block详细了解及底层探索

block 三种类型

全局block NSGlobalBlock

   void (^block)(void) = ^{
        NSLog(@"hahah");
    };
    
    NSLog(@"%@", block);

• 没有对外界变量进行捕获的时候，它是个函数的区域，直接放在全局区，方便执行调用。

堆区block NSMallocBlock

   int a = 10;
    void (^block)(void) = ^{
        NSLog(@"Cooci - %d",a);
    };

    NSLog(@"%@",block);

• 访问外界变量的时候，它将进行一些处理，因为访问的变量可能在栈区，堆区，如果在全局区，去访问会比较麻烦,所以block进行了相应的copy。copy到了相应 的一些区域。所以向上面进行了一次强引用的时候。此时是堆block.

栈区block NSStackBlock

这里有个坑点，在iOS14之前 在block没有进行copy处理的时候它是一个栈区block，而之后却放在了堆里。

  NSLog(@"%@",^{
        NSLog(@"Cooci - %d",a);
    });
 

• iOS14之前 为栈区，也就是ARC下没有被持有的话，向上面写法为栈区。
• 而现在在堆区。

栈区的block写法

   int a = 10;
    void (^__weak block)(void) = ^{
        NSLog(@"Cooci - %d",a);
    };

    NSLog(@"%@",block);

• 引用了外部变量，当此时对block进行了了一次弱引用它就在栈区。

block 循环引用

正常释放

当 A 对象 持有 B对象 的时候，B对象 的引用计数 会+1

截屏2021-07-06 下午3.35.11.png

当A释放的时候会给 B 信号，B接收到 release信号，引用计数 -1 等于0的时候 b的dealloc就会被调用

截屏2021-07-06 下午3.52.21.png

循环引用

当 A 持有 B ，B也持有 A ，你中有我 我中有你的情况。就会造成循环引用。

截屏2021-07-06 下午3.59.49.png

循环引用代码示意

   ///会发生循环引用
   self.block = ^(void){
         NSLog(@"%@",self.name);
    };
 ///不会发生循环引用
 [UIView animateWithDuration:0.2 animations:^{
        NSLog(@"%@",self.name);
    }];

• 上面的情况我们都知道，对于发生循环引用 我们该怎么解决呢？

解决打破循环引用。

1、__weak typeof(self)weakSelf = self

__weak  typeof(self)weakSelf = self
   self.block = ^(void){
        NSLog(@"%@", weakSelf.name);
   };

• 这种情况我们都知道用这个方法来打破那为什么？
• 没有打破之前 的样子是这样的 self ->block -> self(self持有block,block持有self) ,
  而打破之后 就是这样 self -> block ->weakSelf ->self (self持有block,block持有 weakSelf,weakSelf持有 self.)那这样就不会导致循环引用了么？weakSelf也持有者 self呢呀
• 因为 weakSelf 是弱引用表中的，和当前的self是同一个指针地址。__weak并不会导致self的引用计数发生变化。

那这样就没问题了吗看下面

   __weak typeof(self) weakSelf = self;
      self.block = ^(void){
        dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(2 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
            NSLog(@"%@",weakSelf.name);
        });
    };
    self.block();

此时我们发现 当前页面确实走了 dealloc。但是 当 延时任务回来的时候 ，却发现 打印的为nil. 虽说一个打印任务并无商大雅。但是当里面执行的任务为很重要的时候。我还没走完你就 dealloc，显然不符合我的要求。所以我们正确的用法为 weak - strong -Dance 强弱共舞,保证self的声明周期。

__weak typeof(self) weakSelf = self;
   self.block = ^(void){
        // 时间 - 精力
        // self 的生命周期
        __strong __typeof(weakSelf)strongSelf = weakSelf; // 可以释放 when
        dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(2 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
            NSLog(@"%@",strongSelf.name);
        });
    };
    self.block();

• 在这里我们可以看到 __weak 打破了循环引用。
• __strong 延长了 self的生命周期。

2、通过传参的形式将self 传进block任务中。

    self.block = ^(ViewController *vc){
        dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(2 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
            NSLog(@"%@",vc.name);
        });
    };
    self.block(self);

• 这样的话就打破了block对vc的持有，此时vc是已传参的形式，它在block里就相当于一个临时变量被压栈进来。

3、主动打破循环

   __block ViewController *vc = self;
    self.block = ^(void){
         dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(2 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
           NSLog(@"%@",vc.name);
          vc = nil;
         });
   };
     self.block();

• __block 为了可以在block里可以进行修改。
• vc = nil 是为了打破循环引用。
• 注意：此时不调用循环引用依旧会存在。

4、NSProxy 也可以,这里就不讲了，自行搜索。

底层探究

定义一个简单的.c文件 如下 ；

int main(){
      void(^block)(void) = ^{
    
        printf("LG_Cooci");
    };
     //block();
    return 0;
}

• clang 查看 底层被编译成了什么样 xcrun -sdk iphonesimulator clang -arch x86_64 -rewrite-objc block.c

int main(){
     ///简化去掉返回值类型
    void(*block)(void) =  
&__main_block_impl_0  (  __main_block_func_0  ,  &__main_block_desc_0_DATA ) ;


    return 0;
}

• 清晰的看到一个函数__main_block_impl_0 和两个参数 参数1： __main_block_func_0参数2:__main_block_desc_0_DATA

查看 __main_block_impl_0这个函数

struct __main_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __main_block_desc_0* Desc;
 
  __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, int flags=0) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
    
};

