【iOS】—— Block总结

《杯莫停》2024-07-28 18:36

Block总结

1. Block的使用规范

Block完整格式：声明变量+定义

objective-c 复制代码 
//block声明
void (^blockName) (int a, int b);
//block实现
int ^(int a, int b){

 };
objective-c 复制代码 
 int (^blockName)(int numA, int numB) = ^int (int a, int b){
      return a+b;
  };

Block变量类似于函数指针。

用途：自动变量（局部变量）

  • 函数参数
  • 静态变量
  • 静态全局变量
  • 全局变量

截获自动变量：带有自动变量的值在Block中表现为"截获自动变量"。

值得注意是 ：在现在的Blocks中，截获自动变量的方法并没有实现对C语言数组的截获。

Block判空：

在iOS中对一个 Block 进行判空实际上是在检查这个 Block变量是否有指向创建出来Block对象。

正如下面的例子：

objective-c 复制代码 
 void (^myBlock)(void);
  if (myBlock) {
      NSLog(@"2");
  } else {
      NSLog(@"1");
  }
  NSLog(@"%p", myBlock);

运行结果：说明该Block为空

这个是Block实际函数指针的结构体：

objective-c 复制代码 
 struct __block_impl {
  void *isa;//用于保存Block结构体的实例指针
  int Flags;//标志位
  int Reserved;//今后版本升级所需的区域大小
  void *FuncPtr;//函数指针，FuncPtr指针指向Block的主体部分，也就是Block对应OC代码中的^{...}的部分
}；

而对于判空的底层代码逻辑则要跟更详细一点：

objective-c 复制代码 
 // 判空并执行 Block
  if (myBlock != NULL && myBlock->FuncPtr != NULL) {
      myBlock->FuncPtr();
  } else {
      printf("Block is NULL!\n");
  }

因此判断Block是否为空有两个步骤：检查 Block 变量是否为 nil ，检查 Block 中的函数指针是否为 NULL。

2. __block修饰符

block可以截获变量，但是在block内部不能修改变量的值。

因此使用__block修饰符修饰变量，对需要在block内部赋值的变量，使用修饰符，确保可以对变量进行修饰。

objective-c 复制代码 
id tyarray = @[@"blk", @"123", @"234"];
id __block arr = [[NSMutableArray alloc] init];
void (^blk) (void) = ^{
    arr = tyarray;
    NSLog(@"%@", arr);
};
__block修饰符的底层原理

我们都知道block捕获了带有__block修饰符的变量时可以修改变量的值，但是具体是怎么做到的？

以下面的变量为例：

objective-c 复制代码 
 __block int b = 10;
 void (^block2)(void) = ^{
     NSLog(@"%d",b);
 };
 b = 100;
 block2();

原理：首先被__block修饰的变量b，声明变为b的__Block_byref_b_0结构体，加上__block修饰符的话捕获到的block内的变量为__Block_byref_b_0类型的结构体。

接下来看一下**__Block_byref_val_0**结构体的底层：

objective-c 复制代码 
 struct __Block_byref_val_0 {
 void *__isa;
 __Block_byref_val_0 *__forwarding;
 int __flags;
 int __size;
 int val;
};
  • __isa指针：Block_byref_age_0中也有isa指针也就是说__Block_byref_b_0本质也一个对象。
  • __forwarding：__forwarding是__Block_byref_b_0**结构体类型的，并且__forwarding存储的值为(__Block_byref_age_0 )&b，即结构体自己的内存地址。
  • __flags ：0
  • __size ：sizeof(__Block_byref_b_0)即__Block_byref_b_0所占用的内存空间。
  • b ：真正存储变量的地方，这里存储局部变量10。

接着将 __Block_byref_b_0结构体b存入__main_block_impl_0结构体中，并赋值给__Block_byref_b_0 *age

之后调用block，首先取出__main_block_impl_0中的b，通过b结构体拿到__forwarding指针，__forwarding中保存的就是__Block_byref_b_0结构体本身，这里也就是b(__Block_byref_b_0)，在通过__forwarding拿到结构体中的b(10)变量并修改其值。

总结：block为什么能够修改变量的值？因为block把变量包装成了一个带有指针的对象，然后把b封装在结构体里面，block内部存储的变量为结构体指针，也可以通过指针找到内存地址修改变量的值。

