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【ios開發系列】block詳解

阿新 • • 發佈：2019-01-05

block到底是什麼

我們使用clang的rewrite-objc命令來獲取轉碼後的程式碼。

1、block的底層實現

我們來看看最簡單的一個block：

這個block僅僅列印棧變數i和j的值，其被clang轉碼為：

首先是一個結構體__main_block_impl_0（從圖二中的最後一行可以看到，block是一個指向__main_block_impl_0的指標，初始化後被型別強轉為函式指標），其中包含的__block_impl是一個公共實現（學過c語言的同學都知道，__main_block_impl_0的這種寫法表示其可以被型別強轉為__block_impl型別）：

  1. struct __block_impl { 
  2.   void *isa; 
  3.   int Flags; 
  4.   int Reserved; 
  5.   void *FuncPtr; 
  6. };

isa指標說明block可以成為一個objc物件。

__main_block_impl_0的意思是main函式中的第0個block的implementation，這就是這個block的主體了。

這個結構體的建構函式的引數：

block實際執行程式碼所在的函式的指標，當block真正被執行時，實際上是呼叫了這個函式，其命名也是類似的方式。

block的描述結構體，注意這個結構體宣告結束時就建立了一個唯一的desc，這個desc包含了block的大小，以及複製和析構block時需要額外呼叫的函式。

接下來是block所引用到的變數們

最後是一個標記值，內部實現需要用到的。（我用計算器看了一下，570425344這個值等於1<<29，即BLOCK_HAS_DESCRIPTOR這個列舉值）

所以，我們可以看到：

為什麼上一篇我們說j已經不是原來的j了，因為j是作為引數傳入了block的建構函式，進行了值複製。

帶有__block標記的變數會被取地址來傳入建構函式，為修改其值奠定了基礎

接下來是block執行函式__main_block_func_0:

其唯一的引數是__main_block_impl_0的指標，我們看到printf語句的資料來源都取自__cself這個指標，比較有意思的是i的取值方式（帶有__block標記的變數i被轉碼為一個結構體），先取__forward指標，再取i，這為將i複製到堆中奠定了基礎。

再下來是預定義好的兩個複製/釋放輔助函式，其作用後面會講到。 

最後是block的描述資訊結構體 __main_block_desc_0，其包含block的記憶體佔用長度，已經複製/釋放輔助函式的指標，其宣告結束時，就建立了一個名為__main_block_desc_0_DATA的結構體，我們看它構造時傳入的值，這個DATA結構體的作用就一目瞭然了：

長度用sizeof計算，輔助函式的指標分別為上面預定義的兩個輔助函式。

注意，如果這個block沒有使用到需要在block複製時進行copy/retian的變數，那麼desc中不會有輔助函式

至此，一個block所有的部件我們都看齊全了，一個主體，一個真正的執行程式碼函式，一個描述資訊(可能包含兩個輔助函式)。

2、構造一個block

我們進入main函式：

圖一中的第三行（block的宣告），在圖二中，轉化為一個函式指標的宣告，並且都沒有被賦予初始值。

而圖一中的最後一行（建立一個block），在圖二中，成為了對__main_block_impl_0的建構函式的呼叫，傳入的引數的意義上面我們已經講過了。

所以構造一個block就是建立了__main_block_impl_0 這個c++類的例項。

3、呼叫一個block

呼叫一個block的寫法很簡單，與呼叫c語言函式的語法一樣：

  1. blk(); 

其轉碼後的語句：

  1. ((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)blk)->FuncPtr)((__block_impl *)blk); 

將blk這個函式指標型別強轉為__block_impl型別，然後取其執行函式指標，然後將此指標型別強轉為返回void*並接收一個__block_impl*的函式指標，最後呼叫這個函式，傳入強轉為__block_impl*型別的blk，

即呼叫了前述的函式__main_block_func_0

4、objective-c類成員函式中的block

原始碼如下：

  1. - (void)of1 
  2. { 
  3.     OBJ1* oj = self; 
  4.     void (^oblk)(void) = ^{ printf("%d\n", oj.oi);}; 
  5.     Block_copy(oblk); 
  6. } 

這裡我故意將self賦值給oj這個變數，是為了驗證前一章提出的一個結論：無法通過簡單的間接引用self來防止retain迴圈，要避免迴圈，我們需要__block標記（多謝樓下網友的提醒）

轉碼如下：

  1. struct __OBJ1__of1_block_impl_0 { 
  2.   struct __block_impl impl; 
  3.   struct __OBJ1__of1_block_desc_0* Desc; 
  4.   OBJ1 *oj; 
  5.   __OBJ1__of1_block_impl_0(void *fp, struct __OBJ1__of1_block_desc_0 *desc, OBJ1 *_oj, int flags=0) : oj(_oj) { 
  6.     impl.isa = &_NSConcreteStackBlock; 
  7.     impl.Flags = flags; 
  8.     impl.FuncPtr = fp; 
  9.     Desc = desc; 
  10.   } 
  11. }; 
  12. staticvoid __OBJ1__of1_block_func_0(struct __OBJ1__of1_block_impl_0 *__cself) { 
  13.   OBJ1 *oj = __cself->oj; // bound by copy
  14.  printf("%d\n", ((int (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)oj, sel_registerName("oi")));} 

objc方法中的block與c中的block並無太多差別，只是一些標記值可能不同，為了標記其是objc方法中的blcok。

注意其建構函式的引數:OBJ1 *_oj

這個_oj在block複製到heap時，會被retain，而_oj與self根本就是相等的，所以，最終retain的就是self，所以如果當前例項持有了這個block，retain迴圈就形成了。