• 可以看到 __main_block_impl_0这个函数它是一个结构体，也就是说block是一个__main_block_impl_0类型的对象。

• 里面有两个 结构体成员 一个为__block_impl 一个为 __main_block_desc_0类型
  __block_impl 结构类型

   struct __block_impl {
    void *isa;
    int Flags;
    int Reserved;
    void *FuncPtr;
  };
  

  __main_block_desc_0结构类型

   static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
  
        printf("LG_Cooci");
  }
  
  static struct __main_block_desc_0 {
  size_t reserved;
  size_t Block_size;
  } __main_block_desc_0_DATA = { 0, sizeof(struct __main_block_impl_0)};
  
  

• 在看一下它（__main_block_impl_0）的构造函数。

  1. 给第一个结构体__block_impl类型的 成员 impl赋值。
     impl 的 isa成员赋值 为 栈block 类型；
     impl 的Flages设置了个标记；
     impl的 FuncPtr成员 赋值为外界 传进来的 __main_block_func_0 函数。
  2. 给第二个成员Desc 赋值外界传进来的__main_block_desc_0_DATA的地址。

• 画图表示一下这个结构

  
  
  截屏2020-11-28 上午11.16.49.png

• 总结： block的本质 是一个结构体 也可以说是一个对象，它内部有两个属性，一个来存放 块任务的，方法 及设置当前块任务类型的isa。另一个属性来计算当前自己结构体所占空间大小。

下面 我们看一下block是如何发起调用的。

依旧是这段代码，打开 下方的 block()调用。

int main(){
      void(^block)(void) = ^{
    
        printf("LG_Cooci");
    };
    
    block();
    return 0;
}

clang 编译期源码

    void(*block)(void) =  
&__main_block_impl_0  (  __main_block_func_0  ,  &__main_block_desc_0_DATA ) ;
  
 ((__block_impl *)block)->FuncPtr)((__block_impl *)block);

看到这里 我们就明白了，此时发起调用，它是 将 block指针强转为__block_impl类型。并获取之前存入的 FuncPtr 发起函数调用，并将 block指针作为参数传入。

block如何捕获外界变量的

int main(){
      
    int a =10;
    void(^block)(void) = ^{
    
        printf("LG_Cooci%d",a);
    };
    
    block();
    return 0;
}

clang

int main(){

    int a =10;
    void(*block)(void) =  &__main_block_impl_0 (

              __main_block_func_0,
                                                
              &__main_block_desc_0_DATA,
                                                
              a
        ) ;
     
     ((__block_impl *)block)->FuncPtr)((__block_impl *)block);
    
    return 0;
}

• 此时我们看到 当block内部引用到了外部变量的时候。__main_block_impl_0 构造函数就会动态的向后添加一个 参数。

再次看下__main_block_impl_0结构体变化

struct __main_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __main_block_desc_0* Desc;
  int a;
  __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, int _a, int flags=0) : a(_a) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};

• 可以看到 __main_block_impl_0结构体中多了一个int 类型的 a. 通过构造函数 将a赋值。

再次 看 __block_impl 的 FuncPtr 赋值 也就是外界传进来的 __main_block_func_0 函数实现

static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
  int a = __cself->a; // bound by copy


        printf("LG_Cooci%d",a);
    }

• 此时我们可以看到 当block发起调用的时候 此时 将 __main_block_func_0结构体中的a的值 赋值给了一个临时变量 。

• 由此就可以下结论，此时是值拷贝，外界a的变化 并不会 引起 block内部 a的变化。

为了彻底弄清楚 我们 写一个我们平常的oc 对象,在block块内部引用

请问下面输出什么？

      LGPerson * person = [[LGPerson alloc]init];
      person.tag = @"等风来不如追风去，总有那么一个人在风景正好的季节来到你的身边";
     
       void(^block)(void) = ^{
 
            NSLog(@"%@",person.tag);
            
        };
 
        person.tag = @"45°仰望天空，该死我那无处安放的魅力";
 
        block();

我们 clang 去看

        LGPerson * person = (((void *)objc_msgSend)((id)((LGPerson *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("LGPerson"), sel_registerName("alloc")), sel_registerName("init"));


        ((void (*)(id, SEL, NSString *))(void *)objc_msgSend)((id)person, sel_registerName("setTag:"), (NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_hp_8p1s5vl9501d23q4rjltk8j80000gn_T_main_6caa76_mi_0);
                             
   ///block 构造函数 结构体赋值
        void(*block)(void) = &__main_block_impl_0(
                                                  __main_block_func_0,
                                                  
                                                  &__main_block_desc_0_DATA,
                                                  
                                                  person,
                                                  
                                                  570425344));

        
        ((void (*)(id, SEL, NSString *))(void *)objc_msgSend)((id)person, sel_registerName("setTag:"), (NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_hp_8p1s5vl9501d23q4rjltk8j80000gn_T_main_6caa76_mi_2);

        ///发起调用
         ((__block_impl *)block)->FuncPtr)((__block_impl *)block);
        

• 此时我们看到 此时__main_block_impl_0 将 person指针捕获进去了。

再次 看此时的 __main_block_impl_0结构体

struct __main_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __main_block_desc_0* Desc;
  LGPerson *person;
  __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc,LGPerson *_person, int flags=0) : person(_person) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};

• 可以看到结构体内部已经多了一个 对象指针。

在看一下方法

static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
  LHPerson *person = __cself->person; // bound by copy


            NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_hp_8p1s5vl9501d23q4rjltk8j80000gn_T_main_6caa76_mi_1,((NSString *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)person, sel_registerName("tag")));

