 __block修饰原理

为什么使__block修饰就可以修改变量值呢？我们创建一个main.m文件。

#import <Foundation/Foundation.h>

typedef void (^MyBlock)(void);

int main(int argc, const char * argv[])
{
  @autoreleasepool
  {
     __block int age = 10;
     MyBlock block = ^{
         NSLog(@"age = %d", age);
     };
     age = 18;
     block();
  }
  return 0;
}

然后在终端中输入：

clang -rewrite-objc main.m

会生成一个main.cpp文件。

__block int age = 10;
...
age = 18;

//转换为
__Block_byref_age_0 age = {
   0,
   &age,
   0,
   sizeof(__Block_byref_age_0),
   10
};
...
age.__forwarding->age = 18;

我们发现__block修饰之后，局部变量age变成了__Block_byref_age_0结构体类型变量实例。

现在我们要访问age变量，则需要通过__forwarding成员变量来间接访问。

4. Block的copy操作

4.1 Block的存储域

Block是存储在栈上还是堆上呢？

其实，Block有三种不同的类型：

全局块(_NSConcreteGlobalBlock)，存在于全局内存中，相当于单例。
栈块(_NSConcreteStackBlock)，存在于栈内存中，超出作用域后会被销毁。
堆块(_NSConcreteMallocBlock)，存在于堆内存中，是一个带引用计数的对象，需要自己管理内存。

Block存储区域

看到一个Block，我们如何确认Block的存储区域呢？

Block不访问外界变量(包括栈和堆中的变量)

MRC和ARC中都一样，Block在代码段中，即全区块。

Block访问外界变量

MRC：默认存储在栈区。

ARC：默认存储在栈区，然后ARC情况下，按需自动拷贝到了堆区，自动释放。

4.2 Block的copy操作

那么问题来了：为什么ARC下，访问外界变量的Block会自动拷贝到堆区呢？

栈块存在于栈内存中，超出作用域后会被销毁。使用__block的变量也会被回收。为了解决这个问题，需要把栈块复制到堆上，延长其生命周期。开启ARC时，大多数情况下编译器会恰当地进行判断，是否需要将Block从栈复制到堆。如果需要，自动生成复制代码。Block的复制操作执行的是copy实例方法。Block调用了copy方法就会从栈块变成堆块。

例如下面这个返回类型为blk_tBlock的函数：

typedef int (^blk_t)(int);

blk_t func(int rate) {
    return ^(int count) { return rate * count; };
}

返回之前的Block是在栈上的，返回之后作用域结束，会被释放。ARC开启时，编译器就会自动完成复制。而MRC时，需要我们执行copy方法手动执行。

将Block从栈上拷贝到堆上相当消耗CPU，所以Block在栈上够用，就不要执行复制了。不然就会浪费CPU资源。

Block的复制实际是调用copy实例方法，不同类型的Block执行copy效果也稍微有些不同。

Block类	副本源的存储域	复制效果
_NSConcreteGlobalBlock	程序的数据区	什么也不做
_NSConcreteStackBlock	栈	从栈复制到堆
_NSConcreteMallocBlock	堆	引用计数增加

虽然栈块也是对象，但它没有引用计数。因为栈区的内存由编译器自动分配释放，不需要引用计数。

4.3 Block的__forwarding

在copy之后，Block变量也会被复制到堆上。那么访问变量是访问栈上的还是堆上的呢？之前看到的__block变量的__forwarding就是解决这个问题的。

__forwarding

通过__forwarding，无论是在Block中还是Block外访问__block变量，也不管该变量是在栈上或者堆上，都可以顺利访问同一个__block变量。

5. 防止Block循环引用

某个类将Block作为自己的变量，同时又在Block内部使用了类实例对象本身，就会出现循环引用：

self.someBlock = ^{
        [self doSomething];
}

即自己持有Block，Block又捕获了自己，造成循环引用。

MRC，使用__block

__block typeof(self) blockSelf = self;
self.someBlock = ^{
     [blockSelf doSomething];
}

ARC，使用__weak

__weak typeof(self) weakSelf = self;
self.someBlock = ^{
     [weakSelf doSomething];
}

注意：在ARC中使用__block也可能出现循环应用。

typedef void(^Block)(void);
@interface SomeObj: NSObject
@property (nonatomic, copy) Block block;
@end
  
@implementation SomeObj
- (instancetype)init
{
    self = [super init];
    if (self) {
        __block typeof(self) blockSelf = self;
        self.block = ^{
            NSLog(@"Self: %@", blockSelf);
            blockSelf = nil;
        };
    }
    return self;
}

- (void)execBlock
{
    self.block();
}
@end
  
//使用类
SomeObj *obj = [[SomeObj alloc] init];
[obj execBlock]; //如果不执行execBlock，blockSelf永远不会置空，循环引用一直存在。