深入理解Block之Block的类型

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    iOS-Source-Code-Analyse 首发
    Follow: sunbohong· Github

    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

    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Block-ABI-Apple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 libclosure-65 - Block_private.h-213

    // the raw data space for runtime classes for blocks
// class+meta used for stack, malloc, and collectable based blocks
BLOCK_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 Block-ABI-Apple 已经提及，并且 CGBlocks_8cpp_source.html#l00141 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 static void computeBlockInfo(CodeGenModule &CGM, CodeGenFunction *CGF,CGBlockInfo &info) 函数内的 334行 至 339行，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static void computeBlockInfo(CodeGenModule &CGM, CodeGenFunction *CGF,CGBlockInfo &info)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 libclosure-65/runtime.c

    // 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 stack
copy->forwarding = copy; // patch heap copy to point to itself (skip write-barrier)
src->forwarding = copy;  // patch stack to point to heap copy
copy->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。objc4-680/runtime/NSObject.mm-193 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。

    \ strong retain copy
    直接赋值 _Block_copy->_Block_copy_internal _Block_copy->_Block_copy_internal 无
    间接赋值 _Block_copy->_Block_copy_internal _Block_copy->_Block_copy_internal _Block_copy->_Block_copy_internal
    通过属性取值 _Block_copy->_Block_copy_internal-> _Block_copy->_Block_copy_internal _Block_copy->_Block_copy_internal-> _Block_copy->_Block_copy_internal _Block_copy->_Block_copy_internal-> _Block_copy->_Block_copy_internal _Block_copy->_Block_copy_internal-> _Block_copy->_Block_copy_internal
    通过变量取值 无 无 无

    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
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