          }

• 当block 发起调用的时候，首先找到 impl中存入的 方法，并用此方法发起调用，并将 block的结构体对象 当参数，传入。此时可以看到 获取了 block结构体中的 person指针。
• 到现在我们明白了 此时对象类型的捕获的是对象的指针。属于指针copy。也就是浅拷贝。

值copy 此时 内存空间 两个一样的 内容。指针 不一样。也就是深拷贝。
指针 copy 此时 copy了一个指针，两个指针指向同一片内存区域。也就是浅拷贝。

我们对于 值拷贝的基础数据类型的捕获 该如何操作呢？

__block

在什么情况下我们需要用__block的修饰？

• 当block内部需要对外界的变量 修改时，如不用__block修饰，会引起编译器的歧义，导致只能读。
• 当捕获的是临时变量，如不用__block修饰，会导致内外数据不同步。
• 如捕获的是容器类型，容器内容发生更改不需要进行__block修饰。
• 如捕获的是对象，对象的某个属性发生更改，不需要进行__block修饰。
• 如捕获的是 statc修饰的（局部 /全局）变量 或 全局变量 不需要__block修饰。

__block又做了哪些事情？带着疑问向下分析

int main(){
      
    __block int a =10;
    void(^block)(void) = ^{
    
        printf("LG_Cooci%d",a);
    };
    
    a = 20;
    block();
    return 0;
}

继续 clang看编译期变成了什么样

struct __Block_byref_a_0 {
  void *__isa;
__Block_byref_a_0 *__forwarding;
 int __flags;
 int __size;
 int a;
};
 ===============================================

    __Block_byref_a_0 a = {
              0,
              (__Block_byref_a_0 *) &a,
              0,
              sizeof(__Block_byref_a_0),
              10
             
         };

  void(*block)(void) =  &__main_block_impl_0 (

                          __main_block_func_0,
                                                   
                          &__main_block_desc_0_DATA,
                                                   
                          (__Block_byref_a_0 *)&a,
                                                   
                          570425344
               );

        (a.__forwarding->a) = 20;
       ((__block_impl *)block)->FuncPtr)((__block_impl *)block);

• 此时我们看到了变量 a 被包装成了 一个 __Block_byref_a_0类型的结构体对象,并相对应的录入变量a的信息， 对应上面结构体可以清楚的看到 里面存有a的地址赋值给__forwarding指针，a的值 ，自身大小 等参数。

• 将这个包装后的a的结构体对象取地址 ， 作为block结构体的构造函数 __main_block_impl_0 参数传入 赋值给 block结构体里边的 a指针。

• 调用执行上一行代码 拿到a结构体指针修改 a变量的值。所以内外同步数据。
  继续查看 block结构体 __main_block_impl_0

struct __main_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __main_block_desc_0* Desc;
  __Block_byref_a_0 *a; // by ref
  __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, __Block_byref_a_0 *_a, int flags=0) : a(_a->__forwarding) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};

查看 __main_block_func_0

static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
  __Block_byref_a_0 *a = __cself->a; // bound by ref


            printf("LG_Cooci%d",(a->__forwarding->a));
        }

• 这里清晰的看到获取到block结构体里面的包装后的__Block_byref_a_0类型的 a指针，并通过 a指针拿到 __forwarding 也就是 指向外界变量的a地址的指针，并取出 变量a真正的值。
• 这里从不加__Block的值拷贝 变成了 指针拷贝。而这个指针是指向的同 一个结构体地址，这个结构体里面存有 变量 a的地址 和a的值，

咦？那为啥数据就同步了呢，我不用__Block修饰 我捕获一个字符串，它也是指针那为啥 当我在对block发起调用前重新修改 字符串的值，它怎么数据不同步呢？

    NSString * str = [NSString stringWithFormat:@"等风来不如追风去啊"];
           
           void (^block)(void) = ^{
             
               NSLog(@"%@,%p",str,str);
           };
         
           str = @"总有一个人,在风景正好的季节等着你";
           NSLog(@"%@,%p",str,str);

        
           block();
        

• 看着上面的疑问 在次陷入深思，我们继续看下clang之后的编译期代码

    ///字符串指针
         NSString * str = ((NSString * _Nonnull (*)(id, SEL, NSString * _Nonnull __strong, ...))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("NSString"), sel_registerName("stringWithFormat:"), (NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_hp_8p1s5vl9501d23q4rjltk8j80000gn_T_main_e485f6_mi_0);
        
          /// block
           void (*block)(void) =
        __main_block_impl_0(
                            __main_block_func_0,
                            
                            &__main_block_desc_0_DATA,
                            
                            str,
                            
                            570425344
                            );

         ///重新赋值 改变指针指向
         str = (NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_hp_8p1s5vl9501d23q4rjltk8j80000gn_T_main_e485f6_mi_2;
          
        /// 打印
         NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_hp_8p1s5vl9501d23q4rjltk8j80000gn_T_main_e485f6_mi_3,str,str);

        ///发起调用
         （(__block_impl *)block)->FuncPtr)((__block_impl *)block);

看func函数

static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
  NSString *__strong str = __cself->str; // bound by copy


               NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_hp_8p1s5vl9501d23q4rjltk8j80000gn_T_main_e485f6_mi_1,str,str);
           }
    }

• 看到这里的的确确是指针拷贝，func函数里的指针指向 和 block析构函数参数指针指向同一片地址空间。
• 那为啥 我在调用之前更改了 str变量的值里边它里边不同步？

