一、前言
本文重点来研究一下 objc 的 block,并具体来分析一下以下一些面试题目:
一个 int 变量被 __block 修饰与否的区别?block 的变量如何截获?
block 在修改 NSMutableArray,需不需要添加 __block?
解决循环引用时,为什么要用 __strong、__weak 修饰?
block 访问对象类型的 auto 变量时,在 ARC 和 MRC 下有什么区别?
在回答这些问题之前,需要了解一些 block 背景相关的知识,如下:
如何查看 block 的内部实现,也就是说转换成背后真正的 c/c++ 代码的 block 是什么样的?
二、Objective-C 转 C++ 的方法
现有一个 TestClass.m 类,其中 block 代码如下:
@interface TestClass ( )
@end
@implementation TestClass
- ( void) testMethods {
void ( ^ blockA) ( int a) = ^ ( int a) {
NSLog ( @"%d" , a) ;
} ;
if ( blockA) {
blockA ( 1990 ) ;
}
}
@end
打开终端,cd 到 TestClass.m 所在目录,使用如下命令:
clang - rewrite- objc TestClass . m
就会在当前文件夹内自动生成对应的 TestClass.cpp 文件。如果提示 clang 没有的话,则需要安装,输入如下命令:
brew install clang- format
或者
brew link clang- forma
然后输入 下面命令 测试是否好使
clang- format -- help
经过上述转换操作,可以在 TestClass.cpp 中最下面发现如下 C++ 代码:
struct __TestClass__testMethods_block_impl_0 {
struct __block_impl impl;
struct __TestClass__testMethods_block_desc_0* Desc ;
__TestClass__testMethods_block_impl_0 ( void * fp, struct __TestClass__testMethods_block_desc_0 * desc, int flags= 0 ) {
impl. isa = & _NSConcreteStackBlock;
impl. Flags = flags;
impl. FuncPtr = fp;
Desc = desc;
}
} ;
static void __TestClass__testMethods_block_func_0 ( struct __TestClass__testMethods_block_impl_0 * __cself, int a) {
NSLog ( ( NSString * ) & __NSConstantStringImpl__var_folders_wx_b8tcry0j24dbhr7zlzjq3v340000gn_T_TestClass_ee18d3_mi_0, a) ;
}
static struct __TestClass__testMethods_block_desc_0 {
size_t reserved;
size_t Block_size ;
} __TestClass__testMethods_block_desc_0_DATA = {
0 , sizeof ( struct __TestClass__testMethods_block_impl_0) } ;
static void _I_TestClass_testMethods ( TestClass * self , SEL _cmd) {
void ( * blockA) ( int a) = ( ( void ( * ) ( int) ) & __TestClass__testMethods_block_impl_0 ( ( void * ) __TestClass__testMethods_block_func_0, & __TestClass__testMethods_block_desc_0_DATA) ) ;
if ( blockA) {
( ( void ( * ) ( __block_impl * , int) ) ( ( __block_impl * ) blockA) - > FuncPtr ) ( ( __block_impl * ) blockA, 1990 ) ;
}
}
通过上述代码,可以发现 block 其实是一个结构体类型,底层实现会根据 __类名__方法名_block_impl_下标 (0 代表这个方法或者这个类中第 0 个 block):
struct __ 类名__ 方法名_block_impl_下标
三、关于变量的作用域
c 语言的函数中可能使用的参数变量种类:
由于存储区域特殊,这其中有三种变量是可以在任何时候以任何状态调用的:
而其它两种,则是有各自相应的作用域,超过作用域后,会被销毁。
四、block 的内部实现,结构体是什么样子?
struct __TestClass__testMethods_block_impl_0 {
struct __block_impl impl;
struct __TestClass__testMethods_block_desc_0* Desc ;
__TestClass__testMethods_block_impl_0 ( void * fp, struct __TestClass__testMethods_block_desc_0 * desc, int flags= 0 ) {
impl. isa = & _NSConcreteStackBlock;
impl. Flags = flags;
impl. FuncPtr = fp;
Desc = desc;
}
} ;
OC 里的self )
static void __TestClass__testMethods_block_func_0 ( struct __TestClass__testMethods_block_impl_0 * __cself, int a) {
NSLog ( ( NSString * ) & __NSConstantStringImpl__var_folders_wx_b8tcry0j24dbhr7zlzjq3v340000gn_T_TestClass_9f58f7_mi_0, a) ;
}
static struct __TestClass__testMethods_block_desc_0 {
size_t reserved;
size_t Block_size ;
} __TestClass__testMethods_block_desc_0_DATA = {
0 , sizeof ( struct __TestClass__testMethods_block_impl_0) } ;
static void _I_TestClass_testMethods ( TestClass * self , SEL _cmd) {
void ( * blockA) ( int a) = ( ( void ( * ) ( int) ) & __TestClass__testMethods_block_impl_0 ( ( void * ) __TestClass__testMethods_block_func_0, & __TestClass__testMethods_block_desc_0_DATA) ) ;
if ( blockA) {
( ( void ( * ) ( __block_impl * , int) ) ( ( __block_impl * ) blockA) - > FuncPtr ) ( ( __block_impl * ) blockA, 1990 ) ;
}
}
可以看得出来 __TestClass__testMethods_block_impl_0 有 3 个部分组成:
impl 函数指针指向 __TestClass__testMethods_block_impl_0:
struct __block_impl {
void * isa;
int Flags ;
int Reserved ;
void * FuncPtr ;
} ;
Desc 指向 __TestClass__testMethods_block_impl_0的Desc 指针,用于描述当前这个 block 的附加信息,包括结构体的大小等信息:
static struct __TestClass__testMethods_block_desc_0 {
size_t reserved;
size_t Block_size ;
} __TestClass__testMethods_block_desc_0_DATA = {
0 , sizeof ( struct __TestClass__testMethods_block_impl_0) } ;
__TestClass__testMethods_block_impl_0() 构造函数,也就是该 block 的具体实现:
__TestClass__testMethods_block_impl_0 ( void * fp, struct __TestClass__testMethods_block_desc_0 * desc, int flags= 0 ) {
impl. isa = & _NSConcreteStackBlock;
impl. Flags = flags;
impl. FuncPtr = fp;
Desc = desc;
}
此结构体中,isa 指针保持这所属类的结构体的实例的指针,struct __TestClass__testMethods_block_impl_0 相当于 Objective-C 类对象的结构体,_NSConcreteStackBlock 相当于 block 的结构体实例,也就是说 block 其实就是 Objective-C 对于闭包的对象实现。
五、block 是类吗?有哪些类型?
