iOS全解1-2:Block 详解


二、Block

什么是block:带有自动变量的匿名函数。(自动变量 = 局部变量 = 临时变量)

类似于其他编程语言中的闭包(Closure)
block本质上是一个:OC对象,它内部也有个isa指针
block是封装了:函数调用以及函数调用环境的OC对象

使用场景
__block:需要在块内修改外部变量时使用。
内存管理:__block 修饰的变量会被块强引用,因此可能会导致循环引用。

__weak:打破循环引用,尤其是在块内引用 self 时。
内存管理:__weak 修饰的变量不会增加引用计数,对象释放时会自动置为 nil。



Block 的原理

  1. Block 的结构(和类的结构相似)
    Block 在底层是一个结构体,包含了以下信息:
    -isa 指针:指向 Block 的类型信息,表明它是一个 Block 对象。
    -flags:用于存储 Block 的一些标志位,比如是否有捕获的变量、是否是全局 Block 等。
    -reserved:保留字段,暂时未使用。
    -invoke:指向 Block 实际执行代码的函数指针。
    -descriptor:描述 Block 的元信息,比如 Block 的大小、捕获的变量等。
    -captured variables:Block 捕获的外部变量。


回顾一下C语言函数中可能使用的变量:
  • 自动变量
  • 函数的参数
  • 静态变量(静态局部变量)
  • 静态全局变量
  • 全局变量

其中,在函数中多次调用之间能够传递值的变量有:
-静态变量(静态局部变量)
-静态全局变量
-全局变量

虽然这些变量的作用域不同,但是再整个程序中,一个变量总保持在一个内存区域中。因此,虽然对此调用函数,但是改变量值总能保持不变,在任何时候以任何状态调用,使用的同样的变量值。

Block语法:

^ int (int count ){ }
^ 返回值 (参数){表达式}

Block变量:

int (^ blockName )(int)
返回值 (^ 变量名 ) (参数)

Block声明与定义

typedef   int (^ blockT )(int)
blockT block1 = ^(int count ){ return 0; }

源码:
struct __Block_byref_val_0 {
  void *__isa;  //结构体指针:表名block是一个对象
 int __flags; //标识
 int __size;  //内存大小
 int val; //捕获的成员变量
};

1、栈区:由编译器自动分配释放,存储:\color{RoyalBlue}{\small 局部变量Var、函数参数-Parameter 、返回地址} 等。
2、堆区:允许程序在运行时动态地申请某个大小的内存。一般由程序员分配释放,若程序员不释放,则可能会引起内存泄漏。
存储:动态分配的 \color{SteelBlue}{\small 对象和数据}

Block能截获:变量值/对象,不能改变只能使用。

默认情况下会将栈上变量的值 复制 到 Block 的结构体中: 「只读」
因为在block中生成了新的局部变量。如下案例(伪代码):

int age = 18;
blockT  block1 = ^(int count ){ 
  const var age = 18;
 return 0; 
}
Block改变外部变量:
  1. 使用 静态变量、静态全局变量、全局变量(直接使用值,没有指针拷贝,值传递
  2. _ _block的作用:能捕获并持有外部变量(指针传递
  3. 当使用 __block 修饰变量时,编译器会将该变量包装成一个特殊的结构体,并将该结构体的指针传递给 Block。

_ _block:不仅仅拷贝了自动变量,还拷贝了自动变量的指针(到堆上)。
__forwarding:指向改实例自身的指针

struct __Block_byref_val_0 {
  void *__isa; 
__Block_byref_val_0 *__forwarding; //指针也成了成员变量
 int __flags;
 int __size;
 int val; //捕获的成员变量
};
image.png

Block:栈上Block的结构体实例。
_ block:栈上 _block变量的结构体实例。

分类:
  1. _NSConcreteStackBlock:栈Block,超出变量作用区销毁。
  2. _NSConcreteMallocBlock:堆Block,超出变量作用域仍然能使用,需要手动释放。
  3. _NSConcreteGlobalBlock:全局Block,不捕捉任何外部变量,块中无任何外界对象,全部信息在编译器就已确定。
    (与全局变量一样,设置在程序的数据区域:data区)

应用程序的内存分配

内存分配 Block分类 复制效果
程序的区域:.text区
数据的区域:.data区 _NSConcreteGlobalBlock 什么也不做
_NSConcreteMallocBlock 引用计数增加
_NSConcreteStackBlock 从栈复制到堆

变量的作用域结束时:栈上的_ block变量 和 Block也被废弃。复制到堆上的 _block变量和Block 则不受影响。

若多个Block对象同时拥有同一__block变量,则当Block被复制到堆上时,__block变量只会在第一次时被复制到堆,其余只会增加堆__block的引用计数。

调用:copy 和 dispose函数
函数 调用时机
copy函数 栈上的Block复制到堆
dispose函数 堆上的Block被废弃时
总结:

1.在Block中可以通过_block变量来改变传入Block中的变量值,_block变量其实是一个_block结构体对象。

2.在适当情况时,Block变量会被拷贝到堆上,使Block变量超出其作用域仍然能够被访问,同时,Block变量中的__block变量也被拷贝到堆上。

3.在栈和堆上的_block变量通过_forwarding指针来保证是对同一个_block变量进行操作。

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前面说到,__block变量会随着Block对象复制到堆上,那么就可能出现__block变量在内存中的两份拷贝:一份在堆上,另一份在栈上。如下代码所示的情况:

__block int val = 0;
void (^blk)(void) = [^{ ++val;} copy]; //copy方法复制Block到堆上,同时__block变量也被复制到堆
++val;  //栈上的val加加
blk();  //堆上的val加加
NSLog(@"%d", val); //输出2

代码分别对栈上的val与堆上的val进行了操作,按说这应当是两个不同的结构体变量,但最终的结果却显示似乎是对同一个val进行了两次++操作?这是怎么实现的呢?

原来是__block变量的_forwarding指针的作用,当__block变量由栈拷贝到堆上时,栈上的_forwarding指针会指向堆上的变量,这样通过操作_forwarding指针,实现了对同一个变量的操作。


image.png

Block的循环引用

如果在Block中使用附有_ _strong修饰的对象类型自动变量,那么当Block从栈复制到堆上时,该对象被Block持有。这样容易造成循环引用。
即:对象持有 Block,Block持有 self对象本身,造成循环引用。
解决方法:
1、使用 _ _weak修饰self,对对象弱引用。
2、使用 _ _block修饰self 的临时变量tmp,tmp使用完置为nil。

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