深入研究Block捕獲外部變量和__block實現原理

ChrForwood 8年前發布 | 4K 次閱讀 iOS開發移動開發

前言

Blocks是C語言的擴充功能，而Apple 在OS X Snow Leopard 和 iOS 4中引入了這個新功能“Blocks”。從那開始，Block就出現在iOS和Mac系統各個API中，并被大家廣泛使用。一句話來形容Blocks，帶有自動變量（局部變量）的匿名函數。

Block在OC中的實現如下：

struct Block_layout {    void *isa;    int flags;    int reserved;    void (*invoke)(void *, ...);    struct Block_descriptor *descriptor;    /* Imported variables. */};struct Block_descriptor {    unsigned long int reserved;    unsigned long int size;    void (*copy)(void *dst, void *src);    void (*dispose)(void *);
};

從結構圖中很容易看到isa，所以OC處理Block是按照對象來處理的。在iOS中，isa常見的就是_NSConcreteStackBlock，_NSConcreteMallocBlock，_NSConcreteGlobalBlock這3種(另外只在GC環境下還有3種使用的_NSConcreteFinalizingBlock，_NSConcreteAutoBlock，_NSConcreteWeakBlockVariable，本文暫不談論這3種，有興趣的看看官方文檔)

以上介紹是Block的簡要實現，接下來我們來仔細研究一下Block的捕獲外部變量的特性以及__block的實現原理。

研究工具：clang

為了研究編譯器的實現原理，我們需要使用 clang 命令。clang 命令可以將 Objetive-C 的源碼改寫成 C / C++ 語言的，借此可以研究 block 中各個特性的源碼實現方式。該命令是

clang -rewrite-objc block.c

一.Block捕獲外部變量實質

拿起我們的Block一起來捕捉外部變量吧。

說到外部變量，我們要先說一下C語言中變量有哪幾種。一般可以分為一下5種：

自動變量
函數參數
靜態變量
靜態全局變量
全局變量

研究Block的捕獲外部變量就要除去函數參數這一項，下面一一根據這4種變量類型的捕獲情況進行分析。

我們先根據這4種類型

自動變量
靜態變量
靜態全局變量
全局變量

寫出Block測試代碼。

這里很快就出現了一個錯誤，提示說自動變量沒有加__block，由于__block有點復雜，我們先實驗靜態變量，靜態全局變量，全局變量這3類。測試代碼如下：

#import
int global_i = 1;static int static_global_j = 2;int main(int argc, const char * argv[]) {    static int static_k = 3;    int val = 4;    void (^myBlock)(void) = ^{
        global_i ++;
        static_global_j ++;
        static_k ++;        NSLog(@"Block中 global_i = %d,static_global_j = %d,static_k = %d,val = %d",global_i,static_global_j,static_k,val);
    };

global_i ++;
static_global_j ++;
static_k ++;
val ++;    NSLog(@"Block外 global_i = %d,static_global_j = %d,static_k = %d,val = %d",global_i,static_global_j,static_k,val);

myBlock();    return 0;

}
</code></pre> 
  
運行結果 
  Block 外  global_i = 2,static_global_j = 3,static_k = 4,val = 5Block 中  global_i = 3,static_global_j = 4,static_k = 5,val = 4 
  這里就有2點需要弄清楚了 
  1.為什么在Block里面不加__bolck不允許更改變量？ 
  2.為什么自動變量的值沒有增加，而其他幾個變量的值是增加的？自動變量是什么狀態下被block捕獲進去的？ 
  為了弄清楚這2點，我們用clang轉換一下源碼出來分析分析。 
  （main.m代碼行37行，文件大小832bype， 經過clang轉換成main.cpp以后，代碼行數飆升至104810行，文件大小也變成了3.1MB） 
  源碼如下 
  int global_i = 1;static int static_global_j = 2;struct main_block_impl_0 {  struct block_impl impl;  struct main_block_desc_0 Desc;  int static_k;  int val;
  main_block_impl_0(void fp, struct __main_block_desc_0 desc, int _static_k, int _val, int flags=0) : static_k(_static_k), val(_val) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};static void main_block_func_0(struct main_block_impl_0 cself) {  int *static_k = cself->static_k; // bound by copy
  int val = __cself->val; // bound by copy

    global_i ++;
    static_global_j ++;
    (*static_k) ++;        NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_45_k1d9q7c52vz50wz1683_hk9r0000gn_T_main_6fe658_mi_0,global_i,static_global_j,(*static_k),val);
}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, const char  argv[]) {    static int static_k = 3;    int val = 4;    void (myBlock)(void) = ((void ()())&__main_block_impl_0((void )main_block_func_0, &main_block_desc_0_DATA, &static_k, val));

global_i ++;
static_global_j ++;
static_k ++;
val ++;    NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_45_k1d9q7c52vz50wz1683_hk9r0000gn_T_main_6fe658_mi_1,global_i,static_global_j,static_k,val);

