OC中block的底層原理

06-block的本質(zhì)

在講解block的底層原理前，我們先拋出如下block相關(guān)的問題：

  • block的本質(zhì)，底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)？
  • block的底層原理？
  • block的類型？
  • block的變量捕獲？
  • block屬性修飾詞copy?
  • __block的底層原理?
  • __weak的底層原理？

我們先來(lái)回顧下block的基本使用語(yǔ)法：

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        // insert code here...
        ^{
            NSLog(@"111");
            NSLog(@"111");
            NSLog(@"111");
        };
    }
    return 0;
}

我們?cè)?code>main函數(shù)中寫了一個(gè)block代碼塊，并在block的內(nèi)部執(zhí)行了三句打印，當(dāng)我們運(yùn)行程序后，發(fā)現(xiàn)并沒有任何打印，這是因?yàn)楝F(xiàn)在只是聲明了一個(gè)block，并沒有調(diào)用這個(gè)block，就和函數(shù)一樣，只是聲明了一個(gè)函數(shù)而不調(diào)用函數(shù)，函數(shù)是不會(huì)執(zhí)行的

下面我們修改main函數(shù)內(nèi)部的代碼如下：

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        // insert code here...
        ^{
            NSLog(@"111");
            NSLog(@"111");
            NSLog(@"111");
        }();
    }
    return 0;
}

我們?cè)?code>block的結(jié)束符}括號(hào)后面添加()，就能夠執(zhí)行到block內(nèi)部的代碼，就想調(diào)用函數(shù)一樣func()

我們這樣寫雖然能執(zhí)行block內(nèi)部的代碼，但是一運(yùn)行就直接執(zhí)行了block，這樣不便于我們來(lái)控制這個(gè)block的調(diào)用時(shí)機(jī)，我們可以創(chuàng)建一個(gè)變量來(lái)將這個(gè)block保存起來(lái)，修改代碼如下：

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        // insert code here...
        
        // 創(chuàng)建一個(gè)myBlock變量來(lái)臨時(shí)保存這個(gè)block
        void (^myBlock)(void) = ^{
            NSLog(@"111");
            NSLog(@"111");
            NSLog(@"111");
        };
        
        // 通過變量來(lái)執(zhí)行block
        myBlock();
    }
    return 0;
}

通過上面的代碼，我們就可以通過myBlock這個(gè)變量來(lái)控制block的執(zhí)行時(shí)機(jī)了

我們?cè)趤?lái)看下帶有參數(shù)的block的基本用法：

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        // insert code here...
        
        // 創(chuàng)建一個(gè)myBlock變量來(lái)臨時(shí)保存這個(gè)block
        void (^myBlock)(int, int) = ^(int a, int b){
            NSLog(@"111");
            NSLog(@"%d", a);
            NSLog(@"%d", b);
        };
        
        // 通過變量來(lái)執(zhí)行block
        myBlock(10, 20);
    }
    return 0;
}

接下來(lái)我們看看block代碼塊內(nèi)部訪問外部變量的情況

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        // insert code here...
        
        int age = 100;
        
        // 創(chuàng)建一個(gè)變量來(lái)臨時(shí)保存這個(gè)block
        void (^myBlock)(int, int) = ^(int a, int b){
            NSLog(@"111");
            NSLog(@"外部的變量=%d", age); // 100
            NSLog(@"%d", a); // 10
            NSLog(@"%d", b); // 20
        };
        
        // 通過變量來(lái)執(zhí)行block
        myBlock(10, 20);
    }
    return 0;
}

我們執(zhí)行xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m命令，將main.m文件轉(zhuǎn)換為底層c++代碼，來(lái)查看轉(zhuǎn)換后block的底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

通過查看main.cpp文件，我們可以看到block底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下：

__main_block_impl_0就是上面main函數(shù)中定義的block

struct __main_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __main_block_desc_0* Desc;
  
  // 這個(gè)age就是從block外部捕獲的變量保存在block結(jié)構(gòu)體中
  int age;
  
  /**
    這個(gè)__main_block_impl_0()是c++的構(gòu)造函數(shù)語(yǔ)法，相當(dāng)于OC中的init初始化函數(shù)，這個(gè)函數(shù)返回結(jié)構(gòu)體對(duì)象`__main_block_impl_0`
    
    void *fp:這個(gè)指針就是__main_block_impl_0函數(shù)內(nèi)存地址
    desc:&__main_block_desc_0_DATA
    _age:捕獲的age變量的值
  */
  __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, int _age, int flags=0) : age(_age) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp; // fp指向的就是block代碼塊函數(shù)的內(nèi)存地址
    Desc = desc;
  }
};

__block_impl結(jié)構(gòu)體如下：

struct __block_impl {
  void *isa; // isa指針
  int Flags;
  int Reserved;
  void *FuncPtr; // block代碼塊的內(nèi)存地址
};

