学会使用Objective-C中的block

2016-09-03 本文已影响4785人 HK_Hank

Apple从OS X 10.4和iOS 4以后开始支持block，相对于delegate，block有很多便捷之处，使得代码更简洁，可读性更强。但是如果使用不当，则会造成很多问题。本文结合自己的经验和《Pro Multithreading and Memory Management for iOS and OS X: with ARC, Grand Central Dispatch, and Blocks》书中的知识点，介绍block的相关知识点。

block语法

我们通过以下图来了解block的语法，图片来自这里

block语法结构图

我们来看看上面的图，代码如下

int multiplier = 7;
int (^myBlock)(int) = ^(int num) {
    return num * multiplier;
};

根据图中的解释，我们从左向右来看，该block返回值为int类型，'^'符号声明一个名为myblock的block，该block有一个int类型的入参，等号右边则为block的定义，block有一个名为num的int类型的入参，{return num * multiplier;};则为该block的block实现部分。

该block的调用方法如下，看起来像C的函数调用。

int result =  myBlock(2); //reslut = 14;

我们来看看复杂一点的情况：

- (void)startWithBlock:(void(^)())block {
    block();
}

- (void)testBlock {
    NSString *strBlock = @"NSStackBlock";
    [self startWithBlock:^{
        NSLog(@"%@",strBlock);
    }];
}

控制台输出

NSStackBlock

以上代码，新手看起来可能是会有些费劲的。我们一步一步来，首先，我们调用testBlock函数，在该函数中，

^{
     NSLog(@"%@",strBlock);
 }];

该代码块实际上是传给了startWithBlock函数的参数block，当执行startWithBlock函数时，调用block()，实际上就是执行了以上代码块。

使用typedef定义block类型
以上代码可以通过typedef来定义block，以便阅读，如下

typedef int (^myBlock)(int num);

在定义某个block类型时，可以使用

myBlock aBlock = ^(int num) {
    //Implemention
};

这样看起来，要比之前简单得多。

block捕获外部变量

block内可以访问block之前定义的变量：

int multiplier = 7;
int (^myBlock)(int) = ^(int num) {
    return num * multiplier;
};
int result =  myBlock(2); //reslut = 14;

但是，如果想在block内部改变multiplier的值，编辑器则会报错

int multiplier = 7;
int (^myBlock)(int) = ^(int num) {
    multiplier = 5;
    return num * multiplier;
};

编辑器会提示: 变量不能被赋值，需要加上__block修饰符

error: variable is not assignable (missing __block type specifier)

此时，需要将该变量使用__block修饰：

__block int multiplier = 7;
int (^myBlock)(int) = ^(int num) {
    multiplier = 5;
    return num * multiplier;
};

如果multiplier变量是static、static global或者global变量，则不需要添加__block，该值也是可以在block内部修改的。

static int multiplier = 7;
int (^myBlock)(int) = ^(int num) {
    multiplier = 5;
    return num * multiplier;
};

因为static、static global或者global变量都是存储在内存中的全局区（静态区），对于这三种类型变量，block内部是捕获了其指针，则可以直接访问修改；而对于之前的临时变量，block则只是捕获了该变量的值，无法修改到外部的变量。

block内部还可以访问类的实例变量和self变量

@interface EOCClass : NSObject 
@property (nonatomic, copy) NSString *anInstanceVariable;
@end

@implementation EOCClass

- (void)anInstanceMethod {
    
    void (^someBlock)() = ^ {
        self.anInstanceVariable = @"Something";
    };
    someBlock();
    NSLog(@"self.aninstanceVaraible = %@", self.anInstanceVariable);
    //self.aninstanceVaraible = Something
}

@end```

####block的内部结构
block 的数据结构定义如下（图片来自 [这里](http://www.galloway.me.uk/2013/05/a-look-inside-blocks-episode-3-block-copy/))：
![block内存布局](http:https://img.haomeiwen.com/i809937/6d6f7c759832c3a2.png?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)
对应的结构体定义如下：

struct Block_descriptor {
unsigned long int reserved;
unsigned long int size;
void (*copy)(void *dst, void src);
void (dispose)(void *);
};

struct Block_layout {
void isa;
int flags;
int reserved;
void (invoke)(void *, ...);
struct Block_descriptor descriptor;
/ Imported variables. */
};

