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深入理解Block之Block的类型

    当我在 2012 年刚刚开始从事 iOS 开发工作时，对 Block 的使用开始逐渐在 iOS 开发者中推广开来(Block 的第一个稳定 ABI 版本是在 Mac OS X 10.6 被引入的。)。作为 iOS 开发中非常吸引我的一个特性，对其的深入分析自然必不可少。

重要声明：虽然我已经仔细的检查了自己的相关代码和相关的措辞，但是请不要盲目相信本文的正确性。我已经见过非常多的经验开发者对于 Block 有错误的理解（我也不会例外）。请一定保持一颗怀疑的心。

• 类型简介

  • _NSConcreteGlobalBlock & _NSConcreteStackBlock

  • _NSConcreteMallocBlock

  • _NSConcreteFinalizingBlock & _NSConcreteAutoBlock

  • _NSConcreteWeakBlockVariable

• ARC环境的特殊处理

类型简介

对 block 稍微有所了解的人都知道，block 会在编译过程中，会被当做结构体进行处理。 其结构大概是这样的:

struct Block_literal_1 {    void *isa; // initialized to &_NSConcreteStackBlock or &_NSConcreteGlobalBlock    int flags;    int reserved;    void (*invoke)(void *, ...);    struct Block_descriptor_1 {    unsigned long int reserved;         // NULL        unsigned long int size;         // sizeof(struct Block_literal_1)        // optional helper functions        void (*copy_helper)(void *dst, void *src);     // IFF (1<<25)        void (*dispose_helper)(void *src);             // IFF (1<<25)        // required ABI.2010.3.16        const char *signature;                         // IFF (1<<30)    } *descriptor;    // imported variables};

isa 指针会指向 block 所属的类型，用于帮助运行时系统进行处理。

Block 常见的类型有三种，分别是 _NSConcreteStackBlock _NSConcreteMallocBlock _NSConcreteGlobalBlock 。

另外还包括只在GC环境下使用的 _NSConcreteFinalizingBlock _NSConcreteAutoBlock _NSConcreteWeakBlockVariable 。

下面摘自

// the raw data space for runtime classes for blocks// class+meta used for stack, malloc, and collectable based blocksBLOCK_EXPORT void * _NSConcreteMallocBlock[32]    __OSX_AVAILABLE_STARTING(__MAC_10_6, __IPHONE_3_2);BLOCK_EXPORT void * _NSConcreteAutoBlock[32]    __OSX_AVAILABLE_STARTING(__MAC_10_6, __IPHONE_3_2);BLOCK_EXPORT void * _NSConcreteFinalizingBlock[32]    __OSX_AVAILABLE_STARTING(__MAC_10_6, __IPHONE_3_2);BLOCK_EXPORT void * _NSConcreteWeakBlockVariable[32]    __OSX_AVAILABLE_STARTING(__MAC_10_6, __IPHONE_3_2);// declared in Block.h// BLOCK_EXPORT void * _NSConcreteGlobalBlock[32];// BLOCK_EXPORT void * _NSConcreteStackBlock[32];

_NSConcreteGlobalBlock & _NSConcreteStackBlock

_NSConcreteGlobalBlock & _NSConcreteStackBlock 是 block 初始化时设置的类型(上文中 已经提及，并且 也提到过）。

在以下情况中，block 会初始化为 _NSConcreteGlobalBlock ：

• 未捕获外部变量。

  在 函数内的 至 ，通过判断 block(以及嵌套的block) 是否捕捉了本地存储(原文为：local storage)，未捕获时，block 会初始化为 _NSConcreteGlobalBlock 。

  if (!block->hasCaptures()) {  info.StructureType =    llvm::StructType::get(CGM.getLLVMContext(), elementTypes, true);  info.CanBeGlobal = true;  return;}

• 当需要布局（layout）的变量的数量为0时。

  在函数内，通过计算 block 的布局(layout)。当需要布局的变量为0时，block 会初始化为 _NSConcreteGlobalBlock 。

  统计需要布局（layout）的变量：

  • this (为了访问 c++ 的成员变量和函数，需要 this 指针)

