Objective-C Block篇(二) : Block捕获自

2018-09-24 本文已影响30人 Tenloy

目录知识点

现象：打印栈上、堆上Block截获的自动变量在Block定义前中后的地址与引用计数变化
带有(截获)自动变量(局部变量：对象与非对象)值机制及原理
__block存储域说明符的机制及原理
__block变量的存储域

现象(先从现象入手)

《Effective Objective-C 2.0编写高质量iOS与OS X代码的52个有效方法》中说道：
块默认会把所有捕获的局部变量copy一份到该块所在的内存空间。捕获了多少个变量，就要占据多少内存空间。（注意：拷贝对象时，拷贝的并不是对象本身，而是指向这些对象的指针变量）
block作用域完成，销毁的时候，会把捕获的对象release一次

实践：
使用栈上Block、堆上Block分别捕获自动变量(对象类型、基本类型)，打印了定义前、中、后该变量名(不是指向的内容地址)的地址变化，以及对象类型的引用计数变化

栈上的block捕获局部变量时
    没有__block修饰时，block定义中&取地址，都变了，"前、后一致"，不过都是在"栈上"，对象的应用计数+1，block销毁时，对象引用计数-1
    用__block修饰之后，&取地址，"前、中、后一致不变，都在栈上"。对象的应用计数不变

//-----------------------比较分析-----------------------

栈上的block以上的现象与"函数参数传递"时现象比较：
    "现象与函数保留参数的现象一模一样，不过__block在函数(方法)参数传递中是无效的。"
    像block这种，新创建一份地址，存储着复制而来的数据传递过去的，我们通常叫值传递。
    通常我们所指的对象是地址传递，其实意思是堆上的地址传递过去。变量名在栈上的地址其实也是复制一份传过去的。

因为block本质上就是函数，函数就是这样的。
函数举例：
  C中，在A函数中，给B函数传过去一个对象名，B中对对象修改可以，A中能同步，但是直接对对象赋值，在A中是无效的，A中还是最初的值。

"OC可能是基于这一点，在编译的层面就优化了，防止开发者可能犯的错误".因为默认没法在Block中改变外部变量的值，所以编译过程中就报编译错误。
"__block是在函数的基础上，扩展的功能(因为block比函数灵活了很多，所以同时的要更注意灵活带来的程序开发中引起的问题)"

//-----------------------比较分析-----------------------

堆上的block（栈上的block copy到堆上）捕获局部变量时：

    没有__block修饰时，block定义中&取地址，都变了，"前、后一致，在栈上"，block定义"中的对象名(对象指针)被从栈上拷贝到了堆上"
        不管调用几次copy方法，对象引用计数+1 ，销毁时，对象引用计数-1     
        如果是赋值给一个Block类型变量，不管赋值几次都 + 2，再copy无效，还是+2。销毁时，对象引用计数-2
    用__block修饰后，&取地址，"中、后一致(哪怕block定义马上调用并作用域完成，销毁)，在堆上"，与前不同，"前在栈上"(对象名、非对象本来就在栈上)。对象引用计数不变
    "栈上的__block变量，在__block变量从栈上复制到堆上的时候，会将成员变量__forwarding的值替换为复制到的目标堆上的__block变量的地址`。下面会详细解释"

/* MRC下Block引用obj对象的引用计数变化，没深究

  MRC下block引用obj对象
    block copy时：
        没有__block修饰
            不管调用几次copy方法，obj对象引用计数+1    
            直接赋值给Block类型变量，引用计数不变           
        有__block修饰，obj对象引用计数不变
    block没有copy，即栈上的block引用obj对象时：
        不管有没有__block修饰，obj对象引用计数都是不变的
 */

//捕获全局变量、静态全局变量、静态局部变量
对于 static 变量，全局变量，在 block中是有读写权限的，因为此变量存于全局数据区（非栈区），不会随时释放掉，也不会新开辟内存创建变量。
block 内可以直接使用指向这些变量的指针，可以修改原变量。
"定义的前中后 打印这三种类型的变量地址，都是一致的"
Block的引用没有对其造成任何影响。此时的Block的存储域在全局上

