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[轉]黑幕背後的__block修飾符

http://www.cocoachina.com/ios/20150106/10850.html

我們知道在Block使用中，Block内部能夠讀取外部局部變量的值。但我們需要改變這個變量的值時，我們需要給它附加上__block修飾符。

__block另外一個比較多的使用場景是，為了避免某些情況下Block循環引用的問題，我們也可以給相應對象加上__block 修飾符。

為什麼不使用__block就不能在Block内部修改外部的局部變量？

我們把以下代碼通過 clang -rewrite-objc 源代碼檔案名重寫：

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        int val = 10;
        void (^block)(void) = ^{
            NSLog(@"%d", val);
        };
        block();
    }
    return 0;
}

得到如下代碼:

struct __main_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __main_block_desc_0* Desc;
  int val;
  __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, int _val, int flags=0) : 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 val = __cself->val; // bound by copy
  NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__val_folders_gm_0jk35cwn1d3326x0061qym280000gn_T_main_41daf1_mi_0, 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[]) {
    /* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool; 
        int val = 10;
        void (*block)(void) = (void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, val);
        ((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)block)->FuncPtr)((__block_impl *)block);
    }
    return 0;
}

我們注意到Block實質被轉換成了一個__main_block_impl_0的結構體執行個體，其中__main_block_impl_0結構體的成員包括局部變量val。在__main_block_impl_0結構體的構造方法中，val作為第三個參數傳遞進入。

但執行我們的Block時，通過block找到Block對應的方法執行部分__main_block_func_0，并把目前block作為參數傳遞到__main_block_func_0方法中。

__main_block_func_0的第一個參數聲明如下：

struct __main_block_impl_0 *__cself

它和Objective－C的self相同，不過它是指向 __main_block_impl_0 結構體的指針。

這個時候我們就可以通過__cself->val對該變量進行通路。

那麼，為什麼這個時候不能給val進行指派呢？

因 為main函數中的局部變量val和函數__main_block_func_0不在同一個作用域中，調用過程中隻是進行了值傳遞。當然，在上面代碼中， 我們可以通過指針來實作局部變量的修改。不過這是由于在調用__main_block_func_0時，main函數棧還沒展開完成，變量val還在棧 中。但是在很多情況下，block是作為參數傳遞以供後續回調執行的。通常在這些情況下，block被執行時，定義時所在的函數棧已經被展開，局部變量已 經不在棧中了（block此時在哪裡？），再用指針通路就……

是以，對于auto類型的局部變量，不允許block進行修改是合理的。

__block 到底是怎麼工作的?

我們把以下代碼通過 clang -rewrite-objc 源代碼檔案名重寫：

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        __block NSInteger val = 0;
        void (^block)(void) = ^{
            val = 1;
        };
        block();
        NSLog(@"val = %ld", val);
    }
    return 0;
}

可得到如下代碼：

struct __Block_byref_val_0 {
     void *__isa;
     __Block_byref_val_0 *__forwarding;
     int __flags;
     int __size;
     NSInteger val;
};
struct __main_block_impl_0 {
      struct __block_impl impl;
      struct __main_block_desc_0* Desc;
      __Block_byref_val_0 *val; // by ref
      __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, __Block_byref_val_0 *_val, int flags=0) : val(_val->__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_val_0 *val = __cself->val; // bound by ref
  (val->__forwarding->val) = 1;
}
static void __main_block_copy_0 (struct __main_block_impl_0*dst, struct __main_block_impl_0*src) {
    _Block_object_assign((void*)&dst->val, (void*)src->val, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);
}
static void __main_block_dispose_0 (struct __main_block_impl_0*src)     {
    _Block_object_dispose((void*)src->val, 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[]) {
    {   __AtAutoreleasePool __autoreleasepool; 
        __attribute__((__blocks__(byref))) __Block_byref_val_0 val = {(void*)0,(__Block_byref_val_0 *)&val, 0, sizeof(__Block_byref_val_0), 0};
        void (*block)(void) = (void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, (__Block_byref_val_0 *)&val, 570425344);
        ((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)block)->FuncPtr)((__block_impl *)block);
        NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__val_folders_gm_0jk35cwn1d3326x0061qym280000gn_T_main_d7fc4b_mi_0, (val.__forwarding->val));
    }
    return 0;
}

我們發現由__block修飾的變量變成了一個__Block_byref_val_0結構體類型的執行個體。該結構體的聲明如下：

struct __Block_byref_val_0 {
     void *__isa;
     __Block_byref_val_0 *__forwarding;
     int __flags;
     int __size;
     NSInteger val;
};

注意到這個結構體中包含了該執行個體本身的引用 __forwarding。

我們從上述被轉化的代碼中可以看出 Block 本身也一樣被轉換成了 __main_block_impl_0 結構體執行個體，該執行個體持有__Block_byref_val_0結構體執行個體的指針。

