iOS底层原理 - 探寻block本质 之 copy

面试题引发的思考：

Q: block的属性修饰词为什么是copy?

  • 如果block是在栈上，将不会对auto变量产生强引用；
  • 如果block被copy到堆上：
    1> 会调用block内部的copy函数；
    2> copy函数内部会调用_Block_object_assign函数；
    3> _Block_object_assign函数会根据auto变量的修饰符(__strong，_weak)做出相应的操作，形成强引用、弱引用(仅限于ARC时会retain，MRC时不会)。
  • 如果block从堆上移除：
    1> 会调用block内部的dispose函数；
    2> dispose函数内部会调用_Block_object_dispose函数；
    3> _Block_object_dispose函数会自动释放引用的auto变量，类似于release。

对象类型的auto变量

iOS底层原理 - 探寻block本质（一）中介绍到block底层原理以及block的变量捕获，那么block对对象类型变量的捕获同对基本数据类型变量的捕获是否相同？

(1) 栈空间、堆空间的强引用、弱引用

Q: 首先查看一下代码，block访问对象类型变量时，对象何时销毁？

// TODO: -----------------  Person类  -----------------
@interface Person : NSObject
@property (nonatomic, assign) int age;
@end

@implementation Person
- (void)dealloc {
    NSLog(@"------------ Person - dealloc");
}
@end

// TODO: -----------------  main  -----------------
typedef void (^Block)(void);

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

// 打印结果
Demo[1234:567890] ------------ 外部 
Demo[1234:567890] ------------ Person - dealloc

由打印结果可知：
大括号执行完毕，person没有被释放。
而person对象是在大括号内声明的局部变量，它的生命周期仅限于这个大括号内，打印结果是什么原因造成的？

上篇文章介绍到：person是auto变量，person会被捕获到block内部，即block对person进行强引用； 那么block销毁之前，person是不会被销毁的。

查看源码，符合我们的结论。

强指针引用

下面我们进入MRC环境：

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

// 打印结果
Demo[1234:567890] ------------ Person - dealloc
Demo[1234:567890] ------------ 外部

由打印结果可知：
大括号执行完毕，person被释放。
原因是：在MRC环境下，block访问auto变量，会在栈空间，不会对person进行强引用。

对block进行copy操作，person没有被释放

// MRC环境
int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        Block block;
        {
            Person *person = [[Person alloc] init];
            person.age = 10;
            block = [^{
                NSLog(@"------------ 内部 %d", person.age);
            } copy];
            [person release];
        }
        // 执行完毕，person没有被释放
        NSLog(@"------------ 外部");
        // 需要block销毁掉，person才会被释放
        [block release];
    }
    return 0;
}

// 打印结果
Demo[1234:567890] ------------ 外部 
Demo[1234:567890] ------------ Person - dealloc

由打印结果可知：
大括号执行完毕，person没有被释放。
原因是：对栈空间的block进行copy操作，将栈空间的block拷贝到堆中，会对person进行强引用；
堆空间的block可能会对person进行一次retain操作，保证person不被销毁，堆空间的block销毁之后会对person进行release操作。

总结可知：堆区的block对person对象有强引用作用，栈空间的block对person对象没有强引用作用。

(2) 关键字__weak

切回ARC环境，执行下列代码：

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        Block block;
        {
            Person *person = [[Person alloc] init];
            person.age = 10;

            __weak Person *weakPerson = person;
            block = ^{
                NSLog(@"------------ 内部 %d", weakPerson.age);
            };
        }
        // 执行完毕，person没有被释放
        NSLog(@"------------ 外部");
    }
    return 0;
}

// 打印结果
Demo[1234:567890] ------------ Person - dealloc
Demo[1234:567890] ------------ 外部

将代码转化成C++，_weak修饰变量，需要告知编译器使用ARC环境及版本号：
xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc -fobjc-arc -fobjc-runtime=ios-8.0.0 main.m

__weak修饰变量

由源码可知：_weak修饰的变量，在生成的__main_block_impl_0中也是使用_weak修饰。
所以对person对象是弱引用，不能改变person对象的生命周期。

(3) _main_block_copy_0函数和 __main_block_dispose_0函数

block捕获对象类型的变量时__main_block_impl_0内部结构体__main_block_desc_0中多了copy函数和dispose函数两个参数：

