第三十六节—Block(三)

本文为L_Ares个人写作，以任何形式转载请表明原文出处。

准备

1. libclosure源码

libclosure-73源码文件

2. block的.cpp文件

clang获取存在block的.cpp文件的方法在上一篇文中有专门的教程。

一、关于全局Block

前两节中，我们已经了解了常用的Block的3种常见的分类，也知道了全局Block如果捕获了外界变量的话，就会从全局Block变成栈Block。

其实对于Block的类型判断是由编译器进行分辨的，在编译期的时候 :

1. 如果Block并未进行捕获外界变量的操作，那么Block就会被认为是NSGlobalBlock。
2. 对于带有参数的Block，参数不属于外界变量，属于Block的内部变量，所以类型也是NSGlobalBlock。
3. 当Block对外界变量进行了捕获之后，编译器会对Block的类型判断变成NSStackBlock。
4. 对Block是否是全局变量的判断，会存储在Block的结构体属性flags中，在其第28位上。
5. 编译器不会对NSGlobalBlock主动做copy操作，即使开发者手动对NSGlobalBlock进行copy方法的调用，NSGlobalBlock也不会发生类型的改变。

二、栈Block变成堆Block的源码解析

在上面，我们已经知道了，全局Block也就是NSGlobalBlock和堆、栈的Block是的区分条件手段 :

编译器的在编译期就通过对Block是否捕获外界变量进行区分。

而对于捕获外界变量的栈和堆Block，在上一节的Block内存变化中，已经通过汇编的分析，知道了一个条件 :

在声明Block的时候，会通过objc_retainBlock的_Block_copy将NSStackBlock变成NSMallocBlock。

那么这里就会通过libclosure源码探索一下_Block_copy的实现思路。

操作 :

在准备好的libclosure源码中全局搜索_Block_copy，找到其在runtime.cpp文件中的函数实现。

结果 :

图2.0.1.png

结论 :

对于Block的自身从栈区拷贝到堆区 :

1. Block块的复制首先要把需要被复制的Block转成Block的本质结构Block_layout结构体。
2. 然后判断Block块的类型属性

• 如果已经是堆Block了，那么只利用自身的引用计数管理，改变Block的flags中的第2位BLOCK_REFCOUNT_MASK就可以。
• Block的引用计数管理是自己进行管理，不实用runtime底层的引用计数方式。
• 如果是全局Block，则不发生任何的拷贝，直接返回原Block。
• 如果是栈Block，则在堆区申请一块和原来栈Block内存大小一样的内存，利用位拷贝，将栈Block块整体的拷贝到堆区，保证堆Block和栈Block的数据完全一致。
• 并且重置引用计数为1，为了让内存工具可以看到完整正确的Block信息，最后才将Block的isa指向NSMallocBlock类。

三、Block捕获的外界变量的copy

在上面，我们已经知道了Block块是如何从栈区拷贝到堆区的，在上面的图2.0.1中，可以找到Block的isa、flags、invoke都很明显的进行了从栈区到堆区的拷贝，那么除了一个保留值reserved，还有一个Block的描述并没有明显的进行拷贝而是调用了_Block_call_copy_helper。

对于被Block捕获的外界变量也需要随Block一起拷贝到堆区，才能保证外界变量的生命周期在Block内部得以延长，也就是说，_Block_call_copy_helper的这一步就代表着要对已然存储在栈Block上的外界变量copy到堆Block上。

问题 :

Block捕获的外界变量是如何随着栈区Block拷贝到堆区Block上的？

已知条件 :

_Block_call_copy_helper的调用会让Block捕获的外界变量随着栈区Block一起拷贝到堆区Block上。

操作 :

逐步进入_Block_call_copy_helper的实现，找到和copy相关的线索。

结果 :

由已知条件可知思路 :

1. 从Block的构造函数找到descriptor2的赋值。
2. 从descriptor2找到被Block捕获的外界变量是如何随着Block一起拷贝到堆上的。

进行探索 :

操作1 :

1. 创建一个iOS的Project。
2. 在main.m文件中直接写入以下代码。
3. 通过clang将main.m文件编译成main.cpp文件，进度条拉到最后，查看__block的c++实现。
4. 删除掉main函数中无关的代码，删除强转，只保留Block相关的代码。

• main.m代码 :

#import 
#import "AppDelegate.h"

int main(int argc, char * argv[]) {
    NSString * appDelegateClassName;
    @autoreleasepool {
        // Setup code that might create autoreleased objects goes here.
        appDelegateClassName = NSStringFromClass([AppDelegate class]);
        
        //这里不要直接用jd_name = @"JD"
        //要用[NSString stringWithFormat:@"JD"]，否则clang未必能编译成功
        __block NSString *jd_name = [NSString stringWithFormat:@"JD"];
        void(^jd_block)(void) = ^{
            jd_name = @"eason";
            NSLog(@"%@",jd_name);
        };
        jd_block();
    }
    return UIApplicationMain(argc, argv, nil, appDelegateClassName);
}

• clang命令，这里注意，main.m的代码中明显的有框架的使用，直接用以前的clang命令是无法编译到框架的，所以clang指令会变成下面的 :

xcrun -sdk  iphonesimulator clang -rewrite-objc main.m

结果1 :

图3.0.1.png

操作2 :

搜索Block构造函数的第二个参数__main_block_desc_0_DATA。

结果2 :

图3.0.2.png

操作3 :