继续带着这个疑问 我们打印一下上下str的指针指向地址。

截屏2020-12-11 下午3.53.57.png

• 虽然是捕获的是指针，在调用之前 指针的指向被改变，它指向了新的一片地址空间 。

用__block修饰 运行

截屏2020-12-11 下午3.58.58.png

• 此时我们知道 str被封装为一个结构体对象
• 而在调用block之前进行进行对 str修改，此时为结构体指针copy。 对它指向的这个结构体地址里的 str的值所占用的内存空间进行了修改。所以数据同步。

为了验证我们的想法 再次查看用block修饰后的cpp

struct __Block_byref_str_0 {
  void *__isa;
__Block_byref_str_0 *__forwarding;
 int __flags;
 int __size;
 void (*__Block_byref_id_object_copy)(void*, void*);
 void (*__Block_byref_id_object_dispose)(void*);
 NSString *__strong str;
===============================================


 ///byref结构体对象
         __Block_byref_str_0 str = {
             (void*)0,
             
             (__Block_byref_str_0 *)&str,
             
             33554432,
             
             sizeof(__Block_byref_str_0),
             
             
             __Block_byref_id_object_copy_131,
             
             __Block_byref_id_object_dispose_131,
             
             ((NSString * _Nonnull (*)(id, SEL, NSString * _Nonnull __strong, ...))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("NSString"), sel_registerName("stringWithFormat:"), (NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_hp_8p1s5vl9501d23q4rjltk8j80000gn_T_main_1c411f_mi_0)
             
         };

        
        /// block
          &__main_block_impl_0(
                               __main_block_func_0,
                               
                               &__main_block_desc_0_DATA,
                               
                               (__Block_byref_str_0 *)&str,
                               
                               570425344
                               );

        ///重新赋值
        (str.__forwarding->str) = (NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_hp_8p1s5vl9501d23q4rjltk8j80000gn_T_main_1c411f_mi_2;
          
        ///打印
        NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_hp_8p1s5vl9501d23q4rjltk8j80000gn_T_main_1c411f_mi_3,(str.__forwarding->str),(str.__forwarding->str));

        ///函数调用
        (__block_impl *)block)->FuncPtr)((__block_impl *)block);
        

• 咦这里好像和基本数据类型 int a的包装还不太一样多了两个函数 __Block_byref_id_object_copy 和__Block_byref_id_object_dispose
• 我们重新赋值是改变的 包装后的结构体中的 str指针。

在看一下 func

static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
  __Block_byref_str_0 *str = __cself->str; // bound by ref


               NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_hp_8p1s5vl9501d23q4rjltk8j80000gn_T_main_1c411f_mi_1,(str->__forwarding->str),(str->__forwarding->str));
           }

• 从这里我们就能看出 此时是byref结构体指针copy 通过指针获取 forwarding 地址在取得 str指针指向。

总结

• 捕获的外界变量 底层会包装成一个 __Block_byref_a_0类型的结构体。
• 结构体用来保存 原始的变量的指针 和值。
• 将包装的成的结构体对象地址 传递 给block ,然后block内部就可以对外界变量进行操作。
• 但是其内部是到底是怎么操作的为什么 string对象类型 要比 int基本数据类型 byref会多出两个方法？带着这些疑问向下看。

block真正的类型

打开汇编，并在下面区域打上断点

截屏2020-11-28 下午5.58.06.png

运行

截屏2020-12-02 下午6.10.52.png

我们看到到了callq 了 几个很重要的函数 一个

• objc_retainBlock
• objc_storeStrong
• _Block_object_dispose

分别符号断点下这个 看他来自哪个"星球"
断点 objc_retainBlock

截屏2020-12-02 下午6.15.24.png

• 看到重要线索 它来自 libobjc, 并其实真正调用的是 _Block_copy;
• 那还等什么去源码看看。

objc4源码全局搜索 objc_retainBlock

id objc_retainBlock(id x) {
    return (id)_Block_copy(x);
}

• 嗯没毛病 的确调用的 是 _Block_copy;

全局搜索 _Block_copy发现Objc并未发现什么

那接着下符号断点吧它肯定不来自这个库了。

截屏2020-12-02 下午6.23.02.png

• 原来它来自 libsystem_blocks.dylib。

官网找到开源库全局搜索 _Block_copy

// Copy, or bump refcount, of a block.  If really copying, call the copy helper if present.
void *_Block_copy(const void *arg) {
    
    // block都是`Block_layout`类型
    struct Block_layout *aBlock;

    // 没有内容，直接返回空
    if (!arg) return NULL;
    
