黑幕背后的__block修饰符

我们知道在Block使用中，Block内部能够读取外部局部变量的值。但我们需要改变这个变量的值时，我们需要给它附加上__block修饰符。

__block另外一个比较多的使用场景是，为了避免某些情况下Block循环引用的问题，我们也可以给相应对象加上__block 修饰符。

为什么不使用__block就不能在Block内部修改外部的局部变量？

我们把以下代码通过 clang -rewrite-objc 源代码文件名重写：

 1 int main(int argc, const char * argv[]) {
 2     @autoreleasepool {
 3         int val = 10;
 4         void (^block)(void) = ^{
 5             NSLog(@"%d", val);
 6         };
 7         block();
 8     }
 9     return 0;
10 }

得到如下代码:

 1 struct __main_block_impl_0 {
 2   struct __block_impl impl;
 3   struct __main_block_desc_0* Desc;
 4   int val;
 5   __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, int _val, int flags=0) : val(_val) {
 6     impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
 7     impl.Flags = flags;
 8     impl.FuncPtr = fp;
 9     Desc = desc;
10   }
11 };
12 static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
13   int val = __cself->val; // bound by copy
14   NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__val_folders_gm_0jk35cwn1d3326x0061qym280000gn_T_main_41daf1_mi_0, val);
15 }
16 static struct __main_block_desc_0 {
17   size_t reserved;
18   size_t Block_size;
19 } __main_block_desc_0_DATA = { 0, sizeof(struct __main_block_impl_0)};
20 int main(int argc, const char * argv[]) {
21     /* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool; 
22         int val = 10;
23         void (*block)(void) = (void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, val);
24         ((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)block)->FuncPtr)((__block_impl *)block);
25     }
26     return 0;
27 }

我们注意到Block实质被转换成了一个__main_block_impl_0的结构体实例，其中__main_block_impl_0结构体的成员包括局部变量val。在__main_block_impl_0结构体的构造方法中，val作为第三个参数传递进入。

但执行我们的Block时，通过block找到Block对应的方法执行部分__main_block_func_0，并把当前block作为参数传递到__main_block_func_0方法中。

__main_block_func_0的第一个参数声明如下：

struct __main_block_impl_0 *__cself

它和Objective－C的self相同，不过它是指向 __main_block_impl_0 结构体的指针。

这个时候我们就可以通过__cself->val对该变量进行访问。

那么，为什么这个时候不能给val进行赋值呢？

因为main函数中的局部变量val和函数__main_block_func_0不在同一个作用域中，调用过程中只是进行了值传递。当然，在上面代码中，我们可以通过指针来实现局部变量的修改。不过这是由于在调用__main_block_func_0时，main函数栈还没展开完成，变量val还在栈中。但是在很多情况下，block是作为参数传递以供后续回调执行的。通常在这些情况下，block被执行时，定义时所在的函数栈已经被展开，局部变量已经不在栈中了（block此时在哪里？），再用指针访问就……

所以，对于auto类型的局部变量，不允许block进行修改是合理的。

__block 到底是怎么工作的?

我们把以下代码通过 clang -rewrite-objc 源代码文件名重写：

 1 int main(int argc, const char * argv[]) {
 2     @autoreleasepool {
 3         __block NSInteger val = 0;
 4         void (^block)(void) = ^{
 5             val = 1;
 6         };
 7         block();
 8         NSLog(@"val = %ld", val);
 9     }
10     return 0;
11 }

可得到如下代码：

 1 struct __Block_byref_val_0 {
 2      void *__isa;
 3      __Block_byref_val_0 *__forwarding;
 4      int __flags;
 5      int __size;
 6      NSInteger val;
 7 };
 8 struct __main_block_impl_0 {
 9       struct __block_impl impl;
10       struct __main_block_desc_0* Desc;
11       __Block_byref_val_0 *val; // by ref
12       __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, __Block_byref_val_0 *_val, int flags=0) : val(_val->__forwarding) {
13         impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
14         impl.Flags = flags;
15         impl.FuncPtr = fp;
16         Desc = desc;
17       }
18 };
19 static void __main_block_func_0 (struct __main_block_impl_0 *__cself) {
20   __Block_byref_val_0 *val = __cself->val; // bound by ref
21   (val->__forwarding->val) = 1;
22 }
23 static void __main_block_copy_0 (struct __main_block_impl_0*dst, struct __main_block_impl_0*src) {
24     _Block_object_assign((void*)&dst->val, (void*)src->val, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);
25 }
26 static void __main_block_dispose_0 (struct __main_block_impl_0*src)     {
27     _Block_object_dispose((void*)src->val, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);
28 }
29 static struct __main_block_desc_0 {
30   size_t reserved;
31   size_t Block_size;
32   void (*copy)(struct __main_block_impl_0*, struct __main_block_impl_0*);
33   void (*dispose)(struct __main_block_impl_0*);
34 } __main_block_desc_0_DATA = { 0, sizeof(struct __main_block_impl_0), __main_block_copy_0, __main_block_dispose_0};
35 int main(int argc, const char * argv[]) {
36     {   __AtAutoreleasePool __autoreleasepool; 
37         __attribute__((__blocks__(byref))) __Block_byref_val_0 val = {(void*)0,(__Block_byref_val_0 *)&val, 0, sizeof(__Block_byref_val_0), 0};
38         void (*block)(void) = (void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, (__Block_byref_val_0 *)&val, 570425344);
39         ((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)block)->FuncPtr)((__block_impl *)block);
40         NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__val_folders_gm_0jk35cwn1d3326x0061qym280000gn_T_main_d7fc4b_mi_0, (val.__forwarding->val));
41     }
42     return 0;
43 }

