Objective C Block捕获外部值
小橘爷 人气:0引言
Block 本质上也是一个 Objective-C 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 Objective-C 对象。Block 的底层结构如下图所示：
Block 对于不同类型的值会有不同的捕获方式，本文将通过代码展示其对于各种场景下的外部值是如何进行捕获的。
自动变量
首先展示源代码：
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
NSInteger value = 0;
void(^block)(void) = ^{
NSLog(@"%zd", value);
};
block();
}
return 0;
}
经过 clang -rewrite-objc 之后，得到的代码如下，可以看到，对于自动变量的捕获，是会在 Block 结构体中生成一个对应类型的成员变量来实现捕获的能力，这也解释了为什么在 Block 中修改捕获的值的内容，无法对 Block 外的值产生影响。
struct __main_block_impl_0 {
struct __block_impl impl;
struct __main_block_desc_0* Desc;
NSInteger value; // 捕获的 NSInteger value
__main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, NSInteger _value, int flags=0) : value(_value) {
impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
impl.Flags = flags;
impl.FuncPtr = fp;
Desc = desc;
}
};
static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
NSInteger value = __cself->value; // bound by copy
NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_zz_zyxvpxvq6csfxvn_n0000000000000_T_main_e3ca95_mi_0, value);
}
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[]) {
/* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool;
NSInteger value = 0;
void(*block)(void) = ((void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, value));
((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)block)->FuncPtr)((__block_impl *)block);
}
return 0;
}
静态变量、静态全局变量与全局变量
对于静态变量、静态全局变量与全局变量的捕获，会稍有不同，其中：
- 全局变量与静态全局变量：直接使用，因为地址一直是可以直接获取的。
- 静态变量：捕获地址使用，因为
block有可能会传递出创建时的作用域。
NSInteger globalValue = 1;
static NSInteger staticGlobalValue = 2;
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
static NSInteger staticValue = 3;
void(^block)(void) = ^{
globalValue += 1;
staticGlobalValue += 2;
staticValue += 3;
};
block();
}
return 0;
}
NSInteger globalValue = 1;
static NSInteger staticGlobalValue = 2;
struct __main_block_impl_0 {
struct __block_impl impl;
struct __main_block_desc_0* Desc;
NSInteger *staticValue;
__main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, NSInteger *_staticValue, int flags=0) : staticValue(_staticValue) {
impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
impl.Flags = flags;
impl.FuncPtr = fp;
Desc = desc;
}
};
static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
NSInteger *staticValue = __cself->staticValue; // bound by copy
globalValue += 1;
staticGlobalValue += 2;
(*staticValue) += 3;
}
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[]) {
/* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool;
static NSInteger staticValue = 3;
void(*block)(void) = ((void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, &staticValue));
((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)block)->FuncPtr)((__block_impl *)block);
}
return 0;
}
带 __block 的自动变量
被 __block 修饰的自动变量，可以在 Block 内部对其外部的值进行修改：
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
__block NSInteger value = 0;
void(^block)(void) = ^{
value = 10;
};
block();
NSLog(@"%zd", value);
}
return 0;
}
这次生成的代码复杂了一些，不过只关注 value 部分的话可以发现，Block 为了捕获 __block 类型的自动变量，会生成 __Block_byref_value_0 结构体，并通过该结构体来实现对外部 __block 自动变量的捕获。
struct __Block_byref_value_0 { // 为捕获 __block 的自动变量，生成的结构体。为的是方便多个 Block 同时捕获一个自动变量时使用。
void *__isa; // isa 指针
__Block_byref_value_0 *__forwarding; // 在 Block 单纯在栈上是，指向的是自己，拷贝到堆上后，指向的是在堆上的 Block。之所以需要这样的指针是因为当 Block 拷贝到堆上时，调用方式是统一的。
int __flags;
int __size;
NSInteger value; // 具体的值
};
struct __main_block_impl_0 {
struct __block_impl impl;
struct __main_block_desc_0* Desc;
