iOS-Block
Blocks的学习
Block的分类
Block根据其类型可以分为三类：
- 全局Block（NSGlobalBlock）
- 栈Block（NSMallocBlock）
- 堆Block（NSStackBlock）
而其区分的规则为：
如果没有引用局部变量，或者只引用了静态变量和全局变量，则为全局Block，如果内部有使用局部变量，如果有被强指针引用过，就是堆Block，如果没有则为栈Block。
- (void)func2 {
/**
— 全局block，没有使用局部变量，或者只使用了静态变量或者只使用了全局变量
*/
// 没有使用局部变量
NSLog(@"block0 - %@",^{});
// 使用了静态变量
void(^block1)(void) = ^{
blockInt = 3;
};
NSLog(@"block1 - %@",block1);
/**
- 堆Block 使用局部变量 并且用强指针引用过
*/
// 即使用局部变量又使用，静态变量
NSInteger i = 1;
void(^block2)(void) = ^{
NSLog(@"block %ld", i);
NSLog(@"block static %d", blockInt);
};
NSLog(@"block2 - %@",block2);
// 只使用局部变量
void(^block3)(void) = ^{
NSLog(@"block %ld", i);
};
NSLog(@"block3 - %@",block3);
// 使用强指针引用过，再使用若指针引用
void(^ __weak block4)(void) = block3;
NSLog(@"block4 - %@",block4);
/**
- 栈Block 没有被强引用过的
*/
// 没有使用强指针引用过
void (^__weak block5)(void) = ^{
NSLog(@"block %ld", i);
};
NSLog(@"block5 - %@",block5);
}
分析：
block0 : 没有使用任何变量，属于全局block。
block1 : 只使用了静态变量blockInt，属于全局block。
block2 : 使用了局部变量和静态变量，并且有被strong引用过，属于堆block
block3 : 使用了局部变量i，并且有被strong引用过，属于堆block
block4 : 虽然被weak指针引用的，但其已经被strong引用过，属于堆block
block5 : 没有被strong指针引用过。即使使用了局部变量，属于栈block
Block本质
可以将block代码通过clang 重写为C++代码，看其底层实现
int object_c_origin_block() {
NSObject *obj = [[NSObject alloc] init];
void(^ block)(void) = ^ {
NSLog(@"%@",obj);
};
block();
return 0;
}
重写命令
xcrun -sdk iphoneos clang -rewrite-objc <OriginFile> -o <CppFile>
得到Block结构的定义：
struct __object_c_origin_block_block_impl_0 {
struct __block_impl impl;
struct __object_c_origin_block_block_desc_0* Desc;
NSObject *obj;
__object_c_origin_block_block_impl_0(void *fp, struct __object_c_origin_block_block_desc_0 *desc, NSObject *_obj, int flags=0) : obj(_obj) {
impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
impl.Flags = flags;
impl.FuncPtr = fp;
Desc = desc;
}
};
struct __block_impl {
void *isa;
int Flags;
int Reserved;
void *FuncPtr;
};
从重写的结果，我们可以得到Block的以下特点：
- block出生就是在栈上（
isa指针指向_NSConcreteStackBlock） - block有捕获变量的能力（
__object_c_origin_block_block_impl_0内部有obj变量） - block也是个对象（存在
isa指针）
Block循环引用
在使用Block的时候，最容易出现的问题就是循环引用，尤其是在mvvm架构中，Controller引用ViewModel，ViewModel引用Block，有的Block的复制在Controller里面完成，有可能会捕获到Controller，从而造成循环引用。
- (void)bindViewModel {
self.viewModel.refreshViewCallBack = ^(void) {
[self.tableView reloadData];
};
}
而解决循环引用有以下几种办法：
__weak __strong协作
- (void)bindViewModel01 {