我們再看一下指派和執行部分代碼被轉化後的結果：

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

我們從__cself找到__Block_byref_val_0結構體執行個體，然後通過該執行個體的__forwarding通路成員變量val。成員變量val是該執行個體自身持有的變量，指向的是原來的局部變量。如圖所示:

[轉]黑幕背後的__block修飾符

上面部分我們展示了__block變量在Block檢視和修改的過程，那麼問題來了：

  • 當block作為回調執行時，局部變量val已經出棧了，這個時候代碼為什麼還能正常工作呢?
  • 我們為什麼是通過成員變量__forwarding而不是直接去通路結構體中我們需要修改的變量呢? __forwarding被設計出來的原因又是什麼呢?

存儲域

通 過上面的描述我們知道Block和__block變量實質就是一個相應結構體的執行個體。我們在上述轉換過的代碼中可以發現 __main_block_impl_0 結構體構造函數中， isa指向的是 _NSConcreteStackBlock。Block還有另外兩個與之相似的類:

  • _NSConcreteStackBlock 儲存在棧中的block，出棧時會被銷毀
  • _NSConcreteGlobalBlock 全局的靜态block，不會通路任何外部變量
  • _NSConcreteMallocBlock 儲存在堆中的block，當引用計數為0時會被銷毀

上述示例代碼中，Block是被設為_NSConcreteStackBlock，在棧上生成。當我們把Block作為全局變量使用時，對應生成的Block将被設為_NSConcreteGlobalBlock，如:

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

該代碼轉換後的代碼中，Block結構體的成員變量isa的初始化如下:

 impl.isa = &_NSConcreteGlobalBlock;

那麼_NSConcreteMallocBlock在什麼時候被使用呢？

配置設定在全局變量上的Block，在變量作用域外也可以通過指針安全的通路。但配置設定在棧上的Block，如果它所屬的變量作用域結束，該Block就被廢棄。同樣地，__block變量也配置設定在棧上，當超過該變量的作用域時，該__block變量也會被廢棄。

這 個時候_NSConcreteMallocBlock就登場了，Blocks提供了将Block和__block變量從棧上複制到堆上的方法來解決這個問 題。将配置設定到棧上的Block複制到堆上，這樣但棧上的Block超過它原本作用域時，堆上的Block還可以繼續存在。

複制到堆上的Block，它的結構體成員變量isa将變為:

impl.isa = &_NSConcreteMallocBlock;

而_block變量中結構體成員__forwarding就在此時保證了從棧上複制到堆上能夠正确通路__block變量。在這種情況下，隻要棧上的_block變量的成員變量__forwarding指向堆上的執行個體，我們就能夠正确通路。

我 們一般可以使用copy方法手動将 Block 或者 __block變量從棧複制到堆上。比如我們把Block做為類的屬性通路時，我們一般把該屬性設為copy。有些情況下我們可以不用手動複制,比如 Cocoa架構中使用含有usingBlock方法名的方法時，或者GCD的API中傳遞Block時。

當一個Block被複制到堆上時，與之相關的__block變量也會被複制到堆上，此時堆上的Block持有相應堆上的__block變量。當堆上的__block變量沒有持有者時，它才會被廢棄。(這裡的思考方式和objc引用計數記憶體管理完全相同。)

而在棧上的__block變量被複制到堆上之後，會将成員變量__forwarding的值替換為堆上的__block變量的位址。這個時候我們可以通過以下代碼通路:

val.__forwarding->val

如下面:

[轉]黑幕背後的__block修飾符

__block變量和循環引用問題

__block修飾符可以指定任何類型的局部變量，上面的轉換代碼中，有如下代碼:

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

當Block從棧複制到堆時，會使用_Block_object_assign函數持有該變量(相當于retain)。當堆上的Block被廢棄時，會使用_Block_object_dispose函數釋放該變量(相當于release)。

由上文描述可知，我們可以使用下述代碼解除Block循環引用的問題:

__block id tmp = self;
void(^block)(void) = ^{
    tmp = nil;
};
block();

通過執行block方法，nil被指派到_block變量tmp中。這個時候_block變量對 self 的強引用失效，進而避免循環引用的問題。使用__block變量的優點是:

  • 通過__block變量可以控制對象的生命周期
  • 在不能使用__weak修飾符的環境中，我們可以避免使用__unsafe_unretained修飾符
  • 在執行Block時可動态地決定是否将nil或者其它對象指派給__block變量

但是這種方法有一個明顯的缺點就是，我們必須去執行Block才能夠解除循環引用問題，否則就會出現問題。

轉載于:https://www.cnblogs.com/Cheetah-yang/p/4898711.html

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