Block的底层实现(三):__block存储域类说明符

2017-09-03 本文已影响31人静谧的桔子

我们知道在Block使用中，在我们想要修改被截获的变量的值的时候，需要给变量加上__block修饰符；还有在有些情况下避免循环引用的时候也需要添加上__block修饰符。
那么我们为什么需要添加上__block才能修改被截获的变量的值呢？
之前的两篇分别写了无参数和截获变量的Block，接下来，给之前的截获变量的Block添加__block进行编译，看看有什么不同。
首先，我们先创建需要的变和Block,代码如下：

int main(){
    __block int val = 10;
    void(^blk)(void) = ^{
        val  = 1;
    };
    blk();
    return 0;
};

接着，通过clang -rewrite-objc 源文件名这个命令进行编译，看一下编译后的代码。
编译后的代码如下：

struct __Block_byref_val_0 {
  void *__isa;
__Block_byref_val_0 *__forwarding;
 int __flags;
 int __size;
 int val;
};

struct __main_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __main_block_desc_0* Desc;
  __Block_byref_val_0 *val; // by ref
  __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, __Block_byref_val_0 *_val, int flags=0) : val(_val->__forwarding) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};
static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
  __Block_byref_val_0 *val = __cself->val; // bound by ref

        (val->__forwarding->val) = 1;
    }
static void __main_block_copy_0(struct __main_block_impl_0*dst, struct __main_block_impl_0*src) {
_Block_object_assign((void*)&dst->val, (void*)src->val, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);
}

static void __main_block_dispose_0(struct __main_block_impl_0*src) {
_Block_object_dispose((void*)src->val, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);
}

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*);
} __main_block_desc_0_DATA = { 0, sizeof(struct __main_block_impl_0), __main_block_copy_0, __main_block_dispose_0};
int main(){
    __attribute__((__blocks__(byref))) __Block_byref_val_0 val = {
                 (void*)0,
                 (__Block_byref_val_0 *)&val, 
                 0, 
                 sizeof(__Block_byref_val_0),
                 10
           };
    void(*blk)(void) = ((void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, (__Block_byref_val_0 *)&val, 570425344));

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

    return 0;
};

通过之前的两篇，我们看一下与之前的不同之处。

添加了__block的int类型的变量val通过Block语法转换成了__Block_byref_val_0 的结构体类型的变量，添加成为__main_block_impl_0的成员变量
然后是__main_block_desc_0中多出了一个copy和dispose的函数指针。
首先看一下__Block_byref_val_0结构体的声明

struct __Block_byref_val_0 {
 void *__isa;
 __Block_byref_val_0 *__forwarding;
 int __flags;
 int __size;
 int val;
};

其结构为isa函数指针、指向自身的__forwarding、以及某些标志、大小，截获的变量的赋值。
这里有一个问题，为何有一个__forwarding指向自身的的成员变量？
另外，__block变量的__Block_byref_val_0结构体并不在Block用__main_block_impl_0结构体中，这样做是为了在多个Block中使用__block变量。
还有一点不一样的地方就是在__main_block_func_0函数中的赋值

(val->__forwarding->val) = 1;

为何不用val->val直接改变数值，而是用val->__forwarding->val？
在解决这两个问题之前，我们首先看一下Block的存储位置。
通过之前的代码我们可以看到__main_block_impl_0的初始化中

impl.isa = &__NSConcreateStackBlock

Block还有另外两个与之相似的类:

_NSConcreteStackBlock 保存在栈中的block，出栈时会被销毁。
_NSConcreteGlobalBlock 全局的静态block，不会访问任何外部变量。
_NSConcreteMallocBlock 保存在堆中的block，当引用计数为0时会被销毁。

通过之前的代码可以看到，之前的Block的初始化类型是__NSConcreateStackBlock，也就是在栈中，也就是说，如果其所属的变量作用域结束，该Block就被废弃，由于__block变量也配置在栈中，那变量作用域结束，__block变量也会被废弃，如果是这样，Block超过作用域存在就不存在了，这时候我们的_NSConcreteMallocBlock闪亮登场拯救了一切，Blocks提供了将Block和__block变量从栈上复制到堆上的方法来解决这个问题。
将配置在栈上的Block和__block变量复制到堆上，这样即使Block语法记述的变量作用域结束，堆上的Block还可以继续存在。
复制到堆上的Block将_NSConcreteMallocBlock类对象写入Block用结构体实力的成员变量isa。
而__block变量用结构体成员变量__forwarding可以实现无论__block变量配置在栈上还是堆上时都能够正确访问__block变量。
这时候又有问题了，之前我们说过__forwarding是指向自身的，如果只是单纯的将变量从栈上复制到堆上，是满足不了条件的，所以在将__block变量从栈上复制到堆上的时候，栈上的__forwarding指向的是堆上的变量，而不是自身了。

最后讲一下__main_block_des_0中的不同。
我们来看一下两个函数指针copy和dispose的实现，代码如下：

static void __main_block_copy_0 (struct __main_block_impl_0*dst, struct __main_block_impl_0*src) {
    _Block_object_assign((void*)&dst->val, (void*)src->val, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);
}
static void __main_block_dispose_0 (struct __main_block_impl_0*src)     {
    _Block_object_dispose((void*)src->val, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);
}

在上述代码中可以看到，我们虽然实现了，但是我们会发现我们并没有被调用，那么这些函数是从哪调用的呢？
Block从栈复制到堆时，会使用_Block_object_assign函数持有该变量(相当于retain)。当堆上的Block被废弃时，会使用_Block_object_dispose函数释放该变量(相当于release)。
以上就是添加了__block修饰符的变量被Block截获并修改值时，系统所做的操作。

Block的底层实现(三):__block存储域类说明符

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