而一旦為其增加了__block標記：

  1. - (void)of1 
  2. { 
  3.     __block OBJ1 *bSelf = self; 
  4.     ^{ printf("%d", bSelf.oi); }; 
  5. }其轉碼則變為： 
  6. //增加了如下行
  7. struct __Block_byref_bSelf_0 { 
  8.   void *__isa; 
  9. __Block_byref_bSelf_0 *__forwarding; 
  10.  int __flags; 
  11.  int __size; 
  12.  void (*__Block_byref_id_object_copy)(void*, void*); 
  13.  void (*__Block_byref_id_object_dispose)(void*); 
  14.  OBJ1 *bSelf; 
  15. }; 
  16. staticvoid __Block_byref_id_object_copy_131(void *dst, void *src) { 
  17.  _Block_object_assign((char*)dst + 40, *(void * *) ((char*)src + 40), 131); 
  18. } 
  19. staticvoid __Block_byref_id_object_dispose_131(void *src) { 
  20.  _Block_object_dispose(*(void * *) ((char*)src + 40), 131); 
  21. } 
  22. //宣告處變為
  23.     __block __Block_byref_bSelf_0 bSelf = {(void*)0,(__Block_byref_bSelf_0 *)&bSelf, 33554432, sizeof(__Block_byref_bSelf_0), __Block_byref_id_object_copy_131, __Block_byref_id_object_dispose_131, self}; 

clang為我們的bSelf結構體建立了自己的copy/dispose輔助函式，33554432（即1<<25 BLOCK_HAS_COPY_DISPOSE）這個值告訴系統，我們的bSelf結構體具有copy/dispose輔助函式。

而131這個引數（二進位制1000 0011，即BLOCK_FIELD_IS_OBJECT (3) |BLOCK_BYREF_CALLER（128））

中的BLOCK_BYREF_CALLER在內部實現中告訴系統不要進行retain或者copy，

也就是說，在 __block bSelf 被複制至heap上時，系統會發現有輔助函式，而輔助函式呼叫後，並不retain或者copy 其結構體內的bSelf。

這樣就避免了迴圈retain。

小結：

當我們建立一個block，並呼叫之，編譯器為我們做的事情如下：

1.建立block所有的部件程式碼：一個主體，一個真正的執行程式碼函式，一個描述資訊（可能包含兩個輔助函式）。

2.將我們的建立程式碼轉碼為block_impl的構造語句。

3.將我們的執行語句轉碼為對block的執行函式的呼叫。

下一篇我們將剖析runtime.c的原始碼，並理解block的堆疊轉換。

【4】

終於有空開始這系列最後一篇的編寫。這一篇，我們將看到block的記憶體管理的內部實現，通過剖析runtime庫原始碼，我們可以更深刻的理解block的記憶體運作體系。

看此篇時，請大家同時開啟兩個網址（或者下載它們到本地然後開啟）：

記憶體管理的真面目

objc層面如何區分不同記憶體區的block

Block_private.h中有這樣一組值：

  1. /* the raw data space for runtime classes for blocks */
  2. /* class+meta used for stack, malloc, and collectable based blocks */
  3. BLOCK_EXPORT void * _NSConcreteStackBlock[32]; 
  4. BLOCK_EXPORT void * _NSConcreteMallocBlock[32]; 
  5. BLOCK_EXPORT void * _NSConcreteAutoBlock[32]; 
  6. BLOCK_EXPORT void * _NSConcreteFinalizingBlock[32]; 
  7. BLOCK_EXPORT void * _NSConcreteGlobalBlock[32]; 
  8. BLOCK_EXPORT void * _NSConcreteWeakBlockVariable[32]; 

其用於對block的isa指標賦值

1.棧

  1. struct __OBJ1__of2_block_impl_0 { 
  2.   struct __block_impl impl; 
  3.   struct __OBJ1__of2_block_desc_0* Desc; 
  4.   OBJ1 *self; 
  5.   __OBJ1__of2_block_impl_0(void *fp, struct __OBJ1__of2_block_desc_0 *desc, OBJ1 *_self, int flags=0) : self(_self) { 
  6.     impl.isa = &_NSConcreteStackBlock; 
  7.     impl.Flags = flags; 
  8.     impl.FuncPtr = fp; 
  9.     Desc = desc; 
  10.   } 
  11. }; 

在棧上建立的block，其isa指標是_NSConcreteStackBlock。

2.全域性區

在全域性區建立的block，其比較類似，其建構函式會將isa指標賦值為_NSConcreteGlobalBlock。

3.堆

我們無法直接建立堆上的block，堆上的block需要從stack block拷貝得來，在runtime.c中的_Block_copy_internal函式中，有這樣幾行：

  1. // Its a stack block.  Make a copy.
  2.     if (!isGC) { 
  3.         struct Block_layout *result = malloc(aBlock->descriptor->size); 
  4.         ... 
  5.         result->isa = _NSConcreteMallocBlock; 
  6.         ... 
  7.         return result; 
  8.     } 

可以看到，棧block複製得來的新block，其isa指標會被賦值為_NSConcreteMallocBlock

4.其餘的isa型別

  1. BLOCK_EXPORT 
            
      
    
           
    
              
              
    
            
    
            
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block到底是什麼

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