oc中block底层原理分析(二)

一、block对对象变量的捕获

block一般使用过程中都是对对象变量的捕获,那么对象变量的捕获同基本数据类型变量相同吗?
查看一下代码思考:当在block中访问的为对象类型时,对象什么时候会销毁?

typedef void (^Block)(void);
int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        Block block;
        {
            Person *person = [[Person alloc] init];
            person.age = 10;
            
            block = ^{
                NSLog(@"------block内部%d",person.age);
            };
        } // 执行完毕,person没有被释放
        NSLog(@"--------");
    } // person 释放
    return 0; 
}

大括号执行完毕之后,person依然不会被释放。上一篇文章提到过,person为aotu变量,传入的block的变量同样为person,即block有一个强引用引用person,所以block不被销毁的话,peroson也不会销毁。

__weak

__weak添加之后,person在作用域执行完毕之后就被销毁了。

typedef void (^Block)(void);

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        Block block;
        {
            Person *person = [[Person alloc] init];
            person.age = 10;
            
            __weak Person *waekPerson = person;
            block = ^{
                NSLog(@"------block内部%d",waekPerson.age);
            };
        }
        NSLog(@"--------");
    }
    return 0;
}

__weak修饰的变量,在生成的__main_block_impl_0中也是使用__weak修饰。

__main_block_copy_0 和 __main_block_dispose_0

当block中捕获对象类型的变量时,我们发现block结构体__main_block_impl_0的描述结构体__main_block_desc_0中多了两个参数copy和dispose函数。
copy和dispose函数中传入的都是__main_block_impl_0结构体本身。

copy本质就是__main_block_copy_0函数,__main_block_copy_0函数内部调用_Block_object_assign函数,_Block_object_assign中传入的是person对象的地址,person对象,以及8。
dispose本质就是__main_block_dispose_0函数,__main_block_dispose_0函数内部调用_Block_object_dispose函数,_Block_object_dispose函数传入的参数是person对象,以及8。
总结

1.一旦block中捕获的变量为对象类型,block结构体中的__main_block_desc_0会出两个参数copy和dispose。因为访问的是个对象,block希望拥有这个对象,就需要对对象进行引用,也就是进行内存管理的操作。比如说对对象进行retarn操作,因此一旦block捕获的变量是对象类型就会会自动生成copy和dispose来对内部引用的对象进行内存管理。

2.当block内部访问了对象类型的auto变量时,如果block是在栈上,block内部不会对person产生强引用。不论block结构体内部的变量是__strong修饰还是__weak修饰,都不会对变量产生强引用。

3.如果block被拷贝到堆上。copy函数会调用_Block_object_assign函数,根据auto变量的修饰符(__strong,__weak,unsafe_unretained)做出相应的操作,形成强引用或者弱引用。

4.如果block从堆中移除,dispose函数会调用_Block_object_dispose函数,自动释放引用的auto变量。

二、block内修改变量的值

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        int age = 10;
        Block block = ^ {
            // age = 20; // 无法修改
            NSLog(@"%d",age);
        };
        block();
    }
    return 0;
}

默认情况下block不能修改外部的局部变量。通过之前对源码的分析可以知道。

age是在main函数内部声明的,说明age的内存存在于main函数的栈空间内部,但是block内部的代码在__main_block_func_0函数内部。__main_block_func_0函数内部无法访问age变量的内存空间,两个函数的栈空间不一样,__main_block_func_0内部拿到的age是block结构体内部的age,因此无法在__main_block_func_0函数内部去修改main函数内部的变量。

方式一:age使用static修饰。
前文提到过static修饰的age变量传递到block内部的是指针,在__main_block_func_0函数内部就可以拿到age变量的内存地址,因此就可以在block内部修改age的值。
方式二:__block
__block用于解决block内部不能修改auto变量值的问题,__block不能修饰静态变量(static) 和全局变量。

首先被__block修饰的age变量声明变为名为age的__Block_byref_age_0结构体,也就是说加上__block修饰的话捕获到的block内的变量为__Block_byref_age_0类型的结构体。
oc中block底层原理分析(二)_第1张图片
image.png
接着将__Block_byref_age_0结构体age存入__main_block_impl_0结构体中,并赋值给__Block_byref_age_0 *age;
之后调用block,首先取出__main_block_impl_0中的age,通过age结构体拿到__forwarding指针,上面提到过__forwarding中保存的就是__Block_byref_age_0结构体本身,这里也就是age(__Block_byref_age_0),在通过__forwarding拿到结构体中的age(10)变量并修改其值。
为什么要通过__forwarding获取age变量的值?