综上所述：

在block定义时
    没有__block修饰，只拷贝一份指针出来，所以引用计数增加。`会对捕获的对象有一份强引用`
    __block修饰时，相当于对定义前的局部变量重新赋值了一个栈上、堆上的新地址(存储内容不变，还是局部变量数据的指针地址)，将原先的变量名(栈上)的给释放了，所以`定义中、后打印表现引用计数不变。`
        此时，"作用域不变。不过block对局部变量还是存在强引用，不过由于__block修饰，所以在block中可以将局部变量置为nil，可以手动控制断开循环引用"

为什么__block修饰之后才能改？
根据上面的现象推测：
__block修饰之后，能保证在block之后用到的该变量跟block中的该变量是一个变量，block中的变量跟函数一样默认(没有__block修饰)是与前后不一样的。是单独拷贝出来的一份对象名(对象指针，也指向堆上对象，但不是拷贝对象），对这个变量名赋值是没有意义的。

__block修饰的变量，在block定义后，还可以修改，之后的block调用时，是变量的最新赋值

带有(捕获)自动变量值

正确理解Block的定义：带有自动变量值的匿名函数.

关于"本质是匿名函数"在上一篇中已经讲过。正确理解"带有自动变量值"，也还是需要从Block的底层实现是函数出发

# 机制

Block会自动截获定义语法中所使用到的自动变量(全局变量、静态自动变量、静态全局变量不用截获，因为作用域的原因，可直接使用)的值，即保存该自动变量的瞬间值。

定义后(保存后)修改，对调用时没有任何影响。
定义中修改自动变量值编译器报错

捕获非对象自动变量

可以使用，但是不能赋值变量

捕获对象自动变量

可以使用对象的任何方法(比如：mutableArray的addObject都可以)，但是不能赋值变量
可以使用、赋值修改对象的属性

注意：
Blocks中，截获自动变量的方法并没有实现对C语言数组的截获

const char text[] = "hello";
在Block中使用text，获取元素是会编译报错的
//可以使用指针
const char * text = "hello";

# 实现原理(`跟C函数的值传递、地址传递结合理解`)

带有自动变量的值的原因是：Block需要保证定义中使用的自动变量在外部随时可能释放，所以Block需要保留该变量(全局、静态因为不会被释放，所以Block对此类变量没有操作)

在上一篇中可以看到Block在没有拦截自动变量时的默认形式如下

// Block类型变量对应的结构体
struct __main_block_impl_0 {
    struct __block_impl imp1;   
    struct __main_block_desc_0* Desc;
    //默认构造函数，C++中的语法
    __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, int flags=0) {
        imp1.isa = &_NSConcreteStackBlock;
        imp1.Flags = flags  //不传默认=0，Reserved默认也是0
        imp1.FuncPtr = fp;
        Desc = desc:
    }
};

//该函数的参数__cself相当于C++实例方法中指向实例自身的变量this，或是Objective-C实例方法中指向对象自身的变量self
//即参数__cself为`指向Block值的变量`
static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0* cself)
{
    printf("Block\n");
}

//今后版本升级所需的区域和Block的大小
static struct __main_block_desc_0{
    unsigned long reserved;
    unsigned long Block_size;
} __main_block_desc_0_DATA = {
    0,
    sizeof(struct __main_block_impl_0)   //block对应结构体的实例大小
};

    //定义
     void (*blk)(void) = (void(*)(void)) &__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA);  
    //调用
    （ (void (*)(struct __block_impl *)) ((struct __block_impl *)blk)->FuncPtr )((struct __block_impl *)blk);

