ios底层原理-代码块(block)的本质（一）

问题

1.什么是block,block的本质是什么？
2.block的属性修饰词为什么是copy？使用block有哪些使用注意？
3.block为什么会发生循环引用?
4.block的变量捕获究竟是怎样进行的？
5.block在修改NSMutableArray，需不需要添加__block？
6.__block和__weak的作用是什么？有什么使用注意点？
7.block中访问的对象和变量什么时候会销毁？

让我们带着这一系列问题,开始探寻block的本质

1.什么是block,block的本质是什么

block本质上也是一个对象,而这个对象是一个结构体，其内部含有一个isa指针指向自己的类。
block是封装了函数调用以及函数调用环境的OC对象。
block是封装函数及其上下文的OC对象。

首先写一个简单的block

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        int age = 10;
        void(^block)(int ,int) = ^(int a, int b){
            NSLog(@"this is block,a = %d,b = %d",a,b);
            NSLog(@"this is block,age = %d",age);
        };
        block(3,5);
    }
    return 0;
}

使用命令行将代码转化为c++查看其内部结构
xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m

struct __block_impl {
  void *isa;
  int Flags;
  int Reserved;
  void *FuncPtr;
};
struct __main_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __main_block_desc_0* Desc;//描述block的信息
  int age;
// 构造函数（类似于OC的init方法），返回结构体对象
  __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, int _age, int flags=0) : age(_age) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp; //block内代码地址
    Desc = desc;  // 储存block对象占用的大小
  }
};
// 封装了block执行逻辑的函数
static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself, int a, int b) {
  int age = __cself->age; // bound by copy

            NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_kz_2rvx1kjx5p75z7v2crt0nw8h0000gn_T_main_6253a2_mi_0,a,b);
            NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_kz_2rvx1kjx5p75z7v2crt0nw8h0000gn_T_main_6253a2_mi_1,age);
        }

static struct __main_block_desc_0 {
  size_t reserved;
  size_t Block_size;
} __main_block_desc_0_DATA = { 0, sizeof(struct __main_block_impl_0)};
int main(int argc, char * argv[]) {
    /* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool; 
        int age = 10;
        // 定义block变量以及实现
        void(*block)(int , int) = ((void (*)(int, int))&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, age));
         // 执行block内部的代码
        ((void (*)(__bloc k_impl *, int, int))((__block_impl *)block)->FuncPtr)((__block_impl *)block, 3, 5);


        return 0;
    }

}

Block源码

从定义和实现block变量开始

        // 定义block变量
        void(*block)(int , int) = ((void (*)(int, int))&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, age));

抛开无关紧要的代码，block除了传入两个int的参数还调用了__main_block_impl_0这个函数，并将函数的地址赋值给了block，于是找到方法的定义

__main_block_imp_0结构体

struct __main_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __main_block_desc_0* Desc;
  int age;
  __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, int _age, int flags=0) : age(_age) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp; //block内代码地址
    Desc = desc;  // 储存block描述
  }
};

观察结构体内，有2个结构体变量和1个基本变量，同时还有一个构造函数，而我们上面block实现传入的函数不正是这个函数吗？
而这个函数最终返回的不就是一个名为__main_block_impl_0的结构体呀

那么也就是说最终将一个__main_block_imp_0结构体的地址赋值给了block变量

所以我们需要看一看这个__main_block_imp_0结构体里到底有什么猫腻？仔细一看，哇、美滋滋，只有4个参数 void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, int _age, int flags=0。
再看看block实现的时候调用__main_block_imp_0函数传入了什么(void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, age。居然只有三个参数，很好nice，说明flags默认传的0基本与我们没有和什么关系，继续看第一个参数__main_block_func_0这就是我们的fp呀看看__main_block_func_0中有些什么。

flags，标志变量，在实现block的内部操作时会用到

static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself, int a, int b) {
  int age = __cself->age; // bound by copy

            NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_kz_2rvx1kjx5p75z7v2crt0nw8h0000gn_T_main_6253a2_mi_0,a,b);
            NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_kz_2rvx1kjx5p75z7v2crt0nw8h0000gn_T_main_6253a2_mi_1,age);
        }