__forwarding是指向自己的指针。这样的做法是为了方便内存管理,之后内存管理章节会详细解释。
到此为止,__block为什么能修改变量的值已经很清晰了。__block将变量包装成对象,然后在把age封装在结构体里面,block内部存储的变量为结构体指针,也就可以通过指针找到内存地址进而修改变量的值。

__block修饰对象类型
int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        __block Person *person = [[Person alloc] init];
        NSLog(@"%@",person);
        Block block = ^{
            person = [[Person alloc] init];
            NSLog(@"%@",person);
        };
        block();
    }
    return 0;
}

通过源码查看,将对象包装在一个新的结构体中。结构体内部会有一个person对象,不一样的地方是结构体内部添加了内存管理的两个函数__Block_byref_id_object_copy和__Block_byref_id_object_dispose


oc中block底层原理分析(二)_第2张图片
image.png
__block内存管理
上文提到当block中捕获对象类型的变量时,block中的__main_block_desc_0结构体内部会自动添加copy和dispose函数对捕获的变量进行内存管理。
那么同样的当block内部捕获__block修饰的对象类型的变量时,__Block_byref_person_0结构体内部也会自动添加__Block_byref_id_object_copy和__Block_byref_id_object_dispose对被__block包装成结构体的对象进行内存管理。
当block内存在栈上时,并不会对__block变量产生内存管理。当blcok被copy到堆上时
会调用block内部的copy函数,copy函数内部会调用_Block_object_assign函数,_Block_object_assign函数会对__block变量形成强引用(相当于retain)。
__block修饰的变量在block结构体中一直都是强引用,而其他类型的是由传入的对象指针类型决定。

一段代码更深入的观察一下。

typedef void (^Block)(void);
int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        int number = 20;
        __block int age = 10;
        
        NSObject *object = [[NSObject alloc] init];
        __weak NSObject *weakObj = object;
        
        Person *p = [[Person alloc] init];
        __block Person *person = p;
        __block __weak Person *weakPerson = p;
        
        Block block = ^ {
            NSLog(@"%d",number); // 局部变量
            NSLog(@"%d",age); // __block修饰的局部变量
            NSLog(@"%p",object); // 对象类型的局部变量
            NSLog(@"%p",weakObj); // __weak修饰的对象类型的局部变量
            NSLog(@"%p",person); // __block修饰的对象类型的局部变量
            NSLog(@"%p",weakPerson); // __block,__weak修饰的对象类型的局部变量
        };
        block();
    }
    return 0;
}

将上述代码转化为c++代码查看不同变量之间的区别

struct __main_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __main_block_desc_0* Desc;
  
  int number;
  NSObject *__strong object;
  NSObject *__weak weakObj;
  __Block_byref_age_0 *age; // by ref
  __Block_byref_person_1 *person; // by ref
  __Block_byref_weakPerson_2 *weakPerson; // by ref
  
  __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, int _number, NSObject *__strong _object, NSObject *__weak _weakObj, __Block_byref_age_0 *_age, __Block_byref_person_1 *_person, __Block_byref_weakPerson_2 *_weakPerson, int flags=0) : number(_number), object(_object), weakObj(_weakObj), age(_age->__forwarding), person(_person->__forwarding), weakPerson(_weakPerson->__forwarding) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};
上述__main_block_impl_0结构体中看出,没有使用__block修饰的变量(object 和 weadObj)则根据他们本身被block捕获的指针类型对他们进行强引用或弱引用,而一旦使用__block修饰的变量,__main_block_impl_0结构体内一律使用强指针引用生成的结构体。
如上面分析的那样,__block修饰对象类型的变量生成的结构体内部多了__Block_byref_id_object_copy和__Block_byref_id_object_dispose两个函数,用来对对象类型的变量进行内存管理的操作。而结构体对对象的引用类型,则取决于block捕获的对象类型的变量。weakPerson是弱指针,所以__Block_byref_weakPerson_2对weakPerson就是弱引用,person是强指针,所以__Block_byref_person_1对person就是强引用。
__main_block_copy_0函数中会根据变量是强弱指针及有没有被__block修饰做出不同的处理,强指针在block内部产生强引用,弱指针在block内部产生弱引用。被__block修饰的变量最后的参数传入的是8,没有被__block修饰的变量最后的参数传入的是3。
当block从堆中移除时通过dispose函数来释放他们。

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