__weak typeof(self) weakSelf = self;
self.viewModel.refreshViewCallBack = ^{
__strong typeof(weakSelf) strongSelf = weakSelf;
[strongSelf.tableView reloadData];
};
}
block对象，并没有引用self，在执行block的时候strongSelf的生命周期只有在block内部，在block内部，self的引用计数+1，当执行完block，引用计数-1。既没有引起循环引用，又适当延长了self的生命周期，一举双得。
__block
- (void)bindViewModel02 {
__block Controller *blockSelf = self;
self.viewModel.refreshViewCallBack = ^{
[blockSelf.tableView reloadData];
blockSelf = nil;
};
}
使用这种方式，同样也可以解决循环引用，但是要注意，block执行完一次，下一次执行之前记得要给blockSelf重新复制，不然会出问题，显然维护这个是非常麻烦的，所以不推荐。
参数传递
- (void)bindViewModel03 {
self.viewModel.refreshViewBlcok = ^(OSMVVMViewController * _Nonnull vc) {
[vc.tableView reloadData];
};
self.viewModel.refreshViewBlcok(self);
}
通过block的参数进行传递，同样可以解决循环引用，但是这样做的意义不大，因为block在执行的地方，一定是需要获取到self的，如果已经获取到self了，就可以直接对self操作了，再使用block有点多余。应用并不多，只做了解。
Block中对象的引用计数
来道经典的面试题：
- (void)func3 {
NSObject *o = [[NSObject alloc] init];
NSLog(@"CFGetRetainCount print start");
NSLog(@"%ld", CFGetRetainCount((__bridge CFTypeRef)o));
//1
void(^strongBlock)(void) = ^ {
NSLog(@"%ld", CFGetRetainCount((__bridge CFTypeRef)o));
};
strongBlock();
//3 在栈区引用一次，在堆区又引用一次
void(^ __weak weakBlock)(void) = ^{
NSLog(@"%ld", CFGetRetainCount((__bridge CFTypeRef)o));
};
weakBlock();
// 4栈区引用一次
void(^copyBlock)(void) = [strongBlock copy];
copyBlock();
// 4 本来就在栈上不用+1。
void(^copyBlock1)(void) = [weakBlock copy];
copyBlock1();
// 5
NSLog(@"CFGetRetainCount print end");
}
Block Copy
在Block源码中，有关于BlockCopy的源码：
// Copy, or bump refcount, of a block. If really copying, call the copy helper if present.
// 拷贝 block，
// 如果原来就在堆上，就将引用计数加 1;
// 如果原来在栈上，会拷贝到堆上，引用计数初始化为 1，并且会调用 copy helper 方法（如果存在的话）；
// 如果 block 在全局区，不用加引用计数，也不用拷贝，直接返回 block 本身
// 参数 arg 就是 Block_layout 对象，
// 返回值是拷贝后的 block 的地址
// 运行？stack -》malloc
void *_Block_copy(const void *arg) {
struct Block_layout *aBlock;
// 如果 arg 为 NULL，直接返回 NULL
if (!arg) return NULL;
// The following would be better done as a switch statement
// 强转为 Block_layout 类型
aBlock = (struct Block_layout *)arg;
const char *signature = _Block_descriptor_3(aBlock)->signature;
// 如果现在已经在堆上
if (aBlock->flags & BLOCK_NEEDS_FREE) {
// latches on high
// 就只将引用计数加 1
latching_incr_int(&aBlock->flags);
return aBlock;
}
// 如果 block 在全局区，不用加引用计数，也不用拷贝，直接返回 block 本身
else if (aBlock->flags & BLOCK_IS_GLOBAL) {
return aBlock;
}
else {
// Its a stack block. Make a copy.