  • 依次按下列规则处理捕获的变量：

    • 不需要计算布局的变量：

      • 生命周期为静态的变量（被 const static 修饰的变量，不被函数包含的静态常量，c++中生命周期为静态的变量）

      • 函数参数

    • 需要计算布局的变量：被 __block 修饰的变量，以上未提到的类型（比如block）

   

  Tips：当需要布局（layout）的变量的统计完毕后，会按照以下顺序进行一次稳定排序。
   
  • __strong 修饰的变量

  • ByRef 类型

  • __weak 修饰的变量

  • 其它类型

_NSConcreteMallocBlock

在非垃圾收集环境下，当 _NSConcreteStackBlock 类型的block 被真正复制时，在 _Block_copy_internal 方法内部，会转换为 _NSConcreteMallocBlock

// Its a stack block.  Make a copy.if (!isGC) {    struct Block_layout *result = malloc(aBlock->descriptor->size);    if (!result) return NULL;    memmove(result, aBlock, aBlock->descriptor->size); // bitcopy first    // reset refcount    result->flags &= ~(BLOCK_REFCOUNT_MASK|BLOCK_DEALLOCATING);    // XXX not needed    result->flags |= BLOCK_NEEDS_FREE | 2;  // logical refcount 1    result->isa = _NSConcreteMallocBlock;    _Block_call_copy_helper(result, aBlock);    return result;}

_NSConcreteFinalizingBlock&_NSConcreteAutoBlock

在垃圾收集环境下，当 block 被复制时，如果block 有 ctors & dtors 时，则会转换为 _NSConcreteFinalizingBlock 类型，反之，则会转换为 _NSConcreteAutoBlock 类型

if (hasCTOR) {    result->isa = _NSConcreteFinalizingBlock;}else {    result->isa = _NSConcreteAutoBlock;}

_NSConcreteWeakBlockVariable

GC环境下，当对象被 __weak __block 修饰，且从栈复制到堆时，block 会被标记为 _NSConcreteWeakBlockVariable 类型。

bool isWeak = ((flags & (BLOCK_FIELD_IS_BYREF|BLOCK_FIELD_IS_WEAK)) == (BLOCK_FIELD_IS_BYREF|BLOCK_FIELD_IS_WEAK));// if its weak ask for an object (only matters under GC)struct Block_byref *copy = (struct Block_byref *)_Block_allocator(src->size, false, isWeak);copy->flags = src->flags | _Byref_flag_initial_value; // non-GC one for caller, one for stackcopy->forwarding = copy; // patch heap copy to point to itself (skip write-barrier)src->forwarding = copy;  // patch stack to point to heap copycopy->size = src->size;if (isWeak) {  copy->isa = &_NSConcreteWeakBlockVariable;  // mark isa field so it gets weak scanning}

ARC环境的特殊处理

下面的代码均通过添加 objc_retainBlock _Block_copy 和 _Block_copy_internal 符号断点进行测试

• 在 ARC 下，block 类型通过=进行传递时，会导致调用objc_retainBlock->_Block_copy->_Block_copy_internal方法链。并导致 __NSStackBlock__ 类型的 block 转换为 __NSMallocBlock__ 类型。 提及到了这一点。

  //// The -fobjc-arc flag causes the compiler to issue calls to objc_{retain/release/autorelease/retain_block}//id objc_retainBlock(id x) {    return (id)_Block_copy(x);}...void *_Block_copy(const void *arg) {   return _Block_copy_internal(arg, true);}

  测试代码：

  void test() {    __block int i = 0;    dispatch_block_t block  = ^(){NSLog(@"%@", @(i)); };    dispatch_block_t block1 = block;    NSLog(@"初始化为变量后再打印：%@", block1);    NSLog(@"直接打印：%@", ^(){NSLog(@"%@", @(i)); });}

  日志：

  "objc_retainBlock 函数被调用""_Block_copy 函数被调用""_Block_copy_internal 函数被调用""objc_retainBlock 函数被调用""_Block_copy 函数被调用""_Block_copy_internal 函数被调用"初始化为变量后再打印：<__NSMallocBlock__: 0x7fb05b605800>直接打印：<__NSStackBlock__: 0x7fff55ccc568>