__Block_byref_value_0 *value; // 通过引用的方式捕获 value，其中变量类型为 __Block_byref_value_0
__main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, __Block_byref_value_0 *_value, int flags=0) : value(_value->__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_value_0 *value = __cself->value; // bound by ref
(value->__forwarding->value) = 10; // 赋值代码
}
static void __main_block_copy_0(struct __main_block_impl_0*dst, struct __main_block_impl_0*src) {_Block_object_assign((void*)&dst->value, (void*)src->value, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);}
static void __main_block_dispose_0(struct __main_block_impl_0*src) {_Block_object_dispose((void*)src->value, 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[]) {
/* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool;
__attribute__((__blocks__(byref))) __Block_byref_value_0 value = {(void*)0,(__Block_byref_value_0 *)&value, 0, sizeof(__Block_byref_value_0), 0};
void(*block)(void) = ((void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, (__Block_byref_value_0 *)&value, 570425344));
((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)block)->FuncPtr)((__block_impl *)block);
NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_zz_zyxvpxvq6csfxvn_n0000000000000_T_main_6bf1c6_mi_0, (value.__forwarding->value));
}
return 0;
}
__block 可以用于解决 block 内部无法修改 auto 变量值的问题，__block 不能修饰全局变量、静态变量（static），编译器会将 __block 变量包装成一个对象。
当 block 在栈上时，并不会对 __block 变量产生强引用。
当 block 被 copy 到堆时，会调用 block 内部的 copy 函数，copy 函数内部会调用 _Block_object_assign 函数，_Block_object_assign 函数会对 __block 变量形成强引用（retain）。
当 block 从堆中移除时，会调用 block 内部的 dispose 函数，dispose 函数内部会调用 _Block_object_dispose 函数，_Block_object_dispose 函数会自动释放引用的 __block 变量（release）。
捕获对象
在探究完对标量类型的捕获之后，让我们看一下对对象类型的捕获：
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
NSArray *array = [NSArray array];
void(^block)(void) = ^{
NSLog(@"%@", array);
};
block();
}
return 0;
}
通过转译的代码可以看出，因为对象类型本身已经是存储在堆上的值了，所以直接获取其地址即可，同时其新增了两个函数 __main_block_copy_0 和 __main_block_dispose_0，这两个函数是用来将对象拷贝到堆上和被从堆上移除时调用的，其内部又分别调用了 _Block_object_assign 和 _Block_object_dispose 用来对捕获的对象进行引用计数的增加和减少。
struct __main_block_impl_0 {
struct __block_impl impl;
struct __main_block_desc_0* Desc;
NSArray *array;
__main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, NSArray *_array, int flags=0) : array(_array) {
impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
impl.Flags = flags;
impl.FuncPtr = fp;
Desc = desc;
}
};
static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
NSArray *array = __cself->array; // bound by copy
NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_zz_zyxvpxvq6csfxvn_n0000000000000_T_main_8ba4f7_mi_0, array);
}
static void __main_block_copy_0(struct __main_block_impl_0*dst, struct __main_block_impl_0*src) {_Block_object_assign((void*)&dst->array, (void*)src->array, 3/*BLOCK_FIELD_IS_OBJECT*/);}
static void __main_block_dispose_0(struct __main_block_impl_0*src) {_Block_object_dispose((void*)src->array, 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[]) {
/* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool;
NSArray *array = ((NSArray * _Nonnull (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("NSArray"), sel_registerName("array"));
void(*block)(void) = ((void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, array, 570425344));
((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)block)->FuncPtr)((__block_impl *)block);
}
return 0;
}
Block 对象本身分为三种类型：
- NSGlobalBlock：没有访问
auto变量，调用copy方法之后不会发生变化。 - NSStackBlock：访问了
auto变量，调用copy方法之后存储位置从栈变为堆。 - NSMallocBlock：
__NSStackBlock__调用了copy方法之后，引用计数增加。
在 ARC 环境下，编译器会根据情况自动将栈上的 block 复制到堆上，比如以下情况：
Block作为函数返回值时- 将
