06.5-OC中__block的底层原理
2020-06-14 本文已影响0人
光强_上海
__block本质
我们知道在block内部不能够直接修改外部的变量的值，但是我们给变量添加__block修饰后，在block内部就可以修改外部变量的值，那__block底层是怎么做到的尼？
我们新建一个工程，在main函数中添加测试代码如下：
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
// insert code here...
int age = 10;
void (^block)(void) = ^{
age = 20;
NSLog(@"%d", age);
};
block();
}
return 0;
}
这时我们编译程序，发现程序报错，编译器不通过这种写法，那么我们对main函数中的代码进行修改如下：
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
// insert code here...
// 使用__block修饰
__block int age = 10;
void (^block)(void) = ^{
age = 20;
NSLog(@"%d", age); //20
};
block();
}
return 0;
}
我们在age变量前面添加__block修饰后，编译器就不在报错，并且可以正确修改age的值
接下来我们执行命令xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc -fobjc-arc -fobjc-runtime=ios-8.0.0 main.m将main.m文件转换为c++文件
main函数：
int main(int argc, const char * argv[]) {
/* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool;
// `__block int age = 10;`这句代码最终转换为__Block_byref_age_0 age = {}结构体
__Block_byref_age_0 age = {
0,
// __Block_byref_age_0 age结构体自身的内存地址传递
&age,
0,
sizeof(__Block_byref_age_0),
10
};
void (*block)(void) = &__main_block_impl_0(
__main_block_func_0,
&__main_block_desc_0_DATA,
// 包装好的age结构体内存地址传递
&age,
570425344
);
block->FuncPtr(block);
}
return 0;
}
block结构体：
struct __main_block_impl_0 {
struct __block_impl impl;
struct __main_block_desc_0* Desc;
/**
捕获进来的不是`Int age`变量，而是包装成`__Block_byref_age_0`类型的结构体对象。
这个age指针一直都是强指针，强引用着__Block_byref_age_0结构体对象
*/
__Block_byref_age_0 *age; // by ref
__main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, __Block_byref_age_0 *_age, int flags=0) : age(_age->__forwarding) {
impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
impl.Flags = flags;
impl.FuncPtr = fp;
Desc = desc;
}
};
__Block_byref_age_0包装好的捕获变量的结构体：
struct __Block_byref_age_0 {
void *__isa; // isa指针
// __forwarding指针是指向自己的指针，也就是指向__Block_byref_age_0结构体
__Block_byref_age_0 *__forwarding;
int __flags;
int __size;
int age; // 这里的age才真正是block内部要修改的age变量
};
__main_block_desc_0结构体：
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_copy_0内存管理copy函数：
// 当block调用copy函数从栈上拷贝到堆上时，调用此函数
static void __main_block_copy_0(struct __main_block_impl_0*dst, struct
__main_block_impl_0*src) {
/**
直接产生强引用，执行retain操作，引用计数器+1
是block对__main_block_impl_0结构体对象产生强引用
*/
_Block_object_assign(
(void*)&dst->age,
(void*)src->age,
8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/
);
}
__main_block_dispose_0内存管理dispose函数：
// 当block要从堆上销毁时，调用此函数
static void __main_block_dispose_0(struct __main_block_impl_0*src) {
// 当block要从堆上销毁时，就断开block对`__Block_byref_age_0 *age`的强引用，执行release操作，引用计数器-1
_Block_object_dispose(
(void*)src->age,
8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/
);
}
__main_block_func_0block代码块函数FuncPtr：
static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
// __cself就是block结构体对象
// __cself->age:取出block结构体对象中的`age`成员
__Block_byref_age_0 *age = __cself->age; // bound by ref
// age->__forwarding->age:取出__Block_byref_age_0结构体中的`int age`成员，进行赋值操作
(age->__forwarding->age) = 20;
NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_lr_81gwkh751xzddx_ffhhb5_0m0000gn_T_main_68aaa7_mi_0, (age->__forwarding->age));
}
那么我们怎么验证在block内部修改的age就是__Block_byref_age_0结构体内部的age，而不是__main_block_impl_0结构体内部的age尼？
我们修改main.m文件的代码如下：
struct __block_impl {
void *isa;
int Flags;
int Reserved;
void *FuncPtr;
};
// 结构体的内存地址：0x000000010073c240，也就是结构体首成员isa的内存地址
struct __Block_byref_age_0 {
void *__isa; // 0x000000010073c240
struct __Block_byref_age_0 *__forwarding; // 0x000000010073c240 + 8 = 0x000000010073c248
int __flags; // 0x000000010073c248 + 8 = 0x000000010073c250
int __size; // 0x000000010073c250 + 4 = 0x000000010073c254
int age; // 0x000000010073c254 + 4 = 0x000000010073c258
};
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*);
};
struct __main_block_impl_0 {
struct __block_impl impl;
struct __main_block_desc_0* Desc;
struct __Block_byref_age_0 *age; // by ref
};
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
// insert code here...