((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)myBlock)->FuncPtr)((__block_impl *)myBlock);    return 0;

}</code></pre> 
  
首先全局變量global_i和靜態全局變量static_global_j的值增加，以及它們被Block捕獲進去，這一點很好理解，因為是全局的，作用域很廣，所以Block捕獲了它們進去之后，在Block里面進行++操作，Block結束之后，它們的值依舊可以得以保存下來。 
  接下來仔細看看自動變量和靜態變量的問題。 
  在__main_block_impl_0中，可以看到靜態變量static_k和自動變量val，被Block從外面捕獲進來，成為__main_block_impl_0這個結構體的成員變量了。 
  接著看構造函數， 
  __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, int *_static_k, int _val, int flags=0) : static_k(_static_k), val(_val) 
  這個構造函數中，自動變量和靜態變量被捕獲為成員變量追加到了構造函數中。 
  main里面的myBlock閉包中的__main_block_impl_0結構體，初始化如下 
  void (myBlock)(void) = ((void ()())&main_block_impl_0((void *)main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, &static_k, val));
impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
impl.Flags = 0;
impl.FuncPtr = main_block_impl_0; 
Desc = &main_block_desc_0_DATA;
_static_k = 4；
val = 4;</code></pre> 
  
到此，__main_block_impl_0結構體就是這樣把自動變量捕獲進來的。也就是說，在執行Block語法的時候，Block語法表達式所使用的自動變量的值是被保存進了Block的結構體實例中，也就是Block自身中。
 
  這里值得說明的一點是，如果Block外面還有很多自動變量，靜態變量，等等，這些變量在Block里面并不會被使用到。那么這些變量并不會被Block捕獲進來，也就是說并不會在構造函數里面傳入它們的值。 
  Block捕獲外部變量僅僅只捕獲Block閉包里面會用到的值，其他用不到的值，它并不會去捕獲。 
  再研究一下源碼，我們注意到__main_block_func_0這個函數的實現 
  static void main_block_func_0(struct main_block_impl_0 cself) {  int *static_k = cself->static_k; // bound by copy
  int val = __cself->val; // bound by copy

    global_i ++;
    static_global_j ++;
    (*static_k) ++;        NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_45_k1d9q7c52vz50wz1683_hk9r0000gn_T_main_6fe658_mi_0,global_i,static_global_j,(*static_k),val);
}</code></pre> 

我們可以發現，系統自動給我們加上的注釋，bound by copy，自動變量val雖然被捕獲進來了，但是是用 __cself->val來訪問的。Block僅僅捕獲了val的值，并沒有捕獲val的內存地址。所以在__main_block_func_0這個函數中即使我們重寫這個自動變量val的值，依舊沒法去改變Block外面自動變量val的值。 
  OC可能是基于這一點，在編譯的層面就防止開發者可能犯的錯誤，因為自動變量沒法在Block中改變外部變量的值，所以編譯過程中就報編譯錯誤。錯誤就是最開始的那張截圖。 
  Variable is not assignable(missing __block type specifier) 
  小結一下： 
  到此為止，上面提出的第二個問題就解開答案了。自動變量是以值傳遞方式傳遞到Block的構造函數里面去的。Block只捕獲Block中會用到的變量。由于只捕獲了自動變量的值，并非內存地址，所以Block內部不能改變自動變量的值。Block捕獲的外部變量可以改變值的是靜態變量，靜態全局變量，全局變量。上面例子也都證明過了。 
  剩下問題一我們還沒有解決。 
  回到上面的例子上面來，4種變量里面只有靜態變量，靜態全局變量，全局變量這3種是可以在Block里面被改變值的。仔細觀看源碼，我們能看出這3個變量可以改變值的原因。 
   