在__main_block_func_0函数中首先取出block中age的值，紧接着可以看到两个熟悉的NSLog，可以发现这两段代码恰恰是我们在block块中写下的代码。
那么__main_block_func_0函数中其实存储着我们block中写下的代码。而__main_block_impl_0函数中传入的是(void *)__main_block_func_0，也就说将我们写在block块中的代码封装成__main_block_func_0函数，并将__main_block_func_0函数的地址传入了__main_block_impl_0的构造函数中保存在结构体内。
也就是说我们的fp就是__main_block_func_0函数的地址。

而这个时候我们再回到__main_block_imp_0结构体的构造函数。

struct __main_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __main_block_desc_0* Desc;
  int age;
  __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, int _age, int flags=0) : age(_age) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp; //block内代码地址
    Desc = desc;  // 储存block描述
  }
};

这个魂淡居然把我们的block实现地址传给了impl的FunctionPtr，找到impl的定义，居然又是一个结构体__block_impl，好的，忍它一次，点进去。

struct __block_impl {
  void *isa;
  int Flags;
  int Reserved;
  void *FuncPtr;
};

简单，又是2个清爽的成员变量和2个清爽的指针变量，到了这里我只知道flags是系统传的我不管，然后我block的实现地址传给了FuncPtr，还有两个参数是什么东东呢？
此时此刻我们看着isa这个指针不就是指向所属类的指针，也就是block的类型吗
但是__main_block_impl_0构造函数传的是&_NSConcreteStackBlock这个东东，这个东东又是什么👻？哇好蒙蔽，这都不知道是哪里传过来的，不要怕点进去看

__OBJC_RW_DLLIMPORT void *_NSConcreteStackBlock[32];

德玛西亚，这个block其实就是当前类所属的指针的地址，只是苹果对它做了堆栈的处理。

而Reserved这个只是保留变量而已

总结一下：

isa，指向所属类的指针，也就是block的类型
flags，标志变量，在实现block的内部操作时会用到
Reserved，保留变量
FuncPtr，block执行时调用的函数指针
可以看出，它包含了isa指针（包含isa指针的皆为对象），也就是说block也是一个对象(runtime里面，对象和类都是用结构体表示)。

此时此刻 __main_block_func_0函数的地址我们已经看吃透了，看__main_block_imp_0的第二个参数&__main_block_desc_0_DATA点进去看是一个__main_block_desc_0结构体

static struct __main_block_desc_0 {
  size_t reserved;
  size_t Block_size;
} __main_block_desc_0_DATA = { 0, sizeof(struct __main_block_impl_0)};

它也传入了2个参数，reserved系统传了0，而Block_size传入的不正是当前block的size大小吗，又是苹果最喜欢的内存处理，这也是ios的魅力所在呀。

到了这里block的定义和实现已经走完了，可是还没有调用呀？

block的调用

// 执行block内部的代码
((void (*)(__block_impl *, int, int))((__block_impl *)block)->FuncPtr)((__block_impl *)block, 3, 5);

通过上述代码可以发现调用block是通过block找到__block_impl的FunPtr直接调用
通过上面分析我们知道block指向的是__main_block_impl_0类型结构体，但是我们发现__main_block_impl_0结构体中并不直接就可以找到FunPtr，而FunPtr是存储在__block_impl中的，为什么block可以直接调用__block_impl中的FunPtr呢？

重新查看上述源代码可以发现，(__block_impl *)block将block强制转化为__block_impl类型的，因为__block_impl是__main_block_impl_0结构体的第一个成员，相当于将__block_impl结构体的成员直接拿出来放在__main_block_impl_0中，那么也就说明__block_impl的内存地址就是__main_block_impl_0结构体的内存地址开头。所以可以转化成功。并找到FunPtr成员。

static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself, int a, int b) {
  int age = __cself->age; // bound by copy

            NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_kz_2rvx1kjx5p75z7v2crt0nw8h0000gn_T_main_6253a2_mi_0,a,b);
            NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_kz_2rvx1kjx5p75z7v2crt0nw8h0000gn_T_main_6253a2_mi_1,age);
        }

上面我们知道，FunPtr中存储着通过代码块封装的函数地址，那么调用此函数，也就是会执行代码块中的代码。并且回头查看__main_block_func_0函数，可以发现第一个参数就是__main_block_impl_0类型的指针。也就是说将block传入__main_block_func_0函数中，便于重中取出block捕获的值。

总结：

block结构体内部之间的关系

block结构体内部之间的关系
block底层的数据结构

block底层的数据结构

此时此刻你以为结束了吗？
nonono
look

block的类型

block分为三种类型

__NSGlobalBlock__ （ _NSConcreteGlobalBlock ）
__NSStackBlock__ （ _NSConcreteStackBlock ）
__NSMallocBlock__ （ _NSConcreteMallocBlock ）

纳尼，这不是我们刚刚__main_block_impl_0中的impl的isa指向的&_NSConcreteStackBlock的类型吗？

struct __main_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __main_block_desc_0* Desc;
  int age;
  __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, int _age, int flags=0) : age(_age) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp; //block内代码地址
    Desc = desc;  // 储存block描述
  }
};

不管那么多写段代码打印一下
我们通过代码用class方法或者isa指针查看具体类型。

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        auto int a = 10;
        static int b = 11;
        void(^block)(void) = ^{
            NSLog(@"hello, a = %d, b = %d", a,b);
        };

        NSLog(@"%@", [block class]);
        NSLog(@"%@", [[block class] superclass]);
        NSLog(@"%@", [[[block class] superclass] superclass]);
        NSLog(@"%@", [[[[block class] superclass] superclass] superclass]);
    }
    return 0;
}

打印内容

从上述打印内容可以看出block最终都是继承自NSBlock类型，而NSBlock继承于NSObjcet。那么block其中的isa指针其实是来自NSObject中的。这也更加印证了block的本质其实就是OC对象

通过代码查看一下block在什么情况下其类型会各不相同

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        // 1. 内部没有调用外部变量的block
        void (^block1)(void) = ^{
            NSLog(@"Hello");
        };
        // 2. 内部调用外部变量的block
        int a = 10;
        void (^block2)(void) = ^{
            NSLog(@"Hello - %d",a);
        };
        // 3. 直接调用的block的class
        NSLog(@"%@ %@ %@", [block1 class], [block2 class], [^{
            NSLog(@"%d",a);
        } class]);
    }
    return 0;
}

打印内容

上述代码转化为c++代码查看源码时却发现block的类型与打印出来的类型不一样，c++源码中三个block的isa指针全部都指向_NSConcreteStackBlock类型地址。
我们可以猜测runtime运行时过程中也许对类型进行了转变。最终类型当然以runtime运行时类型也就是我们打印出的类型为准。

这里就涉及到了block在内存中的存储位置

block内存分配

这五个区存储的内容也各有划分：

栈区（stack）：这一块区域系统会自己进行管理，我们不用干预，主要存一些局部变量，以及函数跳转时的现场保护。因此大量的局部变量、深递归、函数循环调用都可能耗尽内存而造成运行崩溃。
堆区（heap）：与栈区相对，这一块一般由我们开发人员管理，比如一些alloc、free的操作，存储一些自己创建的对象。
全局区（静态区 static）：全局变量和静态变量都存储在这里，已经初始化的和没有初始化的变量会分开存储在相邻的区域，程序结束后系统来释放。
常量区：存储常量字符串和const常量。
代码区：顾名思义，就是存我们写的代码。

_NSConcreteGlobalBlock（全局）
_NSConcreteStackBlock（栈）
-_NSConcreteMallocBlock（堆）

block是如何定义其类型

block是如何定义其类型，依据什么来为block定义不同的类型并分配在不同的空间呢？

接着我们使用代码验证上述问题，首先关闭ARC回到MRC环境下，因为ARC会帮助我们做很多事情，可能会影响我们的观察。

点击【Project】 - 点击【Target 】-点击【build Setting】- 输入【“AutoMatic”】 -点击【Object-C Automatic Reference Count】改为【NO】