从上面代码看出，一个 block 实例实际上由 6 部分构成：

* **isa指针**：指向该block类型的类的指针,
每个Objective-C对象，都有一个`isa`指针，指向对象的类，而Class里也有个`isa`的指针, 指向meteClass(元类)。元类保存了类方法的列表。元类也有isa指针,它的isa指针最终指向的是一个根元类(root meteClass)。根元类的isa指针指向本身。如下图
![图片来自《Pro Multithreading and Memory Management for iOS and OS X: with ARC, Grand Central Dispatch, and Blocks》](http:https://img.haomeiwen.com/i809937/d400b23575e007d2.png?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)
对于block，isa指针可以指向
`_NSConcreteStackBlock`、`_NSConcreteMallocBlock`、`_NSConcreteGlobalBlock`这三种类型

* **flags**：按bit位表示一些block的附加信息，比如判断block类型、判断block引用计数、判断block是否需要执行辅助函数等。
* **reserved**：保留变量，我的理解是表示block内部的变量数。
* **invoke**：函数指针，指向block的实现代码地址。
* **descriptor**：指向结构体的指针，block的附加描述信息，比如保留变量数、block的大小、copy和dispose辅助函数的函数指针指针
*copy函数为当block执行copy操作或者当block从栈上拷贝到堆上时调用，dispose函数则是block在堆上释放时调用*。
* **variables**：block内部捕获的对象，如
```objective-c
void (^blk)(void) = ^{print(fmt,val)};

此时，variables中则为fmt和val这两个变量

block的类型

block有_NSConcreteStackBlock、_NSConcreteMallocBlock、_NSConcreteGlobalBlock这三种类型。
三种block在内存中存储位置如下图

图片来自《Pro Multithreading and Memory Management for iOS and OS X: with ARC, Grand Central Dispatch, and Blocks》

block类型的区分

以下情况，block为_NSConcreteGlobalBlock类型

block内部只使用了全局变量
block内部没有使用任何外部的局部变量

除了以上两种情况，其他的block为_NSConcreteStackBlock类型。
而对于_NSConcreteMallocBlock，只有当_NSConcreteStackBlock类型的block执行copy操作（手动或者系统执行）时，该block才会是_NSConcreteMallocBlock类型

我们来看看代码，直观的看看这三种类型的block

_NSConcreteGlobalBlock
由类型名字可以得知，该block是存储在在内存中全局区的。

void (^block)() = ^{
    NSLog(@"This is a global block");
};
NSLog(@"%@",block);

控制台输出

<__NSGlobalBlock__: 0x104fd52d0>

或者

int globalVal = 1; //此处为全局变量
int (^myBlock)(int) = ^(int num) {
    return num * globalVal;
};
NSLog(@"%@",block);

控制台输出

<__NSGlobalBlock__: 0x104fd5310>

该block所需要的全部信息都能在编译期确定。该block是全局存在的，相当于单例了。

_NSConcreteStackBlock
由该类型的名字可以看出，该block所占的内存区域是分配在栈（stack）中的。也就是说，块只在定义它的那个范围内（作用域）内有效。如下面代码：

int multiplier = 7;
NSLog(@"%@",^(int num) {
    return num * multiplier;
};);

控制台输出

<__NSStackBlock__: 0x7fff59615a18>

以上代码，block内部捕获了multiplier这个外部的局部变量，所以是_NSConcreteStackBlock类型。
因为该block存在在栈上，在超过block的作用域时，该block就会被系统释放，就有可能会出现block内部的代码还没有走完，就被释放掉的情况。对于这种情况，应该对block执行copy操作，将block复制到堆上。
注：在ARC下，系统在大部分情况下，会将block从栈上复制到堆上，这个后面会细说

_NSConcreteMallocBlock
对以上代码中的block执行copy操作，block就变成了_NSConcreteMallocBlock类型，如下

int multiplier = 7;
NSLog(@"mallocBlock:%@",[^(int num) {
    return num * multiplier;
} copy]);

控制台输出

<__NSMallocBlock__: 0x6000000486a0>

拷贝到堆后,block的生命周期就与一般的OC对象一样了。

ARC 下 block 的自动拷贝和手动拷贝

ARC下，以下几种情况，系统会将block从栈上自动复制到堆上

当 block 作为函数返回值返回时；
当 block 被赋值给__strong修饰的 id 类型的对象或 block 对象时；
当 block 作为参数被传入方法名带有 usingBlock 的 Cocoa Framework 方法或 GCD 的 API 时(比如使用NSArray的enumerateObjectsUsingBlock和GCD的dispatch_async方法时，其block不需要我们手动执行copy操作)
注：系统方法内部对block进行了copy操作

因为在ARC下，对象默认是用__strong修饰的，所以大部分情况下编译器都会将 block从栈自动复制到堆上，除了以下情况