• 在 ARC 下，不同的属性修饰符以及不同赋值、取值方式均会对方法调用产生影响。下表为测试结果。

直接赋值：

NSString *str = @"sun";dispatch_block_t block = ^(){    NSLog(@"%@", str);};self.block = block;

间接赋值：

self.block = ^(){    NSLog(@"%@", str);};

通过属性取值

self.block

通过变量取值

self->_block

测试代码:

- (void)test {      NSString *str = @"sun";      {          NSLog(@"直接赋值开始");          {              self.copyBlock = ^(){                  NSLog(@"%@", str);              };              NSLog(@"copy 属性修饰的 block：%@", self->_copyBlock);          }          {              self.strongBlock = ^(){                  NSLog(@"%@", str);              };              NSLog(@"strong 属性修饰的 block：%@", self->_strongBlock);          }          {              self.retainBlock = ^(){                  NSLog(@"%@", str);              };              NSLog(@"retain 属性修饰的 block：%@", self->_retainBlock);          }          NSLog(@"直接赋值结束");      }      {          dispatch_block_t copyBlock = ^(){              NSLog(@"%@", str);          };          dispatch_block_t strongBlock = ^(){              NSLog(@"%@", str);          };          dispatch_block_t retainBlock = ^(){              NSLog(@"%@", str);          };          NSLog(@"间接赋值开始");          {              self.copyBlock = copyBlock;              NSLog(@"copy 属性修饰的 block：%@", self->_copyBlock);          }          {              self.strongBlock = strongBlock;              NSLog(@"strong 属性修饰的 block：%@", self->_strongBlock);          }          {              self.retainBlock = retainBlock;              NSLog(@"retain 属性修饰的 block：%@", self->_retainBlock);          }          NSLog(@"间接赋值结束");      }      {          NSLog(@"通过属性获取开始");          {              NSLog(@"copy 属性修饰的 block：%@", self.copyBlock);              NSLog(@"strong 属性修饰的 block：%@", self.strongBlock);              NSLog(@"retain 属性修饰的 block：%@", self.retainBlock);          }          NSLog(@"获取结束");      }      {          NSLog(@"通过变量获取开始");          {              NSLog(@"copy 属性修饰的 block：%@", self->_copyBlock);              NSLog(@"strong 属性修饰的 block：%@", self->_strongBlock);              NSLog(@"retain 属性修饰的 block：%@", self->_retainBlock);          }          NSLog(@"获取结束");      }  }

日志：

间接赋值开始"_Block_copy 函数被调用""_Block_copy_internal 函数被调用"copy 属性修饰的 block：<__NSMallocBlock__: 0x7fab00fa4c30>"_Block_copy 函数被调用""_Block_copy_internal 函数被调用"strong 属性修饰的 block：<__NSMallocBlock__: 0x7fab00d1a970>"_Block_copy 函数被调用""_Block_copy_internal 函数被调用"retain 属性修饰的 block：<__NSMallocBlock__: 0x7fab00f08ad0>间接赋值结束通过属性获取开始"_Block_copy 函数被调用""_Block_copy_internal 函数被调用""_Block_copy 函数被调用""_Block_copy_internal 函数被调用"copy 属性修饰的 block：<__NSMallocBlock__: 0x7fab00fa4c30>"_Block_copy 函数被调用""_Block_copy_internal 函数被调用""_Block_copy 函数被调用""_Block_copy_internal 函数被调用"strong 属性修饰的 block：<__NSMallocBlock__: 0x7fab00d1a970>"_Block_copy 函数被调用""_Block_copy_internal 函数被调用""_Block_copy 函数被调用""_Block_copy_internal 函数被调用"retain 属性修饰的 block：<__NSMallocBlock__: 0x7fab00f08ad0>获取结束通过变量获取开始copy 属性修饰的 block：<__NSMallocBlock__: 0x7fab00fa4c30>strong 属性修饰的 block：<__NSMallocBlock__: 0x7fab00d1a970>retain 属性修饰的 block：<__NSMallocBlock__: 0x7fab00f08ad0>获取结束(lldb)