    // The following would be better done as a switch statement
    // 将内容转变为`Block_layout`结构体格式
    aBlock = (struct Block_layout *)arg;
    // 检查是否需要释放
    if (aBlock->flags & BLOCK_NEEDS_FREE) {
        latching_incr_int(&aBlock->flags);
        return aBlock;
    }
    // 如果是全局Block,直接返回
    else if (aBlock->flags & BLOCK_IS_GLOBAL) {
        return aBlock;
    }
    //
    else {
        // Its a stack block.  Make a copy.
        // 进入的是栈区block，拷贝一份
        // 开辟一个大小空间的result对象
        struct Block_layout *result =
            (struct Block_layout *)malloc(aBlock->descriptor->size);
        // 开辟失败，就返回
        if (!result) return NULL;
        // 内存拷贝：将aBlock内容拷贝到result中
        memmove(result, aBlock, aBlock->descriptor->size); // bitcopy first
#if __has_feature(ptrauth_calls)
        // Resign the invoke pointer as it uses address authentication.
        //result的invoke指向aBlock的invoke。
        result->invoke = aBlock->invoke;
#endif
        // reset refcount
        // BLOCK_REFCOUNT_MASK|BLOCK_DEALLOCATING ：前16位都为1
        // ~(BLOCK_REFCOUNT_MASK|BLOCK_DEALLOCATING)：前16位都为0
        // 与操作，结果为前16位都为0 引用计数为0
        result->flags &= ~(BLOCK_REFCOUNT_MASK|BLOCK_DEALLOCATING);    // XXX not needed
        // 设置为需要释放，引用计数为1
        result->flags |= BLOCK_NEEDS_FREE | 2;  // logical refcount 1
        // 生成desc，并记录了result和aBlock
        _Block_call_copy_helper(result, aBlock); //
        // Set isa last so memory analysis tools see a fully-initialized object.
        // 设置isa为堆区Block
        result->isa = _NSConcreteMallocBlock;
        return result;
    }
}

• 这里我们看到了 block真正的类型 原来它是 Block_layout 类型的结构体
• 仔细看 上面源代码的几个 if else 判断
  1、如果需要释放的(堆是由程序员管理的) 也就是 堆block的，增加引用计数 返回
  2、如果是全局的，直接返回
  3、如果是栈block.：从栈中 copy到 堆中； 过程： malloc开辟空间 ->memmove内存拷贝 ->invoke 指针拷贝->flag引用计数 设置为1 ->生成desc ->设置isa为堆block ->返回堆block.

查看 Block_layout

struct Block_layout {
    void *isa;
    volatile int32_t flags; // contains ref count
    int32_t reserved;
    BlockInvokeFunction invoke;
    struct Block_descriptor_1 *descriptor; //
    // imported variables
};

• isa : 从静态分析 到 动态库我们都知道了，它就是标记为是什么类型的block。
• flags: 标识码（每一位都有特殊含义）
• reserved ： 保留字段
• invoke : block执行函数（存储执行代码块）
• descriptor: Block详细信息

查看 Flags:标识码

// Values for Block_layout->flags to describe block objects
enum {
    BLOCK_DEALLOCATING =      (0x0001),  // runtime
    BLOCK_REFCOUNT_MASK =     (0xfffe),  // runtime
    BLOCK_NEEDS_FREE =        (1 << 24), // runtime
    BLOCK_HAS_COPY_DISPOSE =  (1 << 25), // compiler
    BLOCK_HAS_CTOR =          (1 << 26), // compiler: helpers have C++ code
    BLOCK_IS_GC =             (1 << 27), // runtime
    BLOCK_IS_GLOBAL =         (1 << 28), // compiler
    BLOCK_USE_STRET =         (1 << 29), // compiler: undefined if !BLOCK_HAS_SIGNATURE
    BLOCK_HAS_SIGNATURE  =    (1 << 30), // compiler
    BLOCK_HAS_EXTENDED_LAYOUT=(1 << 31)  // compiler
};

• flags的赋值。按bit位表示一些block的附加信息，类似 isa中的位域，其中flags的种类有上面几种

查看 Block_descriptor_1

struct Block_descriptor_1 {
    uintptr_t reserved;
    uintptr_t size;
};

// 可选
#define BLOCK_DESCRIPTOR_2 1
struct Block_descriptor_2 {
    // requires BLOCK_HAS_COPY_DISPOSE
    BlockCopyFunction copy;
    BlockDisposeFunction dispose;
};

#define BLOCK_DESCRIPTOR_3 1
struct Block_descriptor_3 {
    // requires BLOCK_HAS_SIGNATURE
    const char *signature;
    const char *layout;     // contents depend on BLOCK_HAS_EXTENDED_LAYOUT
};

• 这里我们看到了 这个 类型拥3个结构体样式。
• 可选类型 descriptor 2 为BLOCK_HAS_COPY_DISPOSE
• 可选类型 descriptor 3 为BLOCK_HAS_SIGNATURE

总结

• block真正的底层结构为block_layout, 它里面包含 isa ，isa为最终确定的类型。还有flag ， 类似 isa中的位域 。它里面记录着当前block的状态，如是否需要释放，是否是global ，是否需要签名进行消息发送等。运行时会调用block_copy，通过编译期的flag判断当前block的类型，如果是 需要释放的 操作引用计数并返回，如是全局block不做任何操作返回，如果是栈区的block 需要将 栈区的block Copy 到堆上，（申请内存空间 ，将栈区的block拷贝的堆区 ，将 block的执行函数 invoke拷贝，重新设置 flages 类型，生成对应的 desc,设置 isa类型为堆block） 此时block为最真实的状态。

查看 _Block_call_copy_helper

static void _Block_call_copy_helper(void *result, struct Block_layout *aBlock)
{
    struct Block_descriptor_2 *desc = _Block_descriptor_2(aBlock);
    if (!desc) return;