__block int age = 10;
void (^block)(void) = ^{
age = 20;
NSLog(@"%d", age); //20
};
// 将block变量转换为`struct __main_block_impl_0 *`类型
struct __main_block_impl_0 *blockStruct = (__bridge struct __main_block_impl_0 *)block;
// block();
NSLog(@"%p",&age); // 0x000000010073c258
}
return 0;
}
我们通过断点查看blockStruct结构体对象包含的信息如图：
image
如图我们得到blockStruct -> age的内存地址为：0x000000010073c240，NSLog(@"%p",&age);打印的age变量内存地址为：0x000000010073c258
然后通过__Block_byref_age_0结构体成员的内存地址运算如下：
struct __Block_byref_age_0 {
void *__isa; // 0x000000010073c240
struct __Block_byref_age_0 *__forwarding; // 0x000000010073c240 + 8 = 0x000000010073c248
int __flags; // 0x000000010073c248 + 8 = 0x000000010073c250
int __size; // 0x000000010073c250 + 4 = 0x000000010073c254
int age; // 0x000000010073c254 + 4 = 0x000000010073c258
};
由此也可知，我们在block内部修改外部的变量时，其实就是修改__Block_byref_age_0结构体内部的成员age，而不是__main_block_impl_0结构体内部的成员age
通过在控制台输入p/x &(blockStruct->age->age)打印出来的地址值也是0x000000010073c258也可以证明上面的结论
上面我们一直讲的都是使用__block修饰基本数据类型，如果使用__block修饰对象类型尼，和修饰基本数据类型有什么不同尼？
我们创建一个Person对象，然后修改main.m文件代码如下：
Person类：
@interface Person : NSObject
@end
@implementation Person
- (void)dealloc {
NSLog(@"%s", __func__);
}
@end
main函数：
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
// insert code here...
Person *person = [[Person alloc] init];
// 变量修饰符默认就是__strong
__block __strong typeof(Person) *strongPerson = person;
// __block __weak typeof(Person) *weakPerson = person;
void (^block)(void) = ^{
NSLog(@"%@", strongPerson);
};
block();
}
return 0;
}
然后我们执行命令xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc -fobjc-arc -fobjc-runtime=ios-8.0.0 main.m -o main2.cpp 将main.m文件转换为main2.cpp文件，代码如下：
main函数：
int main(int argc, const char * argv[]) {
/* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool;
// Person *person = [[Person alloc] init];
Person *person = ((Person *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)((Person *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("Person"), sel_registerName("alloc")), sel_registerName("init"));
// __block __strong typeof(Person) *strongPerson = person;
__Block_byref_strongPerson_0 strongPerson = {
0,
&strongPerson,
33554432,
sizeof(__Block_byref_strongPerson_0),
__Block_byref_id_object_copy_131,
__Block_byref_id_object_dispose_131,
person
};
void (*block)(void) = &__main_block_impl_0(
__main_block_func_0,
&__main_block_desc_0_DATA,
&strongPerson,
570425344
);
block->FuncPtr(block);
}
return 0;
}
block结构体：
sstruct __main_block_impl_0 {
struct __block_impl impl;
struct __main_block_desc_0* Desc;
// 这个指针一直是强指针
__Block_byref_strongPerson_0 *strongPerson; // by ref
__main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, __Block_byref_strongPerson_0 *_strongPerson, int flags=0) : strongPerson(_strongPerson->__forwarding) {
impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
impl.Flags = flags;
impl.FuncPtr = fp;
Desc = desc;
}
};
__Block_byref_strongPerson_0结构体：
struct __Block_byref_strongPerson_0 {
void *__isa; // 8
__Block_byref_strongPerson_0 *__forwarding; // 8
int __flags; // 4
int __size; // 4
// 在__block修饰变量新增的结构体内，新增了两个内存管理函数
// __Block_byref_id_object_copy_131