    靜態全局變量，全局變量由于作用域的原因，于是可以直接在Block里面被改變。他們也都存儲在全局區。
 
  
    靜態變量傳遞給Block是內存地址值，所以能在Block里面直接改變值。
  
   
  根據 官方文檔 我們可以了解到，蘋果要求我們在自動變量前加入 __block 關鍵字(__block storage-class-specifier存儲域類說明符)，就可以在Block里面改變外部自動變量的值了。 
  總結一下在Block中改變變量值有2種方式，一是傳遞內存地址指針到Block中，二是改變存儲區方式(__block)。 
  先來實驗一下第一種方式，傳遞內存地址到Block中，改變變量的值。 
  #import 





 int main(int argc, const char * argv[]) {  NSMutableString * str = [[NSMutableString alloc]initWithString:@"Hello,"];        void (^myBlock)(void) = ^{
            [str appendString:@"World!"];            NSLog(@"Block中 str = %@",str);
        };    NSLog(@"Block外 str = %@",str);

    myBlock();    return 0;
}


   
  控制臺輸出： 
  Block 外  str = Hello,Block 中  str = Hello,World! 
  看結果是成功改變了變量的值了，轉換一下源碼。 
  struct __main_block_impl_0 {  struct __block_impl impl;  struct __main_block_desc_0* Desc;  NSMutableString *str;
  __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, NSMutableString *_str, int flags=0) : str(_str) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {  NSMutableString *str = __cself->str; // bound by copy

            ((void (*)(id, SEL, NSString *))(void *)objc_msgSend)((id)str, sel_registerName("appendString:"), (NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_45_k1d9q7c52vz50wz1683_hk9r0000gn_T_main_33ff12_mi_1);            NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_45_k1d9q7c52vz50wz1683_hk9r0000gn_T_main_33ff12_mi_2,str);
        }static void __main_block_copy_0(struct __main_block_impl_0*dst, struct __main_block_impl_0*src) {_Block_object_assign((void*)&dst->str, (void*)src->str, 3/*BLOCK_FIELD_IS_OBJECT*/);}static void __main_block_dispose_0(struct __main_block_impl_0*src) {_Block_object_dispose((void*)src->str, 3/*BLOCK_FIELD_IS_OBJECT*/);}static struct __main_block_desc_0 {
  size_t reserved;
  size_t Block_size;  void (*copy)(struct __main_block_impl_0*, struct __main_block_impl_0*);  void (*dispose)(struct __main_block_impl_0*);
} __main_block_desc_0_DATA = { 0, sizeof(struct __main_block_impl_0), __main_block_copy_0, __main_block_dispose_0};int main(int argc, const char * argv[]) {    NSMutableString * str = ((NSMutableString *(*)(id, SEL, NSString *))(void *)objc_msgSend)((id)((NSMutableString *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("NSMutableString"), sel_registerName("alloc")), sel_registerName("initWithString:"), (NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_45_k1d9q7c52vz50wz1683_hk9r0000gn_T_main_33ff12_mi_0);        void (*myBlock)(void) = ((void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, str, 570425344));    NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_45_k1d9q7c52vz50wz1683_hk9r0000gn_T_main_33ff12_mi_3,str);

    ((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)myBlock)->FuncPtr)((__block_impl *)myBlock);    return 0;
} 
  在__main_block_func_0里面可以看到傳遞的是指針。所以成功改變了變量的值。 
  至于源碼里面的copy和dispose下一節會講到。 
  改變外部變量值的第二種方式是加 __block這個放在第三章里面討論，接下來我們先討論一下Block的copy的問題，因為這個問題會關系到 __block存儲域的問題。 
  二.Block的copy和dispose 
   
  OC中，一般Block就分為以下3種，_NSConcreteStackBlock，_NSConcreteMallocBlock，_NSConcreteGlobalBlock。 
  先來說明一下3者的區別。 
  1.從捕獲外部變量的角度上來看 
   
    _NSConcreteStackBlock：
 只用到外部局部變量、成員屬性變量，且沒有強指針引用的block都是StackBlock。
 StackBlock的生命周期由系統控制的，一旦返回之后，就被系統銷毀了。
  
    _NSConcreteMallocBlock：
 有強指針引用或copy修飾的成員屬性引用的block會被復制一份到堆中成為MallocBlock，沒有強指針引用即銷毀，生命周期由程序員控制
  
    _NSConcreteGlobalBlock：
 沒有用到外界變量或只用到全局變量、靜態變量的block為_NSConcreteGlobalBlock，生命周期從創建到應用程序結束。
  