我们发现由__block修饰的变量变成了一个__Block_byref_val_0结构体类型的实例。该结构体的声明如下：

1 struct __Block_byref_val_0 {
2      void *__isa;
3      __Block_byref_val_0 *__forwarding;
4      int __flags;
5      int __size;
6      NSInteger val;
7 };

注意到这个结构体中包含了该实例本身的引用 __forwarding。

我们从上述被转化的代码中可以看出 Block 本身也一样被转换成了 __main_block_impl_0 结构体实例，该实例持有__Block_byref_val_0结构体实例的指针。

我们再看一下赋值和执行部分代码被转化后的结果：

1 static void __main_block_func_0 (struct __main_block_impl_0 *__cself) {
2   __Block_byref_val_0 *val = __cself->val; // bound by ref
3   (val->__forwarding->val) = 1;
4 }
5 ((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)block)->FuncPtr)((__block_impl *)block);

我们从__cself找到__Block_byref_val_0结构体实例，然后通过该实例的__forwarding访问成员变量val。成员变量val是该实例自身持有的变量，指向的是原来的局部变量。如图所示:

263.jpg

上面部分我们展示了__block变量在Block查看和修改的过程，那么问题来了：

  • 当block作为回调执行时，局部变量val已经出栈了，这个时候代码为什么还能正常工作呢?

  • 我们为什么是通过成员变量__forwarding而不是直接去访问结构体中我们需要修改的变量呢? __forwarding被设计出来的原因又是什么呢?

存储域

通过上面的描述我们知道Block和__block变量实质就是一个相应结构体的实例。我们在上述转换过的代码中可以发现 __main_block_impl_0 结构体构造函数中， isa指向的是 _NSConcreteStackBlock。Block还有另外两个与之相似的类:

  • _NSConcreteStackBlock 保存在栈中的block，出栈时会被销毁

  • _NSConcreteGlobalBlock 全局的静态block，不会访问任何外部变量

  • _NSConcreteMallocBlock 保存在堆中的block，当引用计数为0时会被销毁

上述示例代码中，Block是被设为_NSConcreteStackBlock，在栈上生成。当我们把Block作为全局变量使用时，对应生成的Block将被设为_NSConcreteGlobalBlock，如:

1 void (^block)(void) = ^{NSLog(@"This is a Global Block");};
2 int main(int argc, const char * argv[]) {
3     @autoreleasepool {
4         block();
5     }
6     return 0;
7 }

该代码转换后的代码中，Block结构体的成员变量isa的初始化如下:

impl.isa = &_NSConcreteGlobalBlock;

那么_NSConcreteMallocBlock在什么时候被使用呢？

分配在全局变量上的Block，在变量作用域外也可以通过指针安全的访问。但分配在栈上的Block，如果它所属的变量作用域结束，该Block就被废弃。同样地，__block变量也分配在栈上，当超过该变量的作用域时，该__block变量也会被废弃。

这个时候_NSConcreteMallocBlock就登场了，Blocks提供了将Block和__block变量从栈上复制到堆上的方法来解决这个问题。将分配到栈上的Block复制到堆上，这样但栈上的Block超过它原本作用域时，堆上的Block还可以继续存在。

复制到堆上的Block，它的结构体成员变量isa将变为:

impl.isa = &_NSConcreteMallocBlock;

而_block变量中结构体成员__forwarding就在此时保证了从栈上复制到堆上能够正确访问__block变量。在这种情况下，只要栈上的_block变量的成员变量__forwarding指向堆上的实例，我们就能够正确访问。

我们一般可以使用copy方法手动将 Block 或者 __block变量从栈复制到堆上。比如我们把Block做为类的属性访问时，我们一般把该属性设为copy。有些情况下我们可以不用手动复制,比如Cocoa框架中使用含有usingBlock方法名的方法时，或者GCD的API中传递Block时。

当一个Block被复制到堆上时，与之相关的__block变量也会被复制到堆上，此时堆上的Block持有相应堆上的__block变量。当堆上的__block变量没有持有者时，它才会被废弃。(这里的思考方式和objc引用计数内存管理完全相同。)

而在栈上的__block变量被复制到堆上之后，会将成员变量__forwarding的值替换为堆上的__block变量的地址。这个时候我们可以通过以下代码访问:

val.__forwarding->val

如下面:

29.jpg

__block变量和循环引用问题

__block修饰符可以指定任何类型的局部变量，上面的转换代码中，有如下代码:

1 static void __main_block_copy_0 (struct __main_block_impl_0*dst, struct __main_block_impl_0*src) {
2     _Block_object_assign((void*)&dst->val, (void*)src->val, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);
3 }
4 static void __main_block_dispose_0 (struct __main_block_impl_0*src)     {
5     _Block_object_dispose((void*)src->val, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);
6 }

当Block从栈复制到堆时，会使用_Block_object_assign函数持有该变量(相当于retain)。当堆上的Block被废弃时，会使用_Block_object_dispose函数释放该变量(相当于release)。

由上文描述可知，我们可以使用下述代码解除Block循环引用的问题:

1 __block id tmp = self;
2 void(^block)(void) = ^{
3     tmp = nil;
4 };
5 block();

通过执行block方法，nil被赋值到_block变量tmp中。这个时候_block变量对 self 的强引用失效，从而避免循环引用的问题。使用__block变量的优点是:

  • 通过__block变量可以控制对象的生命周期

  • 在不能使用__weak修饰符的环境中，我们可以避免使用__unsafe_unretained修饰符

  • 在执行Block时可动态地决定是否将nil或者其它对象赋值给__block变量

但是这种方法有一个明显的缺点就是，我们必须去执行Block才能够解除循环引用问题，否则就会出现问题。

【推广】 免费学中医，健康全家人
原文地址：https://www.cnblogs.com/spring286/p/4205691.html