    (*desc->copy)(result, aBlock); // do fixup
}

• 这里可以看到 如果拥有拓展descriptor2那么会发起一个函数调用

查看descriptor访问操作

#if 0
static struct Block_descriptor_1 * _Block_descriptor_1(struct Block_layout *aBlock)
{
    return aBlock->descriptor;
}
#endif

static struct Block_descriptor_2 * _Block_descriptor_2(struct Block_layout *aBlock)
{
    if (! (aBlock->flags & BLOCK_HAS_COPY_DISPOSE)) return NULL;
    uint8_t *desc = (uint8_t *)aBlock->descriptor;
    desc += sizeof(struct Block_descriptor_1);
    return (struct Block_descriptor_2 *)desc;
}

static struct Block_descriptor_3 * _Block_descriptor_3(struct Block_layout *aBlock)
{
    if (! (aBlock->flags & BLOCK_HAS_SIGNATURE)) return NULL;
    uint8_t *desc = (uint8_t *)aBlock->descriptor;
    desc += sizeof(struct Block_descriptor_1);
    if (aBlock->flags & BLOCK_HAS_COPY_DISPOSE) {
        desc += sizeof(struct Block_descriptor_2);
    }
    return (struct Block_descriptor_3 *)desc;
}

• 这里可以清晰的看到，默认获取 block_layout 里 descriptor信息
• 根据 block_layout里的flags& BLOCK_HAS_COPY_DISPOSE 如果为真 证明 有descriptor_2附加信息。 拿到 descripor1的指针 平移自身大小 得到 descriptor_2。
• 根据 block_layout里的flags& BLOCK_HAS_SIGNATURE 如果为真 证明 有descriptor_3附加结构体信息。首先拿到 拿到 descripor1的指针 平移其自身大小 ,并查看是否有descriptor_2附加结构体，如果有，那么在平移加上 decriptor2大小 ,最终得到 descriptor_3

看到这里我们应该更能体会到 descriptor 属性及上面的附加可选什么意思 下面画个图

通过指针平移获取desc

以上为我们开了上帝视角 下面我们实际操作 亲眼所看到 从栈block 拷贝到堆的过程

上面我们已经通过阅读源码知道了 当底层调用完Block_copy 其真实的block类型就会确定所以我们在调用之前打断点读取

截屏2020-12-11 下午2.05.42.png

• 可以看到此时为 NSStackBlock

按住 ctrl + 鼠标点击 向下箭头 ，跳进 objc_retainBlock 方法继续打印

截屏2020-12-11 下午1.28.59.png

跳进了 objc_retainBlock

截屏2020-12-11 下午2.06.44.png

• 此时可以看到 依旧为NSStackBlock 地址指针并没有变化

打入objc_retainBlock的全局断点 并继续读取

截屏2020-12-11 下午2.08.42.png

• 可以看到依旧没有变化

按住 ctrl + 鼠标点击 向下箭头 继续向下走

截屏2020-12-11 下午2.12.20.png

• 此时可以看到清晰的它调用 libobjc库的 objc_retainBlock方法
• 此时 依旧没有变化

继续跟进跳转

截屏2020-12-11 下午2.14.45.png

• 发现太长了 那么这里我们只需要断到其 返回值

截屏2020-12-11 下午2.16.19.png

• 此时此刻 它发生了变化。变成了 NSMallocBlock
• 这也就很清晰的看到了block是什么时候从栈block变为堆的。

我们分析了block是如何确定最终类型的，那还是不了解block是如何捕获外界变量的，为什么__block修饰后 数据会同步呢？ 下面我继续分析 底层

先看图

__block clang.jpg

• 首先经过这两种类型的__block我们发现 不同的地方就是修饰指针类型的对象在byref包装结构体中会多出两个函数。
• 共同地方是经过__block修饰后在block_impl中的desc结构体会多出两个函数。
  看到这里我们也许就更加明白了，还记的blockLayout结构体中desc吗？它的desc有可选的拓展结构体，是根据 blockLayout里的flags&上 枚举来确定是否拥有，在这里用__block修饰之后，它多出的这两个函数正好和descriptor_2一一对应。
• 他们底层调用的同属 _Block_object_assign 和 _Block_object_dispose函数

源码搜索 _Block_object_assign

void _Block_object_assign(void *destArg, const void *object, const int flags) {
    const void **dest = (const void **)destArg;
   
    switch (os_assumes(flags & BLOCK_ALL_COPY_DISPOSE_FLAGS)) {
     
        case BLOCK_FIELD_IS_OBJECT:
        /*******
        id object = ...;
        [^{ object; } copy];
        ********/
        // objc 指针地址 weakSelf (self)
            // arc
        _Block_retain_object(object);
            // 持有
        *dest = object;
        break;

      case BLOCK_FIELD_IS_BLOCK:
        /*******
        void (^object)(void) = ...;
        [^{ object; } copy];
        ********/
            
            // block 被一个 block 捕获

        *dest = _Block_copy(object);
        break;
    
      case BLOCK_FIELD_IS_BYREF | BLOCK_FIELD_IS_WEAK:
      case BLOCK_FIELD_IS_BYREF:
        /*******
         // copy the onstack __block container to the heap
         // Note this __weak is old GC-weak/MRC-unretained.
         // ARC-style __weak is handled by the copy helper directly.
         __block ... x;
         __weak __block ... x;
         [^{ x; } copy];
         ********/
            
        *dest = _Block_byref_copy(object);
        break;
        
      case BLOCK_BYREF_CALLER | BLOCK_FIELD_IS_OBJECT:
      case BLOCK_BYREF_CALLER | BLOCK_FIELD_IS_BLOCK:
        /*******
         // copy the actual field held in the __block container
         // Note this is MRC unretained __block only. 
         // ARC retained __block is handled by the copy helper directly.
         __block id object;
         __block void (^object)(void);
         [^{ object; } copy];
         ********/