3. Block的类型

Block的存储域

三种类型对应不同的区域：

NSGlobalBlock

一个Block没有访问外部的局部变量，或者访问的是全局变量，或者是静态局部变量。此时的Block是全局Block，数据存储在全局区。

objective-c 复制代码 
    //block1没有引用到局部变量
    int a = 10;
    void (^block1)(void) = ^{
         NSLog(@"hello world");
    };
    NSLog(@"block1:%@", block1);

    //    block2中引入的是静态变量
    static int a1 = 20;
    void (^block2)(void) = ^{
        NSLog(@"hello - %d",a1);
    };
    NSLog(@"block2:%@", block2);

运行结果如下：

NSStackBlock

在捕获了局部变量之后，Block就会变成NSStackBlock，数据存储在栈中。

objective-c 复制代码 
 int a1 = 20;
 void (^block2)(void) = ^{
     NSLog(@"hello - %d",a1);
 };
 NSLog(@"\nblock2:%@", block2);

运行结果如下：但是刚开始打印的时候，并不是NSStackBlock，原因是：**在ARC环境下系统会自动将block进行拷贝操作。**只要换成MRC就行了。

NSMallocBlock

什么时候栈上的 Block 会复制到堆呢？

  • 调用Block的copy实例方法时
  • Block作为函数返回值返回时
  • 将Block 赋值给附有__strong修饰符id类型的类或Block类型成员变量时
  • 在方法名中含有usingBlock的Cocoa框架方法或 Grand Central Dispatch的 API 中传递 Block 时。
objective-c 复制代码 
    int a = 10;
    void (^block1)(void) = ^{
        NSLog(@"%d",a);
    };
    NSLog(@"block1:%@", [block1 copy]);

    __block int b = 10;
    void (^block2)(void) = ^{
        NSLog(@"%d",b);
    };
    NSLog(@"block2:%@", [block2 copy]);

运行结果如下：

简单来说，没有捕获自动变量的就是数据区，捕获了自动变量但是没有进行copy操作就是栈区，copy之后就变成了堆区。

4. Block的实现及本质

初始化部分

初始化部分就是Block结构体

objective-c 复制代码 
 //Block结构体
struct __main_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;//impl:Block的实际函数指针，就是指向包含Block主体部分的__main_block_func_0结构体
  struct __main_block_desc_0* Desc;//Desc指针，指向包含Block附加信息的__main_block_desc_0()结构体
  __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, int flags=0) {//__main_block_impl_0:Block构造函数（可以看到都是对上方两个成员变量的赋值操作）
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;  
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};

__main_block_impl_0结构体也就是Block结构体包含了三个部分：

  • 成员变量impl；
  • 成员变量Desc指针；
  • __main_block_impl_0构造函数；

struct __block_impl结构：包含Block实际函数指针的结构体

objective-c 复制代码 
 struct __block_impl {
  void *isa;//用于保存Block结构体的实例指针
  int Flags;//标志位
  int Reserved;//今后版本升级所需的区域大小
  void *FuncPtr;//函数指针
};
  • _block_impl包含了Block实际函数指针FuncPtr，FuncPtr指针指向Block的主体部分，也就是Block对应OC代码中的^{...}的部分。
  • 还包含了标志位Flags，在实现block的内部操作时可能会用到。
  • 今后版本升级所需的区域大小Reserved。
  • __block_impl结构体的实例指针isa。

struct __main_block_desc_0结构：

objective-c 复制代码 
 static struct __main_block_desc_0 {
  size_t reserved;//今后版本升级所需区域大小
  size_t Block_size;//Block大小
} __main_block_desc_0_DATA = { 0, sizeof(struct __main_block_impl_0)};

Block构造函数__main_block_impl_0 ：

作为构造函数注意和Block结构体是一个名字。

负责初始化__main_block_impl_0结构体（也就是Block结构体struct __block_impl）的成员变量

objective-c 复制代码 
   //可以看到里面都是一些赋值操作
  __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, int flags=0) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }

调用部分

函数原型 ((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)myBlock)->FuncPtr)((__block_impl *)myBlock);

逐步解析这段代码：

  • ((__block_impl *)myBlock)->FuncPtr：这部分将 myBlock 转换为 __block_impl 指针类型，并访问 FuncPtr 成员。它获取了块实现内部存储的函数指针。
  • ((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)myBlock)->FuncPtr)：在这里，函数指针被转换为一个函数类型，该函数接受一个类型为 __block_impl* 的参数，并返回 void。它将函数指针转换为可以调用的实际函数类型。
  • ((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)myBlock)->FuncPtr)((__block_impl *)myBlock)：最后，使用 myBlock 作为参数，调用了所得到的函数指针。它使用块实现对象调用该函数。

