将来跳槽用selector

OC底层面试知识点之 —— Block底层原理！

2021-04-24  本文已影响0人  iOS鑫

本文将介绍block的类型，循环引用的解决方法以及block底层分析

Block简介

Block定义：带有自动变量的匿名函数，它是C语言的拓展功能，之所以是扩展，是因为C语言不允许存在这样的匿名函数

Block类型

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block主要有三种类型

此时block无参也无返回值，属于全局block

此时block会访问外界变量，即底层拷贝a，所以是堆区block

其中局部变量a在没有处理之前（即没有拷贝之前）是 栈区block， 处理后（即拷贝之后）是堆区block ，所以栈区block越来越少了

这个情况下，可以通过__weak不进行强持有，block就还是栈区block

总结

Block循环引用

【正常释放】：当A持有B，当A调用dealloc方法，给B发送release信号，B收到release信号，如果此时B的引用计数为0时，则会调用B的dealloc方法，此时A，B都能正常释放 【循环引用】：当A持有B，B同时也持有A时，此时A销毁需要B先销毁，而B销毁同样需要A先销毁，就导致相互等待销毁，此时A，B的引用计数都不为0，所以A，B此时都无法释放。

解决循环引用

举个循环引用的例子：如下图

上面代码发生了循环引用，因为在block内部使用了self的name变量，导致block持有self，而self本来就持有block，就导致了self和block相互持有。

下面来解决循环引用

weak-strong-dance（弱强共舞）

@interface ViewController ()
@property (nonatomic, copy) void (^block)(void);
@property (nonatomic, copy) NSString *name;
@end

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];  
    self.name = @"man";
    __weak typeof(self) weakSelf = self;
    self.block = ^(void){
        NSLog(@"%@",weakSelf.name);
    };
    self.block();
}

由于此时的weakSelf和self指向同一片内存空间，而且使用__weak不会导致self的引用计数发生变化，可以通过打印weakSelf和self的指针地址，以及self的引用计数来验证 [图片上传失败...(image-74b93d-1619163053376)]

如果只用weak修饰，则可能出现block内部持有的对象被提前释放，为了防止block内部变量被提前释放，使用strong对引用计数+1，防止提前释放。

其中strongSelf是一个临时变量，在block的作用域内，当block执行完就会释放strongSelf，这种方式属于打破self对block的强引用，依赖于中间者模式，属于自动置为nil，也就是自动释放。

__block修饰变量

这种方式同样依赖于中介者模式，属于手动释放，是通过__block修饰对象，主要是因为__block修饰的对象是可以改变的。

这里的block必须调用，如果不调用block，vc就不会置空，那么依旧是循环引用，self和block都不会释放。

对象self作用参数

主要是将对象self作用参数，提供给block内部使用，不会有引用计数问题

使用NSProxy虚拟类

使用场景

循环引用解决原理

主要是通过自定义的NSProxy类的对象来代替self，并使用方法实现消息转发，下面是NSProxy子类的实现以及使用的场景

@interface LjProxy ()

@property(nonatomic, weak, readonly) NSObject *objc;

@end

@implementation LjProxy

- (id)transformObjc:(NSObject *)objc{
   _objc = objc;
    return self;
}

+ (instancetype)proxyWithObjc:(id)objc{
    return  [[self alloc] transformObjc:objc];
}

// 有了方法签名之后就会调用方法实现
- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)invocation{
    SEL sel = [invocation selector];
    if ([self.objc respondsToSelector:sel]) {
        [invocation invokeWithTarget:self.objc];
    }
}

// 查询该方法的方法签名
- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)sel{
    NSMethodSignature *signature;
    if (self.objc) {
        signature = [self.objc methodSignatureForSelector:sel];
    }else{
        signature = [super methodSignatureForSelector:sel];
    }
    return signature;
}

- (BOOL)respondsToSelector:(SEL)aSelector{
    return [self.objc respondsToSelector:aSelector];
}

@end

自定义Man和Teacher类

@implementation Man

- (void)likeFood {
    NSLog(@"%@-->牛肉", self);
}

@end

@implementation Teacher

- (void)likeWork {
    NSLog(@"%@->教书育人", self);
}

@end
通过LjProxy实现多继承功能 通过LjProxy解决定时器中self的强引用问题 运行打印：

总结

循环引用解决的根本方式：

上面介绍了block的定义，用法以及如何解决循环引用，下面我们来探寻下block的C++实现

Block C++实现

研究底层可以先从C++，断点调试开始

本质

创建block.c文件

通过xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc block.c -o block.cpp，将block.c编译成block.cpp，其中block在底层被编译成了以下的形式

相当于block等于__main_block_impl_0，是一个函数。下面查看__main_block_impl_0

通过上图我们可以知道__main_block_impl_0是一个结构体，同时可以说明block是一个__main_block_impl_0类型的对象，这也是为什么block能够%@打印的原因

我们用一张图来说明他们之间的联系

下面我们来解释几个问题

block为什么需要调用

在底层block的类型__main_block_impl_0结构体，通过其同名构造函数创建，第一个传入的block的内部实现代码块，即__main_block_func_0，用fp表示，然后赋值给impl的FuncPtr属性，然后在main中进行了调用，这也是block为什么需要调用的原因。如果不调用，block内部实现的代码块将无法执行，可以总结为以下两点

block是如何获取外界变量的

我们将上面的代码当中调用block 再将它编译成.cpp文件

__main_block_func_0中的a是值拷贝，如果此时在block内部实现中作 a++操作，是有问题的，会造成编译器的代码歧义，即此时的a是只读的。

【总结】：block捕获外界变量时，在内部会自动生成同一个属性来保存

__block原理

将上面代码的局部变量a使用__block修饰 再将它编译成.cpp文件

通过上面的截图我们可以得出以下结论：

总结

上面__block和非__block修饰局部变量产生两种不同的拷贝

Block底层原理

确定block源码位置

在main函数中写如下代码 通过在block处打断点，运行block

我们发现走到了objc_retainBlock，我们加符号断点objc_retainBlock

打印符号断点后，我们发现执行了_Block_copy，我们再加符号断点_Block_copy

此时我们需要看_Block_copy实现，它在libsystem_blocks.dylib源码中，我们去苹果官方下载下源码libclosure-74，在源码中搜索_Block_copy