   
  沒有用到外部變量肯定是_NSConcreteGlobalBlock，這點很好理解。不過只用到全局變量、靜態變量的block也是_NSConcreteGlobalBlock。舉例如下： 
  #import 





 int global_i = 1;static int static_global_j = 2;int main(int argc, const char * argv[]) {    static int static_k = 3;    void (^myBlock)(void) = ^{            NSLog(@"Block中 變量 = %d %d %d",static_global_j ,static_k, global_i);
        };    NSLog(@"%@",myBlock);

    myBlock();    return 0;
}


   
  輸出： 
  <__NSGlobalBlock__: 0x100001050>
Block中 變量 = 2 3 1 
  可見，只用到全局變量、靜態變量的block也可以是_NSConcreteGlobalBlock。 
  所以在ARC環境下，3種類型都可以捕獲外部變量。 
  2.從持有對象的角度上來看： 
   
    _NSConcreteStackBlock是不持有對象的。
  
   
  //以下是在MRC下執行的
    NSObject * obj = [[NSObject alloc]init];    NSLog(@"1.Block外 obj = %lu",(unsigned long)obj.retainCount);    void (^myBlock)(void) = ^{        NSLog(@"Block中 obj = %lu",(unsigned long)obj.retainCount);
    };    NSLog(@"2.Block外 obj = %lu",(unsigned long)obj.retainCount);

    myBlock(); 
  輸出： 
  1.Block外 obj = 12.Block外 obj = 1Block中 obj = 1 
   
    _NSConcreteMallocBlock是持有對象的。
  
   
  //以下是在MRC下執行的
    NSObject * obj = [[NSObject alloc]init];    NSLog(@"1.Block外 obj = %lu",(unsigned long)obj.retainCount);    void (^myBlock)(void) = [^{        NSLog(@"Block中 obj = %lu",(unsigned long)obj.retainCount);
    }copy];    NSLog(@"2.Block外 obj = %lu",(unsigned long)obj.retainCount);

    myBlock();

    [myBlock release];    NSLog(@"3.Block外 obj = %lu",(unsigned long)obj.retainCount); 
  輸出： 
  1.Block外 obj = 12.Block外 obj = 2Block中 obj = 23.Block外 obj = 1 
   
    _NSConcreteGlobalBlock也不持有對象
  
   
  //以下是在MRC下執行的
    void (^myBlock)(void) = ^{        NSObject * obj = [[NSObject alloc]init];        NSLog(@"Block中 obj = %lu",(unsigned long)obj.retainCount);
    };

    myBlock(); 
  輸出： 
  Block 中 obj = 1 
  由于_NSConcreteStackBlock所屬的變量域一旦結束，那么該Block就會被銷毀。在ARC環境下，編譯器會自動的判斷，把Block自動的從棧copy到堆。比如當Block作為函數返回值的時候，肯定會copy到堆上。 
  1.手動調用copy 
  2.Block是函數的返回值 
  3.Block被強引用，Block被賦值給__strong或者id類型 
  4.調用系統API入參中含有usingBlcok的方法 
  以上4種情況，系統都會默認調用copy方法把Block賦復制 
  但是當Block為函數參數的時候，就需要我們手動的copy一份到堆上了。這里除去系統的API我們不需要管，比如GCD等方法中本身帶usingBlock的方法，其他我們自定義的方法傳遞Block為參數的時候都需要手動copy一份到堆上。 
  copy函數把Block從棧上拷貝到堆上，dispose函數是把堆上的函數在廢棄的時候銷毀掉。 
  #define Block_copy(...) ((__typeof(__VA_ARGS__))_Block_copy((const void *)(__VA_ARGS__)))#define Block_release(...) _Block_release((const void *)(__VA_ARGS__))// Create a heap based copy of a Block or simply add a reference to an existing one.// This must be paired with Block_release to recover memory, even when running// under Objective-C Garbage Collection.BLOCK_EXPORT void *_Block_copy(const void *aBlock)
    __OSX_AVAILABLE_STARTING(__MAC_10_6, __IPHONE_3_2);// Lose the reference, and if heap based and last reference, recover the memoryBLOCK_EXPORT void _Block_release(const void *aBlock)
    __OSX_AVAILABLE_STARTING(__MAC_10_6, __IPHONE_3_2);// Used by the compiler. Do not call this function yourself.BLOCK_EXPORT void _Block_object_assign(void *, const void *, const int)
    __OSX_AVAILABLE_STARTING(__MAC_10_6, __IPHONE_3_2);// Used by the compiler. Do not call this function yourself.BLOCK_EXPORT void _Block_object_dispose(const void *, const int)
    __OSX_AVAILABLE_STARTING(__MAC_10_6, __IPHONE_3_2); 
  上面是源碼中2個常用的宏定義和4個常用的方法，一會我們就會看到這4個方法。 
  static void *_Block_copy_internal(const void *arg, const int flags) {    struct Block_layout *aBlock;    const bool wantsOne = (WANTS_ONE & flags) == WANTS_ONE;    // 1
    if (!arg) return NULL;    // 2
    aBlock = (struct Block_layout *)arg;    // 3
    if (aBlock->flags & BLOCK_NEEDS_FREE) {        // latches on high
        latching_incr_int(&aBlock->flags);        return aBlock;
    }    // 4
    else if (aBlock->flags & BLOCK_IS_GLOBAL) {        return aBlock;
    }    // 5
    struct Block_layout *result = malloc(aBlock->descriptor->size);    if (!result) return (void *)0;    // 6
    memmove(result, aBlock, aBlock->descriptor->size); // bitcopy first