__main_block_func_0函數(shù)，這個(gè)函數(shù)也就是block的代碼塊函數(shù)，所有block中需要執(zhí)行的代碼都包含在這個(gè)函數(shù)內(nèi)：

static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself, int a, int b) {
  int num = __cself->num; // bound by copy

            NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_lr_81gwkh751xzddx_ffhhb5_0m0000gn_T_main_5deef5_mi_0);
            NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_lr_81gwkh751xzddx_ffhhb5_0m0000gn_T_main_5deef5_mi_1, num);
            NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_lr_81gwkh751xzddx_ffhhb5_0m0000gn_T_main_5deef5_mi_2, a);
            NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_lr_81gwkh751xzddx_ffhhb5_0m0000gn_T_main_5deef5_mi_3, b);
        }

__main_block_desc_0:結(jié)構(gòu)體

static struct __main_block_desc_0 {
  size_t reserved;
  size_t Block_size;
  
  // __main_block_desc_0_DATA = {}:這個(gè)是c++的結(jié)構(gòu)體語(yǔ)法，定義一個(gè)__main_block_desc_0_DATA結(jié)構(gòu)體變量，并且給變量初始化賦值
} __main_block_desc_0_DATA = { 0, sizeof(struct __main_block_impl_0)};

block底層結(jié)構(gòu)示意圖如下：

image

main函數(shù)內(nèi)代碼轉(zhuǎn)換如下：

int main(int argc, const char * argv[]) {
    /* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool; 

        int age = 100;

        void (*block)(int, int) = ((void (*)(int, int))&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, age));

        ((void (*)(__block_impl *, int, int))((__block_impl *)block)->FuncPtr)((__block_impl *)block, 10, 20);
    }
    return 0;
}

我們將main函數(shù)內(nèi)的c++代碼的一些類型轉(zhuǎn)換代碼去掉，剩余代碼如下：

int main(int argc, const char * argv[]) {
    /* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool; 

        int age = 100;
        
        // `(*block)`:就是block的內(nèi)存地址
        // `&__main_block_impl_0()`:函數(shù)返回的正好也是一個(gè)地址，也就是block的內(nèi)存地址
        void (*block)(int, int) = &__main_block_impl_0(
                                                        __main_block_func_0,
                                                        &__main_block_desc_0_DATA,
                                                        age);
        // `block->FuncPtr()`:執(zhí)行block，是通過block先找到FuncPtr，然后通過FuncPtr來(lái)調(diào)用block并傳遞參數(shù)
        block->FuncPtr(block, 10, 20);
    }
    return 0;
}

我們上面說(shuō)__main_block_impl_0這個(gè)結(jié)構(gòu)體就是block的底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，接下來(lái)我們將轉(zhuǎn)換后c++代碼中關(guān)鍵的幾個(gè)結(jié)構(gòu)體對(duì)象整合到main.m文件來(lái)證實(shí)，main.m代碼如下：

#import <Foundation/Foundation.h>

struct __main_block_desc_0 {
  size_t reserved;
  size_t Block_size;
};

struct __block_impl {
  void *isa;
  int Flags;
  int Reserved;
  void *FuncPtr;
};

struct __main_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __main_block_desc_0* Desc;
  int age;
};

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        // insert code here...
        
        int age = 100;
        
        // 創(chuàng)建一個(gè)變量來(lái)臨時(shí)保存這個(gè)block
        void (^myBlock)(int, int) = ^(int a, int b){
            NSLog(@"111");
            NSLog(@"外部的變量=%d", age);
            NSLog(@"%d", a);
            NSLog(@"%d", b);
        };
        
        
        // 這里我們將`myBlock`類型轉(zhuǎn)換為`struct __main_block_impl_0`指針類型
        struct __main_block_impl_0 *blockStruct = (__bridge struct __main_block_impl_0 *)myBlock;
        
        // 通過變量來(lái)執(zhí)行block
        myBlock(10, 20);
    }
    return 0;
}

通過上面的代碼struct __main_block_impl_0 *blockStruct = (__bridge struct __main_block_impl_0 *)myBlock; 將myBlock轉(zhuǎn)換為struct __main_block_impl_0 *類型，我們打印下blockStruct變量和myBlock進(jìn)行對(duì)比，如下圖所示：

image

我們發(fā)現(xiàn)myBlock對(duì)應(yīng)的函數(shù)地址和blockStruct結(jié)構(gòu)體對(duì)象中的FuncPtr是一致的，block的外部變量age也存放在blockStruct結(jié)構(gòu)體內(nèi)，從這也能說(shuō)明block的底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就是__main_block_impl_0結(jié)構(gòu)體對(duì)象

從上面的打印可以看到blockStruct對(duì)象中還包含了isa指針，這也說(shuō)明block是一個(gè)NSObject對(duì)象

講解示例代碼Demo地址：https://github.com/guangqiang-liu/06-BlockDemo

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