OC中block底层原理总结(上)

在OC中, 函数式编程是借由block实现的, 通过声明一个block, 类似于定义了一个“函数”, 再将这个block作为参数传递给调用的方法, 以此来实现对调用该方法时中间一些过程或者对结果处理的“自定义”,而其内部的其他环节完全不需要暴露给调用者。实际上, 调用者也根本不需要知道。

block在编程中很常用,了解block的本质能让你在使用的时候更加巧妙和安全!

一、block的本质结构

自定义一个block,然后使用命令行将该.m文件转成cpp代码,结果如图:

// 先用命令行cd到该文件目录下, 再执行下面命令行
xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m
block的本质结构.png
  1. block的本质是一个cpp结构体__main_block_impl_0,其中age是外部捕获的变量。
  2. block结构体中第一个成员是结构体__block_impl,成员有一个isa指针,这与对象类似;有一个FuncPtr指针, 指向的是block中具体的实现代码,block调用时会调用的FuncPtr指向的函数。
  3. block结构体中第二个成员是结构体__main_block_desc_0, 观其名,知道是描述block的。

将定义的block不断访问其superclass, 结果为:

__NSMallocBlock__ ->__NSMallocBlock-> NSBlock->NSObject ->null

由此可知block是一个最终继承于NSObject 的OC对象。

二、block的类型

oc中block有3种类型: __NSGlobalBlock____NSStackBlock____NSMallocBlock__ , (括号中的是生成的cpp代码中对应的命名)

block的3种类型及其数据结构.png

怎么确定自己定义的block是哪种类型?

auto局部变量:自动变量 ,离开作用域会自动销毁的,默认的局部变量就是auto变量,只不过可以省略。

确定block类型的方式.png

使用注意:

  1. __NSStackBlock__是存放在栈区,__NSMallocBlock__存放在堆区,栈block执行copy后会变成堆block。
  2. 对于__NSStackBlock__(栈block), 因为是存放在栈中,一个作用域结束后系统会出栈那部分数据,所以即使初始化的block被外部强引用着,超出了初始化block的那个作用域,你强引用的block会变成引用了一堆错乱的数据。
    (这点验证需要在MRC环境下验证,因为ARC环境下,系统会自动拷贝block。)
  3. ARC环境下会自动copy栈block为堆block的情况:
    1> block作为函数的返回值时
    2> 将block赋值给强指针
    3> block作为系统api参数时

各个类型的block在copy后的内存变化

block在copy后的内存变化.png

三、block的变量捕获方式

从上图block的结构体中可知,block中如果使用到外部的变量,会将变量捕获为block的成员。
那么block对于使用到的外部变量有什么规则呢?
经过代码测试,将变量归为3种:

1. auto局部变量:自动变量 ,离开作用域会自动销毁的,默认的局部变量就是auto变量,只不过可以省略。
2. static修饰的局部变量:只被初始化一次,下一次使用会依据上一次结果值。
3. 全局变量: 全局访问变量

block捕获变量规则

block捕获变量规则.png

变量被捕获后的使用注意:
1、auto变量:在被block捕获后修改不会影响到block中对应变量的值。
2、static变量:block中和外部的值始终是一致的,一个地方改了另一个地方使用时就是新值。
3、全局变量:不会被捕获,在block中是直接使用。

如果block捕获的是对象类型的auto变量block内部结构会发生的变化
声明一个oc对象类型auto变量,在block中引用这个变量,此时变量会被捕获到block结构体中。使用命令行查看cpp代码

xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc -fobjc-arc -fobjc-runtime=ios-8.0.0 main.m

从生成的cpp文件中,可以查看到block结构体的变化

  1. 捕获变量有__strong__weak之分, 如下是block引用强指针和弱指针的auto变量时结构体。
struct __main_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __main_block_desc_0* Desc;
  int age;
  NSString *__strong str;
  NSString *__weak weakStr;
};
  1. 查看__block_impl__main_block_desc_0两个成员,发现后者与引用基本数据类型auto变量对比多了copy和dispose两个函数指针,两个函数管理着引用对象的内存。
static struct __main_block_desc_0 {
  size_t reserved;
  size_t Block_size;
  void (*copy)(struct __main_block_impl_0*, struct __main_block_impl_0*);
  void (*dispose)(struct __main_block_impl_0*);
}
  1. 对比没有引用对象类型auto变量的block生成的cpp代码发现, block的成员__main_block_desc_0结构体不会有copy和dispose两个函数指针,并且指针指向的函数定义也不会生成。

  2. 结论:

如果block中引用的是对象类型的auto变量,那么当block拷贝到堆区和block销毁时会对引用的变量进行内存管理。

  1. block拷贝到堆区时,会调用block中__main_block_desc_0结构体的成员copy指向的函数,根据auto变量的修饰符__strong__weak对对象进行相应操作。
  2. block销毁时,会调用block中__main_block_desc_0结构体的成员dispose指向的函数,进行引用解除操作。

关于OC中block内部修改捕获变量的值、block循环引用的本质请查看
OC中block底层原理总结(下)

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