block 作为方法或函数的参数传递时，编译器不会自动调用 copy 方法；
block 作为临时变量，没有赋值给其他block

看看代码

block作为函数的返回值，如下

- (void(^)())blockReturn {
    NSString *strBlock = @"NSMallocBlock";
    return ^(){
        NSLog(@"%@",strBlock);
    };
}
NSLog(@"%@",[self blockReturn]);

控制台输出

<__NSMallocBlock__: 0x7fa161f081f0>

block赋值给强引用block

typedef void(^block)();

NSString *strBlock = @"NSMallocBlock";
block mallocBlock = ^(){
    NSLog(@"%@",strBlock);
};
NSLog(@"%@",mallocBlock);

控制台输出

<__NSMallocBlock__: 0x7fedd0d26110>

将block作为临时变量

NSString *strBlock = @"NSStackBlock";
NSLog(@"%@",^(){
    NSLog(@"%@",strBlock);
});

控制台输出

<__NSStackBlock__: 0x7fff563aa9b0>

block作为函数参数

- (void)startWithBlock:(void(^)())block {
    NSLog(@"%@",block);
}

- (void)testBlock {
    NSString *strBlock = @"NSStackBlock";
    [self startWithBlock:^{
        NSLog(@"%@",strBlock);
    }];
}

执行testBlock方法，控制台输出

<__NSStackBlock__: 0x7fff563aa988>

此处可能会有疑问：既然当block作为函数参数时为_NSConcreteStackBlock类型，超出其作用域时，block会被释放掉，那会不会出现函数先退出了，block还是没有执行完毕的？

经过我测试，我发现，其实在函数中，在block执行完毕前，函数是不会退出的。因为函数中按顺序执行的，函数中block后的代码会等待block执行完毕，所以在block块代码未执行完毕时，该函数不会退出，从而没有超过block的作用域，block不会被释放。看下面的例子就可以明白了。

- (void)startWithBlock:(void(^)())block {
    block();
    NSLog(@"%@",block);
}
- (void)testBlock {
    NSString *strBlock = @"NSStackBlock";
    [self startWithBlock:^{
        NSLog(@"%@",strBlock);
    }];
}

控制台输出

NSStackBlock
<__NSStackBlock__: 0x7fff54ba4a20>

从打印结果可以看出，当我们执行startWithBlock函数时，先是执行了block内的代码，再是执行函数中block后的代码，所以可以保证block执行完毕。

可能，还有人会问，如果把block()放在子线程中执行呢，这样就不是按顺序执行了，在block块代码执行之前，函数就退出了，这样是不是block就不能执行完毕呢？

其实，把block放子线程中，无非是通过GCD和performSelectorInBackground方法，系统会自动GCD的block进copy操作，而performSelectorInBackground需要传一个selector，又相当于走进了函数里，还是按顺序执行了，函数还是会等待block执行完毕。

针对不同block类型的copy、retain、release操作

对block不管是retain、copy、release都不会改变引用计数retainCount，retainCount始终是1；
针对NSConcreteGlobalBlock：retain、copy、release操作都无效；
针对NSConcreteStackBlock：retain、release操作无效
注意的是，NSConcreteStackBlock离开其作用域后，该block内存将被回收，即使retain也没用。容易犯的错误是[[mutableAarry addObject:stackBlock]，在stackBlock离开其作用域失效后，从mutableAarry中取到的stackBlock已经被回收，变成了野指针。正确的做法是先将stackBlock copy到堆上，然后加入数组：[mutableAarry addObject:[stackBlock copy]]。
NSConcreteMallocBlock支持retain、release，虽然retainCount始终是1，但内存管理器中仍然会增加、减少计数。copy之后不会生成新的对象，只是增加了一次引用，类似retain；

注：尽量不要对block使用retain操作。因为从上可以看出，retain操作对）_NSConcreteStackBlock并没有效果，这样会误以为retain生效了，在后续调用block的时候，其实block早就被释放了，从而导致crash

block循环引用问题

可以使用__weak、__unsafe_unretained、__block修饰词修饰被block持有的对象来打破循环，还有就是在block执行完毕的时候，将block置nil的方法。具体细节这里就不讲了，有兴趣的童鞋可以看看我简书上写了另一篇文章。

学会使用Objective-C中的block

block语法

block捕获外部变量

block的类型

block类型的区分

ARC 下 block 的自动拷贝和手动拷贝

看看代码

block作为函数的返回值，如下

block赋值给强引用block

将block作为临时变量

block作为函数参数

针对不同block类型的copy、retain、release操作

block循环引用问题

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