// MRC环境！！！
int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        // Global：没有访问auto变量：__NSGlobalBlock__
        void (^block1)(void) = ^{
            NSLog(@"block1---------");
        };   
        // Stack：访问了auto变量： __NSStackBlock__
        int a = 10;
        void (^block2)(void) = ^{
            NSLog(@"block2---------%d", a);
        };
        NSLog(@"%@ %@", [block1 class], [block2 class]);
        // __NSStackBlock__调用copy ： __NSMallocBlock__
        NSLog(@"%@", [[block2 copy] class]);
    }
    return 0;
}

打印内容

通过打印的内容我们可以知道：

没有访问auto变量的block是__NSGlobalBlock__类型的，存放在数据段中。
访问了auto变量的block是__NSStackBlock__类型的，存放在栈中。
__NSStackBlock__类型的block调用copy成为__NSMallocBlock__类型并被复制存放在堆中。

再看看ARC中的打印

打印内容

我了个去，发现访问了auto变量的block是__NSMallocBlock__类型了，可以猜想苹果在ARC环境下是不是帮我们做了一次copy操作呢？

__NSStackBlock__访问了aotu变量，并且是存放在栈中的，上面提到过，栈中的代码在作用域结束之后内存就会被销毁，那么我们很有可能block内存销毁之后才去调用他，那样就会获取错误。所以ARC下直接帮我们自动进行了一次copy操作。
[__NSStackBlock __ copy]操作就变成了__NSMallocBlock __
此时此刻，我们已经知道ARC进行了copy操作那它究竟针对不同类型的block做了什么操作呢？请看下图：

不同block类型调用copy效果

所以在平时开发过程中MRC环境下经常需要使用copy来保存block，将栈上的block拷贝到堆中，即使栈上的block被销毁，堆上的block也不会被销毁，需要我们自己调用release操作来销毁。而在ARC环境下回系统会自动copy，是block不会被销毁。

当然，你以为结束了吗？仔细看：

ARC帮我们做了什么

在ARC环境下，编译器会根据情况自动将栈上的block进行一次copy操作，将block复制到堆上。

什么情况下ARC会自动将block进行一次copy操作？
以下代码都在RAC环境下执行。

1. 将block赋值给__strong指针时

// ARC环境！！！
int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        // block内没有访问auto变量
        Block block = ^{
            NSLog(@"block---------");
        };
        NSLog(@"%@",[block class]);
        int a = 10;
        // block内访问了auto变量，但没有赋值给__strong指针
        NSLog(@"%@",[^{
            NSLog(@"block1---------%d", a);
        } class]);
        // block赋值给__strong指针
        Block block2 = ^{
          NSLog(@"block2---------%d", a);
        };
        NSLog(@"%@",[block2 class]);
    }
    return 0;
}

打印内容

我们发现打印的第二个block内访问了auto变量，但没有赋值给__strong指针直接打印了__NSStackBlock__

所以当block被赋值给__strong指针时，RAC才会自动进行一次copy操作。

此时此刻，我们定义block属性的时候是不是就可以用copy和strong呢？

block本身是像对象一样可以retain，和release。但是，block在创建的时候，它的内存是分配在栈上的，而不是在堆上。他本身的作于域是属于创建时候的作用域，一旦在创建时候的作用域外面调用block将导致程序崩溃。因为栈区的特点就是创建的对象随时可能被销毁,一旦被销毁后续再次调用空对象就可能会造成程序崩溃,在对block进行copy后,block存放在堆区.
使用retain也可以，但是block的retain行为默认是用copy的行为实现的，
因为block变量默认是声明为栈变量的，为了能够在block的声明域外使用，所以要把block拷贝（copy）到堆，所以说为了block属性声明和实际的操作一致，最好声明为copy。