    // 7
    result->flags &= ~(BLOCK_REFCOUNT_MASK);    // XXX not needed
    result->flags |= BLOCK_NEEDS_FREE | 1;    // 8
    result->isa = _NSConcreteMallocBlock;    // 9
    if (result->flags & BLOCK_HAS_COPY_DISPOSE) {
        (*aBlock->descriptor->copy)(result, aBlock); // do fixup
    }    return result;
} 
  上面這一段是Block_copy的一個實現，實現了從_NSConcreteStackBlock復制到_NSConcreteMallocBlock的過程。對應有9個步驟。 
  void _Block_release(void *arg) {    // 1
    struct Block_layout *aBlock = (struct Block_layout *)arg;    if (!aBlock) return;    // 2
    int32_t newCount;
    newCount = latching_decr_int(&aBlock->flags) & BLOCK_REFCOUNT_MASK;    // 3
    if (newCount > 0) return;    // 4
    if (aBlock->flags & BLOCK_NEEDS_FREE) {        if (aBlock->flags & BLOCK_HAS_COPY_DISPOSE)(*aBlock->descriptor->dispose)(aBlock);
        _Block_deallocator(aBlock);
    }    // 5
    else if (aBlock->flags & BLOCK_IS_GLOBAL) {
        ;
    }    // 6
    else {
        printf("Block_release called upon a stack Block: %p, ignored\\\\n", (void *)aBlock);
    }
} 
  上面這一段是Block_release的一個實現，實現了怎么釋放一個Block。對應有6個步驟。 
  回到上一章節中最后的例子，字符串的例子中來，轉換源碼之后，我們會發現多了一個copy和dispose方法。 
  因為在C語言的結構體中，編譯器沒法很好的進行初始化和銷毀操作。這樣對內存管理來說是很不方便的。所以就在 __main_block_desc_0結構體中間增加成員變量 void (*copy)(struct  __main_block_impl_0*, struct __main_block_impl_0*)和void (*dispose)(struct __main_block_impl_0*)，利用OC的Runtime進行內存管理。 
  相應的增加了2個方法。 
  static void __main_block_copy_0(struct __main_block_impl_0*dst, struct __main_block_impl_0*src) {_Block_object_assign((void*)&dst->str, (void*)src->str, 3/*BLOCK_FIELD_IS_OBJECT*/);}static void __main_block_dispose_0(struct __main_block_impl_0*src) {_Block_object_dispose((void*)src->str, 3/*BLOCK_FIELD_IS_OBJECT*/);} 
  這里的_Block_object_assign和_Block_object_dispose就對應著retain和release方法。 
  BLOCK_FIELD_IS_OBJECT 是Block截獲對象時候的特殊標示，如果是截獲的__block，那么是BLOCK_FIELD_IS_BYREF。 
  三.Block中__block實現原理 
  我們繼續研究一下__block實現原理。 
  1.普通非對象的變量 
  先來看看普通變量的情況。 
  #import 





 int main(int argc, const char * argv[]) {

    __block int i = 0;    void (^myBlock)(void) = ^{
        i ++;        NSLog(@"%d",i);
    };

    myBlock();    return 0;
}


   
  把上述代碼用clang轉換成源碼。 
  struct __Block_byref_i_0 {  void *__isa;
__Block_byref_i_0 *__forwarding; int __flags; int __size; int i;
};struct __main_block_impl_0 {  struct __block_impl impl;  struct __main_block_desc_0* Desc;
  __Block_byref_i_0 *i; // by ref
  __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, __Block_byref_i_0 *_i, int flags=0) : i(_i->__forwarding) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
  __Block_byref_i_0 *i = __cself->i; // bound by ref