        *dest = object;
        break;

      case BLOCK_BYREF_CALLER | BLOCK_FIELD_IS_OBJECT | BLOCK_FIELD_IS_WEAK:
      case BLOCK_BYREF_CALLER | BLOCK_FIELD_IS_BLOCK  | BLOCK_FIELD_IS_WEAK:
        /*******
         // copy the actual field held in the __block container
         // Note this __weak is old GC-weak/MRC-unretained.
         // ARC-style __weak is handled by the copy helper directly.
         __weak __block id object;
         __weak __block void (^object)(void);
         [^{ object; } copy];
         ********/

        *dest = object;
        break;

      default:
        break;
    }
}

• 如果是普通对象，交给系统arc处理，并拷贝对象指针，引用计数+1 ，外界变量不能释放。
• 如果是block类型的变量，又会回到_Block_copy操作，将block从栈 拷贝到堆区。
• 如果是__block修饰的变量，调用_Block_byref_copy函数，进行内存拷贝及处理。

查看 枚举 值

 
// Runtime support functions used by compiler when generating copy/dispose helpers

// Values for _Block_object_assign() and _Block_object_dispose() parameters
enum {
    // see function implementation for a more complete description of these fields and combinations
    //普通对象，即没有其他的引用类型
    BLOCK_FIELD_IS_OBJECT   =  3,  // id, NSObject, __attribute__((NSObject)), block, ...
    //block类型作为变量
    BLOCK_FIELD_IS_BLOCK    =  7,  // a block variable
    //经过__block修饰的变量
    BLOCK_FIELD_IS_BYREF    =  8,  // the on stack structure holding the __block variable
    //weak 弱引用变量
    BLOCK_FIELD_IS_WEAK     = 16,  // declared __weak, only used in byref copy helpers
    //返回的调用对象 - 处理block_byref内部对象内存会加的一个额外标记，配合flags一起使用
    BLOCK_BYREF_CALLER      = 128, // called from __block (byref) copy/dispose support routines.
};

搜索 _Block_byref_copy

static struct Block_byref *_Block_byref_copy(const void *arg) {
    
    //强转为Block_byref结构体类型，保存一份
    struct Block_byref *src = (struct Block_byref *)arg;

    if ((src->forwarding->flags & BLOCK_REFCOUNT_MASK) == 0) {
        // src points to stack 申请内存
        struct Block_byref *copy = (struct Block_byref *)malloc(src->size);
        copy->isa = NULL;
        // byref value 4 is logical refcount of 2: one for caller, one for stack
        copy->flags = src->flags | BLOCK_BYREF_NEEDS_FREE | 4;
        //block内部持有的Block_byref 和 外界的Block_byref 所持有的对象是同一个，这也是为什么__block修饰的变量具有修改能力
        //copy 和 scr 的地址指针达到了完美的同一份拷贝，目前只有持有能力
        copy->forwarding = copy; // patch heap copy to point to itself
        src->forwarding = copy;  // patch stack to point to heap copy
        copy->size = src->size;
        //如果有copy能力
        if (src->flags & BLOCK_BYREF_HAS_COPY_DISPOSE) {
            // Trust copy helper to copy everything of interest
            // If more than one field shows up in a byref block this is wrong XXX
            //Block_byref_2是结构体，__block修饰的可能是对象，对象通过byref_keep保存，在合适的时机进行调用
            struct Block_byref_2 *src2 = (struct Block_byref_2 *)(src+1);
            struct Block_byref_2 *copy2 = (struct Block_byref_2 *)(copy+1);
            copy2->byref_keep = src2->byref_keep;
            copy2->byref_destroy = src2->byref_destroy;

            if (src->flags & BLOCK_BYREF_LAYOUT_EXTENDED) {
                struct Block_byref_3 *src3 = (struct Block_byref_3 *)(src2+1);
                struct Block_byref_3 *copy3 = (struct Block_byref_3*)(copy2+1);
                copy3->layout = src3->layout;
            }
            //等价于 __Block_byref_id_object_copy
            (*src2->byref_keep)(copy, src);
        }
        else {
            // Bitwise copy.
            // This copy includes Block_byref_3, if any.
            memmove(copy+1, src+1, src->size - sizeof(*src));
        }
    }
    // already copied to heap
    else if ((src->forwarding->flags & BLOCK_BYREF_NEEDS_FREE) == BLOCK_BYREF_NEEDS_FREE) {
        latching_incr_int(&src->forwarding->flags);
    }
    
    return src->forwarding;
}

• 可以看到被__block包装的变量，真实的类型为Block_byref结构体。
• 将栈上的Block_byref 结构体拷贝到堆上，根据大小申请内存空间--> 设置isa为 Null ->设置flags信息
  -> 设置堆上Block_byref结构体的forwarding指针指向 为 自己->更改栈上Block_byref结构体的forwarding 指针指向为堆上的Block_byref ->设置堆byref的size大小 为 栈上的byref的size大小。
• 判断如果有copy dispose,（这里我们在上面说过，__block修饰的指针类型，比基本数据类型在包装的结构体中会多出来两个函数，此时和这里是一一对应的）,通过类似上面获取desc2 和desc3的方式，这里是偏移一个Block_byref 大小 拿到 src2也就是包含copy和dispose成员变量的Block_byref_2结构体,来获取 copy和dispose 函数并将其拷贝到堆中。 判断如果有 layout成员变量，与获取src2一样的效果，这里是偏移一个Block_byref_2的大小来获取src3 并将layout变量拷贝到堆上，也就是堆上Block_byref_3 的变量layout 指向栈中layout。通过调用 byref_keep来实现响应，它就对应外部的__Block_byref_id_object_copy