void (*__Block_byref_id_object_copy)(void*, void*); // 8
// __Block_byref_id_object_dispose_131
void (*__Block_byref_id_object_dispose)(void*); // 8
// 这个指针有强弱之分，是强指针还是弱指针取决于修饰符是__strong还是__weak
// 当前是strongPerson是强指针，强引用着block外面创建的`person`对象
Person *__strong strongPerson;
};
__main_block_copy_0block的copy函数：
// block的内存管理函数，当block执行copy从栈拷贝到堆上时，调用此函数
static void __main_block_copy_0(struct __main_block_impl_0*dst, struct __main_block_impl_0*src) {
/**
当block拷贝到堆上时，它也会将`struct __Block_byref_strongPerson_0`这个结构体从栈上拷贝到堆上，
这个结构体内部也有自己的内存管理，因为`__Block_byref_strongPerson_0`结构体内部的`Person *__strong strongPerson`指针会引用着block外部的Person对象
注意：当调用_Block_object_assign函数，函数内部会调用`__Block_byref_id_object_copy_131`函数
*/
_Block_object_assign(
(void*)&dst->strongPerson,
(void*)src->strongPerson,
8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/
);
}
__main_block_dispose_0block的dispose函数
// block的内存管理函数，当block需要从堆上销毁时，调用此函数
static void __main_block_dispose_0(struct __main_block_impl_0*src) {
/**
block从堆上销毁时，就断开对`__Block_byref_strongPerson_0`结构体的强引用，执行release操作，引用计数器-1
注意：当调动_Block_object_dispose函数，函数内部会调用`__Block_byref_id_object_dispose_131`函数
*/
_Block_object_dispose(
(void*)src->strongPerson,
8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/
);
}
__Block_byref_id_object_copy_131:__Block_byref_strongPerson_0结构体的copy函数
// __Block_byref_strongPerson_0结构体的内存管理函数 copy
static void __Block_byref_id_object_copy_131(void *dst, void *src) {
/**
这里的`dst`指针指向的地址值就是`__Block_byref_strongPerson_0`结构体的地址值
`dst`的地址值 + 40个字节，对应的正好是`__Block_byref_strongPerson_0`结构体内的`Person *__strong strongPerson;`成员
也就是说_Block_object_assign()函数会根据传递的`person`参数是强指针还是弱指针进行内存管理操作
*/
_Block_object_assign(
(char*)dst + 40,
*(void * *) ((char*)src + 40),
131);
}
__Block_byref_id_object_dispose_131:__Block_byref_strongPerson_0结构体的dispose函数
// __Block_byref_strongPerson_0结构体的内存管理函数 dispose
static void __Block_byref_id_object_dispose_131(void *src) {
_Block_object_dispose(
*(void * *) ((char*)src + 40),
131);
}
__main_block_func_0block代码块FuncPtr：
static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
// 取出block结构体内的`__Block_byref_strongPerson_0`对象：__cself->strongPerson
__Block_byref_strongPerson_0 *strongPerson = __cself->strongPerson; // bound by ref
NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_lr_81gwkh751xzddx_ffhhb5_0m0000gn_T_main_721406_mi_0, (strongPerson->__forwarding->strongPerson));
}
__block底层数据结构图解如下：
image
image
__block修饰对象类型内存管理图解如下：
image
image
__block修饰对象生成结构体中的__forwarding指针用法图解：
image
__block修饰对象类型底层用法图解：
image
__block修饰对象类型变量，并且使用__strong修饰，代码如下：
Person *person = [[Person alloc] init];
// 对象属性不写默认就是__strong修饰
__block __strong typeof(Person) *strongPerson = person;
void (^block)(void) = ^{
NSLog(@"%@", strongPerson);
};
block();
block引用关系如图：
image
__block修饰对象类型变量，并且使用__weak修饰，代码如下：
Person *person = [[Person alloc] init];
__block __weak typeof(Person) *weakPerson = person;
void (^block)(void) = ^{
NSLog(@"%@", weakPerson);
};
block();
block引用关系如图：
image
讲解示例代码Demo地址：https://github.com/guangqiang-liu/06.5-__blockDemo
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