        (i->__forwarding->i) ++;
        NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_45_k1d9q7c52vz50wz1683_hk9r0000gn_T_main_3b0837_mi_0,(i->__forwarding->i));
    }static void __main_block_copy_0(struct __main_block_impl_0*dst, struct __main_block_impl_0*src) {_Block_object_assign((void*)&dst->i, (void*)src->i, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);}static void __main_block_dispose_0(struct __main_block_impl_0*src) {_Block_object_dispose((void*)src->i, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);}static struct __main_block_desc_0 {  size_t reserved;  size_t Block_size;  void (*copy)(struct __main_block_impl_0*, struct __main_block_impl_0*);  void (*dispose)(struct __main_block_impl_0*);
} __main_block_desc_0_DATA = { 0, sizeof(struct __main_block_impl_0), __main_block_copy_0, __main_block_dispose_0};int main(int argc, const char * argv[]) {
    __attribute__((__blocks__(byref))) __Block_byref_i_0 i = {(void*)0,(__Block_byref_i_0 *)&i, 0, sizeof(__Block_byref_i_0), 0};    void (*myBlock)(void) = ((void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, (__Block_byref_i_0 *)&i, 570425344));

    ((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)myBlock)->FuncPtr)((__block_impl *)myBlock);    return 0;
} 
  從源碼我們能發現，帶有 __block的變量也被轉化成了一個結構體__Block_byref_i_0,這個結構體有5個成員變量。第一個是isa指針，第二個是指向自身類型的__forwarding指針，第三個是一個標記flag，第四個是它的大小，第五個是變量值，名字和變量名同名。 
  __attribute__((__blocks__(byref))) __Block_byref_i_0 i = {(void*)0,(__Block_byref_i_0 *)&i, 0, sizeof(__Block_byref_i_0), 0}; 
  源碼中是這樣初始化的。__forwarding指針初始化傳遞的是自己的地址。然而這里__forwarding指針真的永遠指向自己么？我們來做一個實驗。 
  //以下代碼在MRC中運行
    __block int i = 0;    NSLog(@"%p",&i);    void (^myBlock)(void) = [^{
        i ++;        NSLog(@"這是Block 里面%p",&i);
    }copy]; 
  我們把Block拷貝到了堆上，這個時候打印出來的2個i變量的地址就不同了。 
  0x7fff5fbff818<__NSMallocBlock__: 0x100203cc0>
這是Block 里面 0x1002038a8 
  地址不同就可以很明顯的說明__forwarding指針并沒有指向之前的自己了。那__forwarding指針現在指向到哪里了呢？ 
  Block里面的__block的地址和Block的地址就相差1052。我們可以很大膽的猜想，__block現在也在堆上了。 
  出現這個不同的原因在于這里把Block拷貝到了堆上。 
  由第二章里面詳細分析的，堆上的Block會持有對象。我們把Block通過copy到了堆上，堆上也會重新復制一份Block，并且該Block也會繼續持有該__block。當Block釋放的時候，__block沒有被任何對象引用，也會被釋放銷毀。 
  __forwarding指針這里的作用就是針對堆的Block，把原來__forwarding指針指向自己，換成指向_NSConcreteMallocBlock上復制之后的__block自己。然后堆上的變量的__forwarding再指向自己。這樣不管__block怎么復制到堆上，還是在棧上，都可以通過(i->__forwarding->i)來訪問到變量值。 
   
  所以在__main_block_func_0函數里面就是寫的(i->__forwarding->i)。 
  這里還有一個需要注意的地方。還是從例子說起： 
  //以下代碼在MRC中運行
    __block int i = 0;    NSLog(@"%p",&i);    void (^myBlock)(void) = ^{
        i ++;        NSLog(@"Block 里面的%p",&i);
    };    NSLog(@"%@",myBlock);

    myBlock(); 
  結果和之前copy的例子完全不同。 
   0x7fff5fbff818<__NSStackBlock__: 0x7fff5fbff7c0>** 0x7fff5fbff818 
  Block在捕獲住__block變量之后，并不會復制到堆上，所以地址也一直都在棧上。這與ARC環境下的不一樣。 
  ARC環境下，不管有沒有copy，__block都會變copy到堆上，Block也是__NSMallocBlock。 
  感謝@酷酷的哀殿 指出錯誤，感謝@bestswifter 指點。上述說法有點不妥，詳細見文章末尾更新。 
  ARC環境下，一旦Block賦值就會觸發copy，__block就會copy到堆上，Block也是__NSMallocBlock。ARC環境下也是存在__NSStackBlock的時候，這種情況下，__block就在棧上。 
  MRC環境下，只有copy，__block才會被復制到堆上，否則，__block一直都在棧上，block也只是__NSStackBlock，這個時候__forwarding指針就只指向自己了。 
   