Block将语法表达式中使用到的自动变量作为成员变量追加到了Block类型变量对应的结构体(__main_block_impl_0)中

## Block拦截非OC对象自动变量

反编译代码：

// Block类型变量对应的结构体
struct __main_block_impl_0 {
    struct __block_impl imp1;   
    struct __main_block_desc_0* Desc;
   "const char * fmt;
    int val;"
    //默认构造函数，C++中的语法
    __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, "const char * _fmt, int _val,"  int flags=0)" : fmt(_fmt), val(_val)"{
        imp1.isa = &_NSConcreteStackBlock;
        imp1.Flags = flags  //不传默认=0，Reserved默认也是0
        imp1.FuncPtr = fp;
        Desc = desc:
    }
};

//该函数的参数__cself相当于C++实例方法中指向实例自身的变量this，或是Objective-C实例方法中指向对象自身的变量self
//即参数__cself为`指向Block值的变量`
static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0* cself)
{
    "
      const char * fmt = __cself->fmt;
      int val = __cself->val;
      printf(fmt, val);
    "
}

//今后版本升级所需的区域和Block的大小
static struct __main_block_desc_0{
    unsigned long reserved;
    unsigned long Block_size;
} __main_block_desc_0_DATA = {
    0,
    sizeof(struct __main_block_impl_0)   //block对应结构体的实例大小
};

    //定义
     void (*blk)(void) = (void(*)(void)) &__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA ", fmt, val");  
    //调用
    （ (void (*)(struct __block_impl *)) ((struct __block_impl *)blk)->FuncPtr )((struct __block_impl *)blk);

## Block拦截OC对象自动变量

现状：

Block将语法表达式中使用到的自动变量作为成员变量追加到了Block类型变量对应的结构体(__main_block_impl_0)中,
C语言结构体不能含有附有__strong修饰符的变量，因为编译器不知道何时进行C语言结构体的初始化和废弃操作，不能很好的管理内存。

拦截NSArray对象自动变量反编译代码：

"=========OC代码========="
id array = [[NSMutableArray alloc] init];
blk = [^(id obj) {
    [array addObject: obj];
    NSLog(@“array count = %ld”, [array count]);
} copy];

blk([NSObject new]);

"========反编译代码========"
// Block类型变量对应的结构体
struct __main_block_impl_0 {
    struct __block_impl imp1;   
    struct __main_block_desc_0* Desc;
   "id __strong array;"
    //默认构造函数，C++中的语法
    __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, "id __strong _array,"  int flags=0)" : array(_array)"{
        imp1.isa = &_NSConcreteStackBlock;
        imp1.Flags = flags  //不传默认=0，Reserved默认也是0
        imp1.FuncPtr = fp;
        Desc = desc:
    }
};

//该函数的参数__cself相当于C++实例方法中指向实例自身的变量this，或是Objective-C实例方法中指向对象自身的变量self
//即参数__cself为`指向Block值的变量`
static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0* cself ", id obj")
{
    "
    id __strong array = __cself->array;
    [array addObject:obj];
    NSLog(@“array count = %ld”, [array count]);
    "
}

/*
使用_Block_object_assign函数将 对象类型 对象赋值给Block结构体的成员变量array，并持有该对象
_Block_object_assign函数调用相当于retain实例方法的函数
*/
"static void __main_block_copy_0(struct __main_block_impl_0 *dst, struct __main_block_impl_0 * src)
{
  _Block_object_assign(&dst->array, src->array, BLOCK_FIELD_IS_OBJECT);
}"

/*
 Block_object_dispose函数调用相当于release实例方法的函数，释放Block结构体成员变量array中的对象
*/
"static void __main_block_dispost_0(struct __main_block_impl_0 * src)
{
  _Block_object_dispose(src->array, BLOCK_FIELD_IS_OBJECT);
}"

//今后版本升级所需的区域和Block的大小
static struct __main_block_desc_0{
    unsigned long reserved;
    unsigned long 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),   //block对应结构体的实例大小
   "__main_block_copy_0,
    __main_block_dispose_0"
};

    //定义
     void (*blk)(void) = (void(*)(void)) &__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA ", fmt, val");  
    //调用
    （ (void (*)(struct __block_impl *)) ((struct __block_impl *)blk)->FuncPtr )((struct __block_impl *)blk);