Block赋值给__strong指针时 Block作为Cocoa API中方法名含有usingBlock的方法参数时Block作为GCD API的方法参数时
所以，当 Block 内部访问了对象类型的 auto 变量时。如果 Block 是在栈上，将不会对 auto 变量产生强引用。
如果 Block 被拷贝到堆上，会调用 Block 内部的 copy 函数，copy 函数内部会调用 _Block_object_assign 函数，_Block_object_assign 函数会根据 auto 变量的修饰符（__strong、__weak、__unsafe_unretained）做出相应的操作，形成强引用或者弱引用。
如果 Block 从堆上移除，会调用 Block 内部的 dispose 函数，dispose 函数内部会调用 _Block_object_dispose 函数。_Block_object_dispose 函数会自动释放引用的 auto 变量（release）。
__block 对象类型的捕获
如果想在 Block 中，对捕获的对象的指针指向进行修改，则需要添加 __block 关键字：
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
__block NSArray *array = [NSArray array];
void(^block)(void) = ^{
array = [NSArray array];
NSLog(@"%@", array);
};
block();
}
return 0;
}
通过转译我们可以看出，跟 __block 修饰的标量类型相似，同样会生成 __Block_byref_array_0 结构体来捕获对象类型。同时其内部生成了 __Block_byref_id_object_copy 和 __Block_byref_id_object_dispose 两个函数指针，用于对被结构体包装的对象进行内存管理。
static void __Block_byref_id_object_copy_131(void *dst, void *src) {
_Block_object_assign((char*)dst + 40, *(void * *) ((char*)src + 40), 131);
}
static void __Block_byref_id_object_dispose_131(void *src) {
_Block_object_dispose(*(void * *) ((char*)src + 40), 131);
}
struct __Block_byref_array_0 {
void *__isa;
__Block_byref_array_0 *__forwarding;
int __flags;
int __size;
void (*__Block_byref_id_object_copy)(void*, void*);
void (*__Block_byref_id_object_dispose)(void*);
NSArray *array;
};
struct __main_block_impl_0 {
struct __block_impl impl;
struct __main_block_desc_0* Desc;
__Block_byref_array_0 *array; // by ref
__main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, __Block_byref_array_0 *_array, int flags=0) : array(_array->__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_array_0 *array = __cself->array; // bound by ref
(array->__forwarding->array) = ((NSArray * _Nonnull (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("NSArray"), sel_registerName("array"));
NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_zz_zyxvpxvq6csfxvn_n0000000000000_T_main_3593f0_mi_0, (array->__forwarding->array));
}
static void __main_block_copy_0(struct __main_block_impl_0*dst, struct __main_block_impl_0*src) {_Block_object_assign((void*)&dst->array, (void*)src->array, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);}
static void __main_block_dispose_0(struct __main_block_impl_0*src) {_Block_object_dispose((void*)src->array, 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[]) {
/* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool;
__attribute__((__blocks__(byref))) __Block_byref_array_0 array = {(void*)0,(__Block_byref_array_0 *)&array, 33554432, sizeof(__Block_byref_array_0), __Block_byref_id_object_copy_131, __Block_byref_id_object_dispose_131, ((NSArray * _Nonnull (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("NSArray"), sel_registerName("array"))};
void(*block)(void) = ((void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, (__Block_byref_array_0 *)&array, 570425344));
((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)block)->FuncPtr)((__block_impl *)block);
}
return 0;
}
当 block 在栈上时，对它们都不会产生强引用。
当 block 拷贝到堆上时，都会通过 copy 函数来处理它们，__block 变量（假设变量名叫做 a）：
_Block_object_assign((void*)&dst->a, (void*)src->a, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);
对象类型的 auto 变量（假设变量名叫做 p）:
_Block_object_assign((void*)&dst->p, (void*)src->p, 3/*BLOCK_FIELD_IS_OBJECT*/);
当 block 从堆上移除时，都会通过 dispose 函数来释放它们，__block 变量（假设变量名叫做 a）：
_Block_object_dispose((void*)src->a, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);
对象类型的 auto 变量（假设变量名叫做 p）:
_Block_object_dispose((void*)src->p, 3/*BLOCK_FIELD_IS_OBJECT*/);
加载全部内容