  至此，文章開頭提出的問題一，也解答了。__block的實現原理也已經明了。 
  2.對象的變量 
  還是先舉一個例子： 
  //以下代碼是在ARC下執行的#import 





 int main(int argc, const char * argv[]) {

    __block id block_obj = [[NSObject alloc]init];    id obj = [[NSObject alloc]init];    NSLog(@"block_obj = [%@ , %p] , obj = [%@ , %p]",block_obj , █_obj , obj , &obj);    void (^myBlock)(void) = ^{        NSLog(@"***Block中****block_obj = [%@ , %p] , obj = [%@ , %p]",block_obj , █_obj , obj , &obj);
    };

    myBlock();    return 0;
}


   
  輸出 
  block_obj = [





  , 0x7fff5fbff7e8] , obj = [



     , 0x7fff5fbff7b8] Block****中********block_obj = [ 

      , 0x100f000a8] , obj = [ 

       , 0x100f00070] 





   
  我們把上面的代碼轉換成源碼研究一下： 
  struct __Block_byref_block_obj_0 {  void *__isa;
__Block_byref_block_obj_0 *__forwarding; int __flags; int __size; void (*__Block_byref_id_object_copy)(void*, void*); void (*__Block_byref_id_object_dispose)(void*); id block_obj;
};struct __main_block_impl_0 {  struct __block_impl impl;  struct __main_block_desc_0* Desc;  id obj;
  __Block_byref_block_obj_0 *block_obj; // by ref
  __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, id _obj, __Block_byref_block_obj_0 *_block_obj, int flags=0) : obj(_obj), block_obj(_block_obj->__forwarding) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
  __Block_byref_block_obj_0 *block_obj = __cself->block_obj; // bound by ref
  id obj = __cself->obj; // bound by copy

        NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_45_k1d9q7c52vz50wz1683_hk9r0000gn_T_main_e64910_mi_1,(block_obj->__forwarding->block_obj) , &(block_obj->__forwarding->block_obj) , obj , &obj);
    }static void __main_block_copy_0(struct __main_block_impl_0*dst, struct __main_block_impl_0*src) {_Block_object_assign((void*)&dst->block_obj, (void*)src->block_obj, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);_Block_object_assign((void*)&dst->obj, (void*)src->obj, 3/*BLOCK_FIELD_IS_OBJECT*/);}static void __main_block_dispose_0(struct __main_block_impl_0*src) {_Block_object_dispose((void*)src->block_obj, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);_Block_object_dispose((void*)src->obj, 3/*BLOCK_FIELD_IS_OBJECT*/);}static struct __main_block_desc_0 {
  size_t reserved;
  size_t Block_size;  void (*copy)(struct __main_block_impl_0*, struct __main_block_impl_0*);  void (*dispose)(struct __main_block_impl_0*);
} __main_block_desc_0_DATA = { 0, sizeof(struct __main_block_impl_0), __main_block_copy_0, __main_block_dispose_0};int main(int argc, const char * argv[]) {

    __attribute__((__blocks__(byref))) __Block_byref_block_obj_0 block_obj = {(void*)0,(__Block_byref_block_obj_0 *)█_obj, 33554432, sizeof(__Block_byref_block_obj_0), __Block_byref_id_object_copy_131, __Block_byref_id_object_dispose_131, ((NSObject *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)((NSObject *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("NSObject"), sel_registerName("alloc")), sel_registerName("init"))};    id obj = ((NSObject *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)((NSObject *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("NSObject"), sel_registerName("alloc")), sel_registerName("init"));    NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_45_k1d9q7c52vz50wz1683_hk9r0000gn_T_main_e64910_mi_0,(block_obj.__forwarding->block_obj) , &(block_obj.__forwarding->block_obj) , obj , &obj);    void (*myBlock)(void) = ((void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, obj, (__Block_byref_block_obj_0 *)█_obj, 570425344));