// block 现在在栈上，现在需要将其拷贝到堆上
// 在堆上重新开辟一块和 aBlock 相同大小的内存
struct Block_layout *result =
(struct Block_layout *)malloc(aBlock->descriptor->size);
// 开辟失败，返回 NULL
if (!result) return NULL;
// 将 aBlock 内存上的数据全部复制新开辟的 result 上
memmove(result, aBlock, aBlock->descriptor->size); // bitcopy first
#if __has_feature(ptrauth_calls)
// Resign the invoke pointer as it uses address authentication.
result->invoke = aBlock->invoke;
#endif
// reset refcount
// 将 flags 中的 BLOCK_REFCOUNT_MASK 和 BLOCK_DEALLOCATING 部分的位全部清为 0
result->flags &= ~(BLOCK_REFCOUNT_MASK|BLOCK_DEALLOCATING); // XXX not needed
// 将 result 标记位在堆上，需要手动释放；并且引用计数初始化为 1
result->flags |= BLOCK_NEEDS_FREE | 2; // logical refcount 1
// copy 方法中会调用做拷贝成员变量的工作
_Block_call_copy_helper(result, aBlock);
// Set isa last so memory analysis tools see a fully-initialized object.
// isa 指向 _NSConcreteMallocBlock
result->isa = _NSConcreteMallocBlock;
return result;
}
}
copy的调用时机，有强指针第一次指向的时候，会调用一次copy。而这次copy，会把栈区的Block拷贝到堆区。在平时使用[block copy]的时候，也会调用。copy的时候根据Block的类型采取了不同的操作，如果是堆block，只进行引用计数+1，相当于浅拷贝，如果是全局block，直接返回，相当于不拷贝，如果是栈block，是重新开辟新的内存并创建，并且isa指向_NSConcreteMallocBlock，设置类型为堆block，然后返回。
在_Block_copy源码中，从栈区copy到堆区的过程中，_Block_call_copy_helper(result, aBlock)的调用时为了复制栈区的Block里面的成员变量，给堆区的Block。
// 调用 block 的 copy helper 方法，即 Block_descriptor_2 中的 copy 方法
static void _Block_call_copy_helper(void *result, struct Block_layout *aBlock)
{
// 取得 block 中的 Block_descriptor_2
struct Block_descriptor_2 *desc = _Block_descriptor_2(aBlock);
// 如果没有 Block_descriptor_2，就直接返回
if (!desc) return;
// 调用 desc 中的 copy 方法，copy 方法中会调用 _Block_object_assign 函数
(*desc->copy)(result, aBlock); // do fixup
}
其中最最要的代码时找到了一个copy方法然后调用。而这个copy方法是在desc中。需要理解这些代码，需要借助clang重写的c++代码。
在重写的代码中可以看到__object_c_origin_block_hello_block_impl_0的构造函数的调用：
__object_c_origin_block_hello_block_desc_0_DATA = {
0,
sizeof(struct __object_c_origin_block_hello_block_impl_0),
__object_c_origin_block_hello_block_copy_0,
__object_c_origin_block_hello_block_dispose_0
};
其实这里根据变量名称，就能猜个大概，__object_c_origin_block_hello_block_desc_0_DATA就是源码中的desc，而__object_c_origin_block_hello_block_copy_0即为(*desc->copy)方法。所以我们要看其中拷贝成员变量的过程，需要关注__object_c_origin_block_hello_block_copy_0的实现。
static void __object_c_origin_block_hello_block_copy_0(
struct __object_c_origin_block_hello_block_impl_0*dst,
struct __object_c_origin_block_hello_block_impl_0*src)
{
_Block_object_assign((void*)&dst->obj, (void*)src->obj, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);
}
这里是因为重写前的objcet-c代码里面的block捕获了1个局部变量，只用copy一个成员变量所以只会有一句，如果捕获多个局部变量，就会有多句。例如：
static void __object_c_origin_block_hello_block_copy_0(
struct __object_c_origin_block_hello_block_impl_0*dst,