搜索__main_block_desc_0_DATA的属性值__main_block_copy_0和__main_block_dispose_0。

结果3 :

图3.0.3.png

发现拷贝辅助函数，也就是Block_descriptor_2存储的是对__block修饰的外界变量进行assign和dispose的函数——_Block_object_assign()和_Block_object_dispose()。

操作4 :

在libclosure源码中搜索_Block_object_assign。找到拷贝辅助函数的实现。

结果4 :

图3.0.4.png

操作4.1 :

首先，看一下拷贝辅助函数的switch条件，也就是BLOCK_ALL_COPY_DISPOSE_FLAGS是什么。

结果4.1 :

enum {
    BLOCK_ALL_COPY_DISPOSE_FLAGS = 
        BLOCK_FIELD_IS_OBJECT | BLOCK_FIELD_IS_BLOCK | BLOCK_FIELD_IS_BYREF |
        BLOCK_FIELD_IS_WEAK | BLOCK_BYREF_CALLER
};

enum {
    BLOCK_FIELD_IS_OBJECT   =  3,
    BLOCK_FIELD_IS_BLOCK    =  7,
    BLOCK_FIELD_IS_BYREF    =  8,
    BLOCK_FIELD_IS_WEAK     = 16,
    BLOCK_BYREF_CALLER      = 128
}

1.BLOCK_FIELD_IS_OBJECT = 3: 对象
2.BLOCK_FIELD_IS_BLOCK = 7: 普通变量
3.BLOCK_FIELD_IS_BYREF = 8: __block修饰的结构体
4.BLOCK_FIELD_IS_WEAK = 16: __weak修饰的变量
5.BLOCK_BYREF_CALLER = 128: 处理Block_byref结构体内部对象的内存的时候添加的额外标记，要配合上面的枚举一起使用到

操作4.2 :

查看Block捕获对象的时候，是如何进行拷贝的。也就是图3.0.5中_Block_retain_object的实现。

结果4.2 :

图3.0.5.png

操作4.3 :

查看Block捕获普通变量的时候，是如何进行拷贝的。也就是图3.0.5中的_Block_copy的实现。

结果4.3 :

在上面的二、栈Block变成堆Block的源码解析 中已经介绍过了。

操作4.4 :

查看Block捕获经__block修饰的变量的时候，是如何进行拷贝的。

结果4.4 :

图3.0.6

操作5 :

这里继续对__block修饰的变量进行拷贝的实现的探索。进入_Block_byref_copy的实现。

结果5 :

图3.0.7.png

Tips :

还记得上一节提到的，__block修饰的变量，在Block函数内部可以进行修改的原因是指针的copy，而指针则必然指向变量的值所在的地址，更改的是这个地址上的值。那么这个地址上的数据也要跟随Block从栈拷贝到堆才对。

操作6 :

1. 在汇编的.cpp文件中找到__Block_byref_jd_name_0结构体。
2. 然后在libclosure中找到Block_byref结构体。

结果6 :

图3.0.8.png

可以看到，Block捕获的外界变量在汇编后被转为的结构体的本质就是Block_byref结构体。它的结构设计和Block块的结构设计是及其类似的。

操作7 :

1. 根据图3.0.7和图3.0.8，在图3.0.7中，发现了这样一步调用(*src2->byref_keep)(copy, src);，在图3.0.8中，可以知道byref_keep函数是__Block_byref_id_object_copy。
2. 在.cpp中搜索__Block_byref_id_object_copy函数的实现。

结果7 :

图3.0.9.png

操作8 :

1. 可以看到，对Block_byref结构体中的NSString *jd_name的copy还是利用图3.0.4中的方法，并且这次走的是第一个case，也就是BLOCK_FIELD_IS_OBJECT的copy。原因很简单，看画红框的+40，就是让Block_byref结构体的指针偏移40字节。而Block_byref结构体指针偏移40字节就是NSString *jd_name;的地址。
2. 所以，这一步就完成了__block捕获的外界变量的copy操作。

结果8 :

图3.0.10.png

四、总结

1. 全局Block和堆栈Block的区分是编译器在编译期做出的判断

• 没有捕获外界变量的Block和定义在全局区的Block都是全局Block。
• 捕获了外界变量的Block是栈Block。
• 为了延长栈Block中的捕获到的外界变量的生命周期，防止操作系统的自动释放，所以将栈Block拷贝到堆Block，并把栈Block的指针指向堆Block，这样更稳定、更安全。

2. 栈Block拷贝到堆Block是调用了_Block_copy函数，将整个Block块拷贝到堆上。
3. 堆Block拥有引用计数，并且由Block的flags属性进行记录管理，不使用runtime底层的引用计数管理。
4. 对于Block捕获外界变量，分为两种情况，一种是没有__block修饰的外界变量。一种是有__block修饰的外界变量。无论是否有__block的修饰，它们的共同点都是可能会利用存储在descriptor2中的拷贝辅助函数，将存储在栈Block上的外界变量拷贝到堆Block上。

• 4.1 对于没有__block修饰的外界变量
  • 就当作是对象进行拷贝，外界变量的引用计数依然是runtime进行管理。
  • 调用的是_Block_object_assign函数。
• 4.2 对于拥有__block修饰的外界变量
  • 需要两次复制，先进行外界变量的结构体的copy，也就是Block_byref对象的拷贝。
  • 再利用Block_byref结构体中的拷贝辅助函数，对外界变量结构体中真正的外界变量进行copy。
  • 调用的也是_Block_object_assign函数。