    ((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)myBlock)->FuncPtr)((__block_impl *)myBlock);    return 0;
} 
  首先需要說明的一點是對象在OC中，默認聲明自帶__strong所有權修飾符的，所以main開頭我們聲明的 
  __block id block_obj = [[NSObject alloc]init];id obj = [[NSObject alloc]init]; 
  等價于 
  __block id __strong block_obj = [[NSObject alloc]init];id __strong obj = [[NSObject alloc]init]; 
  在轉換出來的源碼中，我們也可以看到，Block捕獲了__block，并且強引用了，因為在__Block_byref_block_obj_0結構體中，有一個變量是id block_obj，這個默認也是帶__strong所有權修飾符的。 
  根據打印出來的結果來看，ARC環境下，Block捕獲外部對象變量，是都會copy一份的，地址都不同。只不過帶有__block修飾符的變量會被捕獲到Block內部持有。 
  我們再來看看MRC環境下的情況，還是將上述代碼的例子運行在MRC中。 
  輸出： 
  block_obj = [





  , 0x7fff5fbff7e8] , obj = [



     , 0x7fff5fbff7b8] Block****中********block_obj = [ 

      , 0x7fff5fbff7e8] , obj = [ 

       , 0x7fff5fbff790] 





   
  這個時候block在棧上，__NSStackBlock__，可以打印出來retainCount值都是1。當把這個block copy一下，就變成__NSMallocBlock__，對象的retainCount值就會變成2了。 
  總結： 
  在MRC環境下，__block根本不會對指針所指向的對象執行copy操作，而只是把指針進行的復制。 
  而在ARC環境下，對于聲明為__block的外部對象，在block內部會進行retain，以至于在block環境內能安全的引用外部對象，所以才會產生循環引用的問題！ 
  最后 
  關于Block捕獲外部變量有很多用途，用途也很廣，只有弄清了捕獲變量和持有的變量的概念以后，之后才能清楚的解決Block循環引用的問題。 
  再次回到文章開頭，5種變量，自動變量，函數參數 ，靜態變量，靜態全局變量，全局變量，如果嚴格的來說，捕獲是必須在Block結構體__main_block_impl_0里面有成員變量的話，Block能捕獲的變量就只有帶有自動變量和靜態變量了。捕獲進Block的對象會被Block持有。 
  對于非對象的變量來說， 
  自動變量的值，被copy進了Block，不帶__block的自動變量只能在里面被訪問，并不能改變值。 
   
  帶__block的自動變量 和 靜態變量 就是直接地址訪問。所以在Block里面可以直接改變變量的值。 
   
  而剩下的靜態全局變量，全局變量，函數參數，也是可以在直接在Block中改變變量值的，但是他們并沒有變成Block結構體__main_block_impl_0的成員變量，因為他們的作用域大，所以可以直接更改他們的值。 
  值得注意的是，靜態全局變量，全局變量，函數參數他們并不會被Block持有，也就是說不會增加retainCount值。 
  對于對象來說， 
  在MRC環境下，__block根本不會對指針所指向的對象執行copy操作，而只是把指針進行的復制。 
  而在ARC環境下，對于聲明為__block的外部對象，在block內部會進行retain，以至于在block環境內能安全的引用外部對象。 
  請大家多多指點。 
  更新 
  在ARC環境下，Block也是存在__NSStackBlock的時候的，平時見到最多的是_NSConcreteMallocBlock，是因為我們會對Block有賦值操作，所以ARC下，block 類型通過=進行傳遞時，會導致調用objc_retainBlock->_Block_copy->_Block_copy_internal方法鏈。并導致 __NSStackBlock__ 類型的 block 轉換為 __NSMallocBlock__ 類型。 
  舉例如下： 
  #import 





 int main(int argc, const char * argv[]) {

    __block int temp = 10;    NSLog(@"%@",^{NSLog(@"*******%d %p",temp ++,&temp);});    return 0;
}


   
  輸出 
  <__NSStackBlock__: 0x7fff5fbff768> 
  這種情況就是ARC環境下Block是__NSStackBlock的類型。 
    
  來自：http://www.cocoachina.com/ios/20161103/17936.html


                    
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                         iOS開發 移動開發

深入研究Block捕獲外部變量和__block實現原理

前言

研究工具：clang

目錄

一.Block捕獲外部變量實質

二.Block的copy和dispose

三.Block中__block實現原理

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