本质

  1. 用一句话来说，Block是个对象（其内部第一个成员为isa指针）
  2. 在初始化函数里面：
objective-c 复制代码 
 __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, int flags=0) {//__main_block_impl_0:Block构造函数（可以看到都是对上方两个成员变量的赋值操作）
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;  
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;

impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
_NSConcreteStackBlock相当于该block实例的父类 .将Block作为OC对象调用时，关于该类的信息放置于_NSConcretestackBlock中，这也证明了 block出生就是在栈上。

5. Block的捕获与内存管理

捕获变量

  • 全局变量：不捕获
  • 局部变量：捕获值
  • 静态全局变量：不捕获
  • 静态局部变量：捕获指针
  • const修饰的局部变量：捕获值
  • const修饰的静态局部常量：捕获指针

捕获对象

BLOCK 可以捕获对象，其中需要知道两个方法。

在捕获对象的时候代码出现了_main_block_copy_0 和 _main_block_depose_0。

  • main_block_copy_0作用就是调用_Block_object_assign，相当于retain，将对象赋值在对象类型的结构体变量main_block_impl_0中。在栈上的Block复制到堆时会进行调用。
  • main_block_dispose_0调用_Block_object_dispose，相当于release，释放赋值在对象类型的结构体变量中的对象。 在堆上的Block被废弃时会被调用。

内存管理

捕获外部变量引用计数的变化

objective-c 复制代码 
 NSObject *objc = [NSObject new];
 NSLog(@"%ld",CFGetRetainCount((__bridge CFTypeRef)(objc))); // 1

 void(^strongBlock)(void) = ^{
     NSLog(@"---%ld",CFGetRetainCount((__bridge CFTypeRef)(objc)));
 };
 strongBlock();

 void(^__weak weakBlock)(void) = ^{
     NSLog(@"---%ld",CFGetRetainCount((__bridge CFTypeRef)(objc)));
 };
 weakBlock();
 void(^mallocBlock)(void) = [weakBlock copy];
 mallocBlock();

运行结果：

  • 第一个为1，就是简单创建引用计数+1
  • 第二个为3，strongBlock是在堆区的block，这里捕获objc时会对外部变量+1，这里将栈区的objc拷贝进堆区时，又进行了+1，所以为3。
  • 第三个为4，weakBlock是栈区的block，捕获objc没有进行拷贝就直接+1，所以为4。
  • 第四个为5，[weakBlock copy]进行了拷贝，因此引用计数再+1，所以为5。

6. 循环引用

什么是循环引用

对象持有导致对象不能及时的正常释放，容易造成内存泄漏。

objective-c 复制代码 
#import "ViewController.h"
typedef void (^TBlock)(void);
@interface ViewController ()
@property (nonatomic, strong) NSString *name;
@property (nonatomic, strong) TBlock block;
@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
  
    self.name = @"View";
    self.block = ^() {
       NSLog(@"%@", self.name);
    };
    self.block();
    
}

@end

self持有了block，block持有了self，导致循环引用。 编译器也会提示：Capturing 'self' strongly in this block is likely to lead to a retain cycle

如果单方面取消一方的持有即可取消循环。

objective-c 复制代码 
  // 不会引起循环引用
    void(^blk1)(void);
    blk1 = ^() {
        NSLog(@"%@", self.name);
    };
    blk1();

这个案例就没有出现循环引用是因为当前self，也就是ViewController并没有对block进行强持有，block的生命周期只在viewDidLoad方法内，viewDidLoad方法执行完，block就会释放。

循环引用解决方法

之前提到过weak，可以解决循环引用问题。

weak的使用

objective-c 复制代码 
  __weak typeof(self) weakSelf = self;

typeof(self)：typeof 是一个运算符，用于获取表达式的类型。在这种情况下，表达式是 self，它代表当前对象的引用。

objective-c 复制代码 
  __weak typeof(self) weakSelf = self;
  self.block = ^(){
      NSLog(@"%@", weakSelf.name);
  } ;
  self.block();