内部实现:
在__main_block_desc_0结构体中增加的成员变量copy和dispose , 以及作为指针赋值给该成员变量__main_block_copy_0函数和__main_block_dispose_0函数。

用途：在上面代码段中有注明
调用时机：在上面转换的源码中，没有发现调用。在Block从栈赋值到堆上(即_Block_copy函数)以及堆上的Block被废弃时才会调用这些函数
在__block变量时，也是这两个方法，不过其中有些不同，对象是BLOCK_FIELD_IS_OBJECT, __block变量是BLOCK_FIELD_IS_BYREF，通过这两个参数区分两种类型。不过持有、释放时机与机制都是一样的。

这是为什么堆上的Block捕获的对象与__block类型变量能超出变量作用域而存在

__block存储域说明符

# 机制

为什么Block拦截的自动变量为什么默认不能修改？
C函数对参数的处理机制是：对自动变量-非对象是值传递，对自动变量-对象，是复制栈上的指针变量(对象名)。
Block被定义为匿名函数，是借鉴了C函数的机制，其实是拿不到实质的自动变量，修改没有意义，对外部没有影响。
为什么Block要如C一样对其进行复制？
因为如果直接使用最初的自动变量，当变量作用域结束的同时，原来的自动变量也会被废弃。将不能通过指针(地址)访问原来的自动变量。Block如同C一样，不做额外操作，是可以直接访问，修改静态变量、静态全局变量、全局变量，不用担心作用域问题

使用附有__block说明符的自动变量可在Block中修改、赋值，此类变量称为__block变量

# 实现原理

C语言有以下存储域类说明符：

typedef
extern
static 表示作为静态变量存储在数据区中
auto 表示作为自动变量存储在栈中
register

__block说明符类似于static、auto和register，用于指定将变量值设置到哪个存储域中

"block拦截__block变量与拦截全局、静态全局变量的代码分析"
1. 拦截全局、静态全局变量
    没有形态改变，在源码中也是以全局变量、静态全局变量形态存在
    原处定义相同的代码，__main_block_func_0中直接使用变量
    "其他与默认的Block的源码一样"

2. 拦截静态自动变量(与上面看到的拦截自动变量形式一样)
    //拦截静态自动变量：static int static_auto_val = 3;
    - 在原处定义static int static_auto_val = 3;
    - 在__main_block_impl_0中增加了成员变量 int * static_auto_val; 指向该静态变量的指针
    "其他没变化"

3. 拦截__block变量
    拦截 
        __block int val = 10;
        __block id __strong(默认) obj = [[NSObject alloc] init];
//源码：
    //__block变量如同Block一样变为了结构体__Block_byref_val_0实例、__Block_byref_obj_0实例
struct __Block_byref_val_0 {
  void * _isa;
  __Block_byref_val_0 * __forwarding;  //指向自身，确保__block是配置在堆上还是在栈上，都可以通过这个指针正确访问栈上的__block变量和堆上的__block变量
  int __flags;
  int __size;
  int val;  //原先变量值，意味着该结构体持有相当于原自动变量的成员变量
}

static void __main_block_copy_0 (struct __main_block_impl_0*dst, struct __main_block_impl_0*src){
  __Block_object_assign(&dst->val, src-val, Block_FIELD_IS_BYREF);
}
static void __main_block_dispost_0(struct __main_block_impl_0 * src)
{
  _Block_object_dispose(src->array, Block_FIELD_IS_BYREF);
}

struct __Block_byref_obj_0 {
  void * __isa;
  __Block_byref_obj_0 * __forwarding;
  int __flags;
  int __size;
  void (*__Block_byref_id_object_copy)(void*, void*);
  void (*__Block_byref_id_object_dispose)(void*);
  __strong id obj;
}

static void __Block_byref_id_object_copy_131 (void *dst, void*src){
  __Block_object_assign((char *)dst + 40, *(void * *)  ((char *)src+40), 131);
}
static void __Block_byref_id_object_dispose_131(void* src)
{
  _Block_object_dispose(*(void * *)   ((char *)src+40), 131);
}

