OC中block底层原理总结(上)

在OC中, 函数式编程是借由block实现的, 通过声明一个block, 类似于定义了一个“函数”, 再将这个block作为参数传递给调用的方法, 以此来实现对调用该方法时中间一些过程或者对结果处理的“自定义”，而其内部的其他环节完全不需要暴露给调用者。实际上, 调用者也根本不需要知道。

block在编程中很常用，了解block的本质能让你在使用的时候更加巧妙和安全！

一、block的本质结构

自定义一个block，然后使用命令行将该.m文件转成cpp代码，结果如图：

// 先用命令行cd到该文件目录下， 再执行下面命令行
xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m

block的本质结构.png

1. block的本质是一个cpp结构体__main_block_impl_0，其中age是外部捕获的变量。
2. block结构体中第一个成员是结构体__block_impl，成员有一个isa指针，这与对象类似；有一个FuncPtr指针, 指向的是block中具体的实现代码，block调用时会调用的FuncPtr指向的函数。
3. block结构体中第二个成员是结构体__main_block_desc_0, 观其名，知道是描述block的。

将定义的block不断访问其superclass, 结果为:

__NSMallocBlock__ ->__NSMallocBlock-> NSBlock->NSObject ->null

由此可知block是一个最终继承于NSObject 的OC对象。

二、block的类型

oc中block有3种类型: __NSGlobalBlock__ 、 __NSStackBlock__ 、__NSMallocBlock__ , （括号中的是生成的cpp代码中对应的命名）

block的3种类型及其数据结构.png

怎么确定自己定义的block是哪种类型？

auto局部变量：自动变量 ，离开作用域会自动销毁的，默认的局部变量就是auto变量，只不过可以省略。

确定block类型的方式.png

使用注意：

1. __NSStackBlock__是存放在栈区，__NSMallocBlock__存放在堆区，栈block执行copy后会变成堆block。
2. 对于__NSStackBlock__(栈block), 因为是存放在栈中，一个作用域结束后系统会出栈那部分数据，所以即使初始化的block被外部强引用着，超出了初始化block的那个作用域，你强引用的block会变成引用了一堆错乱的数据。
   (这点验证需要在MRC环境下验证，因为ARC环境下，系统会自动拷贝block。)
3. ARC环境下会自动copy栈block为堆block的情况：
   1> block作为函数的返回值时
   2> 将block赋值给强指针
   3> block作为系统api参数时

各个类型的block在copy后的内存变化

block在copy后的内存变化.png

三、block的变量捕获方式

从上图block的结构体中可知，block中如果使用到外部的变量，会将变量捕获为block的成员。
那么block对于使用到的外部变量有什么规则呢？
经过代码测试，将变量归为3种：

1. auto局部变量：自动变量 ，离开作用域会自动销毁的，默认的局部变量就是auto变量，只不过可以省略。
2. static修饰的局部变量：只被初始化一次，下一次使用会依据上一次结果值。
3. 全局变量: 全局访问变量

block捕获变量规则

block捕获变量规则.png

变量被捕获后的使用注意：
1、auto变量：在被block捕获后修改不会影响到block中对应变量的值。
2、static变量：block中和外部的值始终是一致的，一个地方改了另一个地方使用时就是新值。
3、全局变量：不会被捕获，在block中是直接使用。

如果block捕获的是对象类型的auto变量block内部结构会发生的变化
声明一个oc对象类型auto变量，在block中引用这个变量，此时变量会被捕获到block结构体中。使用命令行查看cpp代码

xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc -fobjc-arc -fobjc-runtime=ios-8.0.0 main.m

从生成的cpp文件中，可以查看到block结构体的变化

1. 捕获变量有__strong和__weak之分, 如下是block引用强指针和弱指针的auto变量时结构体。

struct __main_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __main_block_desc_0* Desc;
  int age;
  NSString *__strong str;
  NSString *__weak weakStr;
};

2. 查看__block_impl和__main_block_desc_0两个成员，发现后者与引用基本数据类型auto变量对比多了copy和dispose两个函数指针，两个函数管理着引用对象的内存。

static struct __main_block_desc_0 {
  size_t reserved;
  size_t Block_size;
  void (*copy)(struct __main_block_impl_0*, struct __main_block_impl_0*);
  void (*dispose)(struct __main_block_impl_0*);
}

3. 对比没有引用对象类型auto变量的block生成的cpp代码发现, block的成员__main_block_desc_0结构体不会有copy和dispose两个函数指针，并且指针指向的函数定义也不会生成。

4. 结论：

如果block中引用的是对象类型的auto变量，那么当block拷贝到堆区和block销毁时会对引用的变量进行内存管理。

1. block拷贝到堆区时，会调用block中__main_block_desc_0结构体的成员copy指向的函数，根据auto变量的修饰符__strong和__weak对对象进行相应操作。
2. block销毁时，会调用block中__main_block_desc_0结构体的成员dispose指向的函数，进行引用解除操作。

关于OC中block内部修改捕获变量的值、block循环引用的本质请查看
OC中block底层原理总结(下)