我们看一下 Block_byref 结构体

struct Block_byref {
    void *isa;
    struct Block_byref *forwarding;
    volatile int32_t flags; // contains ref count
    uint32_t size;
};

struct Block_byref_2 {
    // requires BLOCK_BYREF_HAS_COPY_DISPOSE
    BlockByrefKeepFunction byref_keep; // 结构体 __block  对象
    BlockByrefDestroyFunction byref_destroy;
};

struct Block_byref_3 {
    // requires BLOCK_BYREF_LAYOUT_EXTENDED
    const char *layout;
};

在看一下 byref中的flags的枚举

// Values for Block_byref->flags to describe __block variables
enum {
    // Byref refcount must use the same bits as Block_layout's refcount.
    // BLOCK_DEALLOCATING =      (0x0001),  // runtime
    // BLOCK_REFCOUNT_MASK =     (0xfffe),  // runtime

    BLOCK_BYREF_LAYOUT_MASK =       (0xf << 28), // compiler
    BLOCK_BYREF_LAYOUT_EXTENDED =   (  1 << 28), // compiler
    BLOCK_BYREF_LAYOUT_NON_OBJECT = (  2 << 28), // compiler
    BLOCK_BYREF_LAYOUT_STRONG =     (  3 << 28), // compiler
    BLOCK_BYREF_LAYOUT_WEAK =       (  4 << 28), // compiler
    BLOCK_BYREF_LAYOUT_UNRETAINED = (  5 << 28), // compiler

    BLOCK_BYREF_IS_GC =             (  1 << 27), // runtime

    BLOCK_BYREF_HAS_COPY_DISPOSE =  (  1 << 25), // compiler
    BLOCK_BYREF_NEEDS_FREE =        (  1 << 24), // runtime
};

• 此时可以看出 和Block_copy中的处理方式非常的相似

在_Block_byref_copy中我们看到src2->byref_keep，其实就是调用外部的__Block_byref_id_object_copy_131，为什么？
这里我们 看 Block_byref_2 中两个函数 ，clang编译器中的两个函数

struct Block_byref_2 {
    // requires BLOCK_BYREF_HAS_COPY_DISPOSE
    BlockByrefKeepFunction byref_keep; // 结构体 __block  对象
    BlockByrefDestroyFunction byref_destroy;
};

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• __Block_byref_id_object_copy_131入参里面，有一个内存平移40，

原因

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• 因为 内存偏移 40才能取到 NSstring*__strong str

而131 = 128 +3，其中128表示BLOCK_BYREF_CALLER --> 代表__block变量有copy/dispose的内存管理辅助函数

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我们这里示例的对象类型为NSString,就表示上述枚举中这个 BLOCK_FIELD_IS_OBJECT，也就是继承NSObjcet类型的 id类型的 为3，然后和copy函数拼接起来就是 __Block_byref_id_object_copy_131

所以在_Block_byref_copy 中以下标红出就相当于 __Block_byref_id_object_copy_131的调用

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而这里的调用又会触发 _Block_object_assign

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总结

详细总结：

Block真正的底层是Block_layout 对象，clang编译器 会根据捕获类型，来动态的改变，及生成对应的数据结构。如用__block修饰后的对象，clang编译器会将其封装为一个byref的结构体对象，此结构体对象在底层真正的类型为 Block_byref 结构体。
在运行时 会调用Block_copy 函数 通过 block_layout对象中的flags标记 判断当前block的类型及状态。如果是需要释放的 那么 只操作引用计数并返回，如果是全局block那么直接返回，如果是栈区的block， 开辟内存空间 ，设置属性为堆区的标识及一些设置。其中最具代表性的属性为 desc ，在默认情况下block的描述desc只有一个，当被__block修饰之后 ，clang编译器会在desc结构体中多出两个函数copy/dispose 底层会根据 block的flags 标识 来判断是否拥有 desc2 或者 desc3 的block的拓展信息，如判断拥有 copy/dispose 函数，那么会执行copy函数此时会调用Block_object_assign函数 此函数中同样的会判断当前捕获的是什么类型，进行不同的处理， 此时是__block修饰的变量也就byref结构体 将会掉起 _Block_byref_copy 函数，此函数正是对byref结构体 从栈中copy到堆中的操作， 类似block的copy。首先开辟内存，设置 属性为堆区的标识及一些设置，这里重要的操作为，将堆区的forwarding指针 指向 堆区的Block_byref自己.将栈区的forwarding指针指向更改为堆区的Block_byref结构体。并设置 栈区的大小。同样根据栈区的byref标识flags判断是否支持 copy/和dispose函数，如果支持，通过指针平移获取栈区堆区的 Block_byref2 拓展结构体, 从栈区的这两个函数指针赋值 堆区的 Block_byref2 中。再此判断中还判断了是否支持layout拓展，如支持 同样通过指针平移获取栈区堆区的 Block_byref3拓展结构体，从栈区的这个函数指针赋值 堆区的 Block_byref3 中.
如支持copy/dispose 函数 那么将再次发起 Block_object_assign函数调用，此时进行的是通过Block_byref结构体偏移获取被修饰的指针变量进行 指针copy 也就是引用计数+1

非太详细：

也就是 __block修饰的基本数据类型会进行 二次copy 一个是block的copy 一个是byref结构体的copy 都是从 栈中 copy到堆中。

如果修饰的是指针类型，那么会进行三次 copy，前两次和上面一样，最后一次 会对修饰的原始指针，进行 指针copy引用计数+1.