struct __object_c_origin_block_hello_block_impl_0*src)
{
_Block_object_assign((void*)&dst->obj, (void*)src->obj, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);
_Block_object_assign((void*)&dst->obj1, (void*)src->obj1, 3/*BLOCK_FIELD_IS_OBJECT*/);
}
其内部其实是调用了_Block_object_assign方法，在源码中也可以找到_Block_object_assign的实现：
/*******************************************************
block 可以引用 4 种不同的类型的对象，当 block 被拷贝到堆上时，需要 help，即帮助拷贝一些东西。
1）基于 C++ 栈的对象
2）Objective-C 对象
3）其他 Block
4）被 __block 修饰的变量
block 的 helper 函数是编译器合成的（比如编译器写的 __main_block_copy_1() 函数），它们被用在 _Block_copy() 函数和 _Block_release() 函数中。copy helper 对基于 C++ 栈的对象调用调用 C++ 常拷贝构造函数，对其他三种对象调用 _Block_object_assign 函数。 dispose helper 对基于 C++ 栈的对象调用析构函数，对其他的三种调用 _Block_object_dispose 函数。
_Block_object_assign 和 _Block_object_dispose 函数的第三个参数 flags 有可能是：
1）BLOCK_FIELD_IS_OBJECT(3) 表示是一个对象
2）BLOCK_FIELD_IS_BLOCK(7) 表示是一个 block
3）BLOCK_FIELD_IS_BYREF(8) 表示是一个 byref，一个被 __block 修饰的变量；如果 __block 变量还被 __weak 修饰，则还会加上 BLOCK_FIELD_IS_WEAK(16)
所以 block 的 copy/dispose helper 只会传入四种值：3，7，8，24
上述的4种类型的对象都会由编译器合成 copy/dispose helper 函数，和 block 的 helper 函数类似，byref 的 copy helper 将会调用 C++ 的拷贝构造函数（不是常拷贝构造），dispose helper 则会调用析构函数。还一样的是，helpers 将会一样调用进两个支持函数中，对于对象和 block，参数值是一样的，都另外附带上 BLOCK_BYREF_CALLER (128) bit 的信息。#疑问：调用的这两个函数是啥？BLOCK_BYREF_CALLER 里究竟存的是什么？？
所以 __block copy/dispose helper 函数生成 flag 的值为：对象是 3，block 是 7，带 __weak 的是 16，并且一直有 128，有下面这么几种组合：
__block id 128+3 (0x83)
__block (^Block) 128+7 (0x87)
__weak __block id 128+3+16 (0x93)
__weak __block (^Block) 128+7+16 (0x97)
********************************************************/
//
// When Blocks or Block_byrefs hold objects then their copy routine helpers use this entry point
// to do the assignment.
// 当 block 和 byref 要持有对象时，它们的 copy helper 函数会调用这个函数来完成 assignment，
// 参数 destAddr 其实是一个二级指针，指向真正的目标指针
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];
********/
// 默认什么都不干，但在 _Block_use_RR() 中会被 Objc runtime 或者 CoreFoundation 设置 retain 函数，
// 其中，可能会与 runtime 建立联系，操作对象的引用计数什么的
_Block_retain_object(object);
// 使 dest 指向的目标指针指向 object
*dest = object;
break;
case BLOCK_FIELD_IS_BLOCK:
/*******
void (^object)(void) = ...;
[^{ object; } copy];
********/
// 使 dest 指向的拷贝到堆上object
*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];
********/
// 使 dest 指向的拷贝到堆上的byref
*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];
********/
// 使 dest 指向的目标指针指向 object
*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];
********/
// 使 dest 指向的目标指针指向 object
*dest = object;
break;
default:
break;
}
}
这里是对成员变量的类型进行了分类，如果是对象类型的，直接将对象的增加对象的引用计数，如果是Block类型，会对该Block也进行一次_Block_copy操作，如果是__block修饰的，会调用_Block_byref_copy。_Block_byref_copy的解析在下面。