通过查看_Block_copy的源码实现，发现block在底层的真正类型是Block_layout

Block真正类型Block_layout

我们查看下Block_layout底层实现

说明：

我们再看下他们底层实现

从上图可以知道：Block_descriptor_2和Block_descriptor_3都是通过Block_descriptor_1的地址，经过内存平移得到的

Block内存变化

根据符号断点

我们打断点运行，走到objc_retainBlock，我们打印寄存器x0

我们发现此时的block是全局block，即__NSGlobalBlock__类型

我们增加外部变量a，再次运行，在相同的位置再次打印x0

此时读取block发现是栈block即__NSStackBlock__

执行到符号断点objc_retainBlock时，我们发现还是栈区block

我们在增加符号断点_Block_copy，继续往下走，来到_Block_copy断点，此时打印

此时的x0地址不变，说明此时的block还是栈区block，我们在_Block_copy尾部ret处打断点，执行到断点处，再次打印

发现经过_Block_copy之后，x0的地址发生了变化，我们打印x0地址后发现block由栈区block变为堆区block，即__NSMallocBlock__

同样上面的结论我们也可以通过读寄存器地址来得出

根据寄存器地址

我们重新运行项目，继续前面的断点，运行前面的断点，打印x0，x8，x9

此时我们看到x0和x8指向的是同一块内存空间，用于存储__NSStackBlock__，此时的x9存储的是_block_invoke

我们将代码运行到41行，在次打印上面的地址

此时的x8是_block_invoke，blr就是跳转进入的意思，也就是要进入_block_invoke里

当我们进入_block_invoke中，可以得出是通过内存平移得到block内部实现的

前面提到的Block_layout的结构体源码中知道其有个属性invoke，即block的执行者，是从isa首地址平移16字节得到invoke，然后进行调用执行的。

Block签名

最开始我们拿到了block的地址，前面底层我们知道block底层是Block_layout的结构体

通过上图我们知道descriptor是附加信息，我们打印下它的内容

找到block地址，通过内存平移找到descriptor，然后x/8gx查看descriptor内存情况，我们前面说了descriptor会有_Block_descriptor_2或者_Block_descriptor_3，只有_Block_descriptor_3存在签名。

判断是否存在_Block_descriptor_2，即flags的BLOCK_HAS_COPY_DISPOSE（拷贝辅助函数）是否有值

看到打印结果为0，表示没有Block_descriptor_2。

判断是否存在Block_descriptor_3，即flags的BLOCK_HAS_SIGNATURE（是否有签名）是否有值

看到打印的结果不为0，说明有值，说明是Block_descriptor_3，存在签名，看descriptor，其中第三个0x0000000104d63e87表示签名。我们将签名打印出来了

下面我们通过[NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"v8@?0"]看下签名具体内容

下面我们具体来看下签名：

return value: -------- -------- -------- --------
        type encoding (v) 'v'
        flags {}
        modifiers {}
        frame {offset = 0, offset adjust = 0, size = 0, size adjust = 0}
        memory {offset = 0, size = 0}
    argument 0: -------- -------- -------- --------
        type encoding (@) '@?' // 类型是否是@
        flags {isObject, isBlock} // @是isObject ，？是isBlock，代表 isBlockObject
        modifiers {}
        frame {offset = 0, offset adjust = 0, size = 8, size adjust = 0}
        memory {offset = 0, size = 8} // 所在偏移位置是8字节

block的签名信息类似于方法的签名信息，主要体现在block返回值，参数以及类型等信息上。

Block的三次copy分析

Block_copy源码分析

_Block_object_assign分析

要分析block的三层copy，首先需要知道外部变量的种类有哪些，在__block的cpp文件中，对block修饰__main_block_desc_0_DATA，而__main_block_desc_0_DATA用的__main_block_copy_0，最后对a的修饰_Block_object_assign。对block修饰其中用的最多的是BLOCK_FIELD_IS_OBJECT和BLOCK_FIELD_IS_BYREF

而_Block_object_assign是在底层编译代码中，外部变量拷贝是调用的方法就是它。看下_Block_object_assign的源码 我们看下_Block_byref_copy源码实现

代码验证

写如下代码： 进行clang编译结果如下

通过上面的分析，我们可以知道这些方法的执行顺序_Block_copy->_Block_byref_copy->_Block_object_assign,正好对应上述的三层copy 综上所述，那么block是如何拿到lj_name的呢？

三层copy总结

通过上面我们看出，block的三层拷贝指的是以下三层：

【注意】只有__block修饰的对象才三层copy

拓展

_Block_object_dispose 分析

在__Block_byref_id_object_dispose_131实现中调用的就是_Block_object_dispose，下面我们看下_Block_object_dispose的底层实现：

通过源码我们可以知道_Block_object_dispose是进行release操作，通过不同分区的block，进行不同的释放操作。而_Block_object_assign是进行retain操作的，

下面看看_Block_byref_release实现 下面我们画图来更容易的了解Block的三层copy的流程

写到最后

写的内容比较多，由于本人能力有限，有些地方可能解释的有问题，请各位能够指出，同时对Block有关的疑问，欢迎大家留言。希望大家能够相互交流、探索，一起进步！

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