2. 将block作为函数返回值时

//  ARC环境！！！
typedef void (^Block)(void);
Block myblock()
{
    int a = 10;
    // block中访问了auto变量，此时block类型应为__NSStackBlock__
    Block block = ^{
        NSLog(@"---------%d", a);
    };
    return block;
}
int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        Block block = myblock();
        block();
       // 打印block类型为 __NSMallocBlock__
        NSLog(@"%@",[block class]);
    }
    return 0;
}

打印内容

如果在block中访问了auto变量时，block的类型为__NSStackBlock__，上面打印内容发现blcok为__NSMallocBlock__类型的，并且可以正常打印出a的值，说明block内存并没有被销毁。

block进行copy操作会转化为__NSMallocBlock__类型，来讲block复制到堆中，那么说明RAC在 block作为函数返回值时会自动帮助我们对block进行copy操作，以保存block，并在适当的地方进行release操作。

3.block作为Cocoa API中方法名含有usingBlock的方法参数时

    NSArray * arr = @[@1,@2,@3,@4];
    [arr enumerateObjectsUsingBlock:^(id  _Nonnull obj, NSUInteger idx, BOOL * _Nonnull stop) {
        //一系列装逼操作
    }];

4.block作为GCD API的方法参数时

static dispatch_once_t onceToken;
dispatch_once(&onceToken, ^{
            
});        
dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(1.0 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
       //一系列装逼操作
});

注意

1，对于栈区block，在ARC情况下自动拷贝到堆区，MRC则放在栈区，所在函数执行完毕就会释放。那么要想在外面调用就要用copy指向它，这样
就copy到了堆区。
2，strong属性不会拷贝，会造成野指针错区从而crash。另外这里需要注意的是，ARC是编译器的一种特性，编译器在编译的时候会在合适的地方插入retain、release、autorelease，而不是iOS运行时的特性。
3，堆区是动态的，不像代码区是不变化的，堆区会不断地创建销毁，当没有强指针指向的时候就会被销毁，如果再去访问这段代码，程序就会崩溃。所以在堆区要用strong或者copy修饰。
4，block是一段代码块，即不可变，所以使用copy也不会深copy。

所以要用strong替代copy修饰block要满足两个条件：

用strong修饰且引用了外部变量

使用block的时候要注意循环引用导致内存泄露

一个block要使用self，会处理成在外部声明一个weak变量指向self，在block里又声明一个strong变量指向weakSelf？？？？？
原因：block会把写在block里的变量copy一份，如果直接在block里使用self，（self对变量默认是强引用）self对block持有，block对self持有，导致循环引用，所以这里需要声明一个弱引用weakSelf，让block引用weakSelf，打破循环引用。
而这样会导致另外一个问题，因为weakSelf是对self的弱引用，如果这个时候控制器pop或者其他的方式引用计数为0，就会释放，如果这个block是异步调用而且调用的时候self已经释放了，这个时候weakSelf已就变成了nil。
当控制器（也可以是其他的控件）pop回来之后（或者一些其他的原因导致释放），网络请求完成，如果这个时候需要控制器做出反映，需要strongSelf再对weakSelf强引用一下。
但是，你可能会疑问，strongSelf对weakSelf强引用，weakSelf对self弱引用，最终不也是对self进行了强引用，会导致循环引用吗。不会的，因为strongSelf是在block里面声明的一个指针，当block执行完毕后，strongSelf会释放，这个时候将不再强引用weakSelf，所以self会正确的释放。

最后编辑于：2020.09.29 22:12:35

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ios底层原理-代码块(block)的本质（一）

问题

1.什么是block,block的本质是什么

从定义和实现block变量开始

__main_block_imp_0结构体

block的调用

总结：

block的类型

block是如何定义其类型

ARC帮我们做了什么

1. 将block赋值给__strong指针时

2. 将block作为函数返回值时

3.block作为Cocoa API中方法名含有usingBlock的方法参数时

4.block作为GCD API的方法参数时

注意

所以要用strong替代copy修饰block要满足两个条件：

使用block的时候要注意循环引用导致内存泄露

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