此时self持有block，block弱引用self，弱引用会自动变为nil，强持有中断，所以不会引起循环引用。

之前学习GCD的时候将其他线程麻烦的操作执行完之后回到主线程，如果在执行其他线程的时ViewController被销毁，就会导致内部的函数来不及打印，导致想打印的数值为空。

objective-c 复制代码 
  。。。。。。。
	__weak typeof(self) weakSelf = self;
    self.block = ^(){
    // 延迟2秒钟
        dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)( 2 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
            NSLog(@"%@", weakSelf.name);
        });
    };
    self.block();
    [self fakeDealloc];
}
- (void)fakeDealloc {
    NSLog(@"调用了dealloc 模拟ViewController模拟销毁");
    // 模拟viewController被销毁
    self.name = nil;
}

运行结果：

1. 强弱共舞

为了解决上面的问题，由此引出了强弱共舞

objective-c 复制代码 
#import "ViewController.h"
@interface ViewController ()
@property (nonatomic, strong) NSString *name;
@property (nonatomic, strong) void (^block)(void);
@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
   [super viewDidLoad];
   // Do any additional setup after loading the view.
   
   self.name = @"View";
   __weak typeof (self) weakself = self;
   self.block = ^{
       __strong __typeof(weakself) strongself = weakself;
       dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(2 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
               NSLog(@"Block executed after 2 seconds. Name: %@", strongself.name);
       });
   };
   self.block();
   [self dealloc1];
}

- (void)dealloc1 {
   NSLog(@"Object is deallocating.");
}
@end

则一切就会正常打印。

因为__weak会自动置为nil，所以这里使用__strong(strong-weak-dance)暂时延长 self的生命周期，使得可以正常打印。

为什么强弱共舞能够避免循环引用，不是也调用了self？ 因为这里strongself是一个临时的变量，出了作用域也跟着释放了，所以不会出现循环引用🐮

简单分析：

  • 在完成block中的操作之后，才调用了dealloc方法。添加strongWeak之后，持有关系为：self->block->strongWeak->weakSelf-> self。
  • weakSelf被强引用了就不会自动释放，因为strongWeak只是一个临时变量，它的声明周期只在block内部，block执行完毕后，strongWeak就会释放，而弱引用weakSelf也会自动释放。
2. 手动中断循环
objective-c 复制代码 
//手动中断
    self.name = @"ViewController";
    __block ViewController *vc = self;
    __weak typeof (self) weakself = self;
    self.block = ^{
        __strong __typeof(weakself) strongself = weakself;
        dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(2 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
            NSLog(@"%@", strongself.name);
            vc = nil;
        });
    };
    self.block();
    [self dealloc1];

这里借助临时变量vc之后，持有关系变为：self->block->vc->self，vc在block使用完成之后就被置为nil，block不构成对self的持有关系了，因此这里就不构成循环引用问题。

3. 参数形式解决循环引用（block传参）
objective-c 复制代码 
 //Block传值
  self.name = @"ViewController";
  self.block1 = ^(ViewController *vc) {
      dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(2 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
          NSLog(@"%@", vc.name);
      });
  };
  self.block1(self);
  [self dealloc1];

将self作为参数参入block中，进行指针拷贝，并没有对self进行持有。

因为使用捕获self实际上会将self转换为弱引用，从而避免了循环引用。

循环引用的案例

  • 静态变量持有
objective-c 复制代码 
   // staticSelf_定义：
  static ViewController *staticSelf_;

  - (void)blockWeak_static {
      __weak typeof(self) weakSelf = self;
      staticSelf_ = weakSelf;
  }

weakSelf虽然是弱引用，但是staticSelf_静态变量，并对weakSelf进行了持有，staticSelf_释放不掉，所以weakSelf也释放不掉！导致循环引用！

  • __strong持有问题
objective-c 复制代码 
 - (void)block_weak_strong {

    __weak typeof(self) weakSelf = self;

    self.doWork = ^{
        __strong typeof(self) strongSelf = weakSelf;
        NSLog(@"B objc -----retainCount : %lu", CFGetRetainCount(((__bridge CFTypeRef)strongSelf)));

        weakSelf.doStudent = ^{
            NSLog(@"%@", strongSelf);
            NSLog(@"B objc -----retainCount : %lu", CFGetRetainCount(((__bridge CFTypeRef)strongSelf)));
        };

       weakSelf.doStudent();
    };

   self.doWork();
}
  • 在doWork内部，__strong typeof(self) strongSelf = weakSelf;
  • 用强引用持有了weakSelf，和前的情况类似，strongSelf的生命周期也就在doWork方法内;
  • 这里需要注意的是，doStudent这个内部block调用了外部变量，所以他会从栈block copy到堆中，从而导致strongSelf的引用计数增加，无法释放掉，进而导致循环引用！
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