__block
对于__block修饰的对象，底层会将其多封装一层。
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*);
NSObject *obj;
};
在对block内部操作，其根本是操作他的__forwarding->obj操作:
NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_qz_4pv2xnmd3g137rwtb0fpj2rr0000gn_T_OSBlockOriginFile_ce67cf_mi_1,(obj->__forwarding->obj));
(obj->__forwarding->obj) = __null;
在Block Copy的时候，__block修饰的对象或类型在拷贝的过程中会调用_Block_byref_copy进行拷贝。
// 1. 如果 byref 原来在堆上，就将其拷贝到堆上，拷贝的包括 Block_byref、Block_byref_2、Block_byref_3，
// 被 __weak 修饰的 byref 会被修改 isa 为 _NSConcreteWeakBlockVariable，
// 原来 byref 的 forwarding 也会指向堆上的 byref;
// 2. 如果 byref 已经在堆上，就只增加一个引用计数。
// 参数 dest是一个二级指针，指向了目标指针，最终，目标指针会指向堆上的 byref
static struct Block_byref *_Block_byref_copy(const void *arg) {
// arg 强转为 Block_byref * 类型
struct Block_byref *src = (struct Block_byref *)arg;
// 引用计数等于 0
if ((src->forwarding->flags & BLOCK_REFCOUNT_MASK) == 0) {
// src points to stack
// 为新的 byref 在堆中分配内存
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
// 新 byref 的 flags 中标记了它是在堆上，且引用计数为 2。
// 为什么是 2 呢？注释说的是 non-GC one for caller, one for stack
// one for caller 很好理解，那 one for stack 是为什么呢？
// 看下面的代码中有一行 src->forwarding = copy。src 的 forwarding 也指向了 copy，相当于引用了 copy
copy->flags = src->flags | BLOCK_BYREF_NEEDS_FREE | 4;
// 堆上 byref 的 forwarding 指向自己
copy->forwarding = copy; // patch heap copy to point to itself
// 原来栈上的 byref 的 forwarding 现在也指向堆上的 byref
src->forwarding = copy; // patch stack to point to heap copy
// 拷贝 size
copy->size = src->size;
// 如果 src 有 copy/dispose helper
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
// 取得 src 和 copy 的 Block_byref_2
struct Block_byref_2 *src2 = (struct Block_byref_2 *)(src+1);
struct Block_byref_2 *copy2 = (struct Block_byref_2 *)(copy+1);
// copy 的 copy/dispose helper 也与 src 保持一致
// 因为是函数指针，估计也不是在栈上，所以不用担心被销毁
copy2->byref_keep = src2->byref_keep;
copy2->byref_destroy = src2->byref_destroy;
// 如果 src 有扩展布局，也拷贝扩展布局
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);
// 没有将 layout 字符串拷贝到堆上，是因为它是 const 常量，不在栈上
copy3->layout = src3->layout;
}
// 调用 copy helper，因为 src 和 copy 的 copy helper 是一样的，所以用谁的都行，调用的都是同一个函数
(*src2->byref_keep)(copy, src);
}
else {
// Bitwise copy.
// This copy includes Block_byref_3, if any.
// 如果 src 没有 copy/dispose helper
// 将 Block_byref 后面的数据都拷贝到 copy 中，一定包括 Block_byref_3
memmove(copy+1, src+1, src->size - sizeof(*src));
}
}
// already copied to heap
// src 已经在堆上，就只将引用计数加 1
else if ((src->forwarding->flags & BLOCK_BYREF_NEEDS_FREE) == BLOCK_BYREF_NEEDS_FREE) {
latching_incr_int(&src->forwarding->flags);
}
return src->forwarding;
}
__block和Block类似，如果在栈区，会重新malloc一份，进行深拷贝操作，但这两个forwarding都会指向堆区的，如果已经在堆区，只会将其引用计数+1。
参考博客：
iOS八股文（十六）关于Block，你在第几层？