__main_block_impl_0结构体新增成员变量__Block_byref_val_0 *val;
static void_main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 * __cself){
  __Block_byref_val_0 * val = __cself->val;
  (val->__forwarding->val);  //具体使用
}

//今后版本升级所需的区域和Block的大小
static struct __main_block_desc_0{
    unsigned long reserved;
    unsigned long 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),   //block对应结构体的实例大小
   "__main_block_copy_0,
    __main_block_dispose_0"
};


    //定义
    __Block_byref_val_0 val = {
        0,
        &val,
        0,
        sizeof(__Block_byref_val_0),
        10  //原先变量值
    }
    __Block_byref_obj_0 obj = {
        0，
        &obj,
        0x2000000,
        sizeof(__Block_byref_obj_0),
        __Block_byref_id_object_copy_131,
        __Block_byref_id_object_dispose_131,
        [[NSObject alloc] init];
    }
     void (*blk)(void) = (void(*)(void)) &__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA ", &val, 0x22000000");  
    //调用
    （ (void (*)(struct __block_impl *)) ((struct __block_impl *)blk)->FuncPtr )((struct __block_impl *)blk);

由此可见，block对__block修饰的OC对象，与未用__block修饰的，在内存管理上几乎是一致的，_Block_object_assign持有，_Block_object_disposes释放. _block修饰的OC对象，只要_block变量还在堆上存在，就不会释放。只不过，__block修饰的OC对象，不增加引用计数，block不retain变量

以上对__block作用域修饰符的底部实现，做了反编译查看，那么__block变量具体是怎么运作的呢？

在block复制到堆上的时候，__block变量也会复制到堆上，在block已经被复制到堆上的时候，再复制，对__block变量没有任何影响。当block被废弃的时候，__block变量也会被释放。
当多个block引用__block变量时，引用计数增加。与OC的引用计数内存管理完全相同。从编译的源码来看，与block拦截OC自动变量时除了类型Block_FIELD_IS_BYREF不一样，其他都一样。
__forwarding成员变量指向自身，确保__block是配置在堆上还是在栈上，都可以通过这个指针正确访问栈上的__block变量和堆上的__block变量
栈上的__block变量，在__block变量从栈上复制到堆上的时候，会将成员变量__forwarding的值替换为复制到的目标堆上的__block变量的地址。 这也能解释为什么__block修饰过的指针变量(对象名)，在block定义后，再打印对象名的地址，发现变为了堆上的地址。
栈上的__block变量，在block不发生复制，一直在栈上的时候，也不会发生复制，会仍然在栈上，不过此时__forwarding指向自身，会将自身传入block，不跟默认一样，复制指针变量传入。
最后两条也是为什么：__block修饰的变量可以修改？的原因。可以保证__block变量在block中的修改，对外部真实有效

# __block与其他所有权修饰符结合

上面，讲的都是__block与默认的__strong修饰的现象。

__weak与block的结合使用
block不管赋值、copy怎么操作，对外部__weak修饰的对象，不持有，这是避免循环引用的机制之一。

__block与__weak同时使用
现在与__weak单独使用是一致的

__block与__autoreleasing不能同时使用

# __block避免循环引用

根本机制是：

1. __block修饰时，引用计数不会增加，block不retain变量
1. __block修饰时，可以在block中修改，置为nil，手动解除循环引用，但是比__weak的缺点是必须要执行block，要不然不触发置nil行为，还是会循环引用

Objective-C Block篇(二) : Block捕获自

现象(先从现象入手)

带有(捕获)自动变量值

# 机制

# 实现原理(`跟C函数的值传递、地址传递结合理解`)

## Block拦截非OC对象自动变量

## Block拦截OC对象自动变量

__block存储域说明符

# 机制

# 实现原理

# __block与其他所有权修饰符结合

# __block避免循环引用

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带有(捕获)自动变量值

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## Block拦截OC对象自动变量

__block存储域说明符

# 机制

# 实现原理

# __block与其他所有权修饰符结合

# __block避免循环引用

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