__main_block_copy_0、__main_block_dispose_0函数

copy函数和dispose函数中传入的都是__main_block_impl_0结构体本身。

a> copy函数本质是__main_block_copy_0函数，其内部调用_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。

b> dispose函数本质是__main_block_dispose_0函数，其内部调用_Block_object_dispose函数；
_Block_object_dispose函数传入的参数是person对象，以及8。

1> _Block_object_assign函数

block进行copy操作的时候就会自动调用__main_block_desc_0内部的__main_block_copy_0函数；
__main_block_copy_0函数内部会调用_Block_object_assign函数；
_Block_object_assign函数会自动根据__main_block_impl_0结构体内部的person的指针类型，对person对象产生强引用或者弱引用。

2> _Block_object_dispose函数

当block从堆中移除时就会自动调用__main_block_desc_0中的__main_block_dispose_0函数；
__main_block_dispose_0函数内部会调用_Block_object_dispose函数；
_Block_object_dispose会对person对象做释放操作，类似于release，即断开对person对象的引用，而person究竟是否被释放还是取决于person对象自己的引用计数。

总结可知：

当block内部访问了对象类型的auto变量时：

  • 如果block是在栈上，将不会对auto变量产生强引用；
  • 如果block被拷贝到堆上：
    1> 会调用block内部的copy函数；
    2> copy函数内部会调用_Block_object_assign函数；
    3> _Block_object_assign函数会根据auto变量的修饰符(__strong，_weak)做出相应的操作，形成强引用，弱引用。
  • 如果block从堆上移除：
    1> 会调用block内部的dispose函数；
    2> dispose函数内部会调用_Block_object_dispose函数；
    3> _Block_object_dispose函数会自动释放引用的auto变量，类似于release。

(4) 以下几个示例中person都在何时销毁？

1> 示例一：
- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event {
    Person *person = [[Person alloc] init];

    dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(3.0 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
        NSLog(@"------------ %@", person);
    });
    NSLog(@"------------ touchesBegan");
}
打印结果

打印结果显示：block执行完毕后person对象销毁。

由iOS底层原理 - 探寻block本质（一）可知：
ARC环境中，block作为GCD API的方法参数时会自动进行copy操作，将block复制到堆上，所以block内部copy函数会对person进行强引用。

当block执行完毕需要销毁时，调用dispose函数释放对person对象的引用，person没有强指针引用时会被销毁。

2> 示例二：
- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event {
    Person *person = [[Person alloc] init];

    __weak Person *weakPerson = person;
    dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(3.0 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
        NSLog(@"------------ %@", weakPerson);
    });
    NSLog(@"------------ touchesBegan");
}
打印结果

打印结果显示：person对象先销毁，然后执行block，打印为null。

block对weakPerson为__weak弱引用，所以block内部copy函数会对person进行弱引用。
当touchesBegan: withEvent:执行完毕时，person没有强指针引用时会被销毁，所以block执行时打印null。

3> 示例三：
- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event {
    Person *person = [[Person alloc] init];

    __weak Person *weakPerson = person;
    dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(1.0 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
        NSLog(@"------------1 %@", person);
        dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(2.0 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
            NSLog(@"------------2 %@", weakPerson);
        });
    });
    NSLog(@"------------ touchesBegan");
}
打印结果

打印结果显示：外层block执行完毕后，即1秒后person对象销毁，然后执行内层block，即3秒后打印为null。

外层block对person进行强引用，内层block对person进行弱引用。
当外层block执行完毕时，person有强指针引用；然后内层block执行时person没有强指针会被销毁，所以内层block执行时打印null。

4> 示例四：
- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event {
    Person *person = [[Person alloc] init];

    __weak Person *weakPerson = person;
    dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(1.0 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
        NSLog(@"------------1 %@", weakPerson);

        dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(2.0 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
            NSLog(@"------------2 %@", person);
        });
    });
    NSLog(@"------------ touchesBegan");
}
打印结果

打印结果显示：外层block执行完毕后，然后执行内层block，3秒后person对象销毁。

外层block对person进行弱引用，内层block对person进行强引用。
而person的强引用何时结束，person何时dealloc，所以3秒后person对象才销毁。

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