block 也可以理解为类,因为它有 isa 指针、block.isa 的类型,包括:
_NSConcreteGlobalBlock 跟全局变量一样,设置在程序的数据区域(.data)中;
_NSConcreteStackBlock 栈上(上文的都是栈上 block);
_NSConcreteMallocBlock 堆上。
block 的 isa 可以按位运算。
六、一个 int 变量被 __block 修饰与否的区别?block的变量如何截获?
① 被 __block 修饰与否的区别
__block int a = 10 ;
int b = 20 ;
PrintTwoIntBlock block = ^ ( ) {
a - = 10 ;
printf ( "%d, %d\n" , a, b) ;
} ;
block ( ) ;
a + = 20 ;
b + = 30 ;
printf ( "%d, %d\n" , a, b) ;
block ( ) ;
通过 __block 修饰 int a,block 体中对这个变量的引用是指针拷贝,它会作为 block 结构体构造参数传入到结构体中且复制这个变量的指针引用,从而达到可以修改变量的作用。
int b 没有被 __block 修饰,block 内部对 b 是值 copy,因此在 block 内部修改 b 而不会影响外部 b 的变化。
② block的变量如何截获?
blk_t blk;
{
id array = [ NSMutableArray new ] ;
blk = [ ^ ( id object) {
[ array addObject: object] ;
NSLog ( @"array count = %ld" , [ array count ] ) ;
} copy] ;
}
blk ( [ NSObject new ] ) ;
blk ( [ NSObject new ] ) ;
blk ( [ NSObject new ] ) ;
block_demo[ 28963 : 1629127 ] array count = 1
block_demo[ 28963 : 1629127 ] array count = 2
block_demo[ 28963 : 1629127 ] array count = 3
struct __main_block_impl_0 {
struct __block_impl impl;
struct __main_block_desc_0* Desc ;
id array;
__main_block_impl_0 ( void * fp, struct __main_block_desc_0 * desc, id _array, int flags= 0 ) : array ( _array) {
impl. isa = & _NSConcreteStackBlock;
impl. Flags = flags;
impl. FuncPtr = fp;
Desc = desc;
}
} ;
在 Objc 中,C 结构体里不能含有被 __strong 修饰的变量,因为编译器不知道应该何时初始化和废弃 C 结构体。但是 Objc 的运行时库能够准确把握 block 从栈复制到堆,以及堆上的 block 被废弃的时机,实现上是通过 __TestClass__testMethods_block_copy_0 函数和 __TestClass__testMethods_block_dispose_0 函数进行:
static void __TestClass__testMethods_block_copy_0 ( struct __TestClass__testMethods_block_impl_0* dst, struct __TestClass__testMethods_block_impl_0* src) {
_Block_object_assign ( ( void* ) & dst- > array, ( void* ) src- > array, 3 ) ; }
static void __TestClass__testMethods_block_dispose_0 ( struct __TestClass__testMethods_block_impl_0* src) {
_Block_object_dispose ( ( void* ) src- > array, 3 ) ;
}
_Block_object_assign 相当于 retain 操作,将对象赋值在对象类型的结构体成员变量中;
_Block_object_dispose 相当于 release 操作。
这两个函数调用的时机是在什么时候呢?
函数
被调用时机
__TestClass__testMethods_block_copy_0
从栈复制到堆时
__TestClass__testMethods_block_dispose_0
堆上的Block被废弃时
③ 什么时候栈上 block 会被复制到堆呢?
调用 block 的 copy 函数时;
block 作为函数返回值返回时;
将 block 赋值给附有 __strong 修饰符 id 类型的类或者 block 类型成员变量时;
方法中含有 usingBlock 的 Cocoa 框架方法或者 GCD 的 API 中传递 block 时。
④ block 什么时候被废弃?
堆上的 block 被释放后,谁都不再持有 block 时调用 dispose 函数;
七、block 在修改 NSMutableArray 需不需要添加 __block?
修改 NSMutableArray 的存储内容的话,是不需要添加 __block 修饰的。
修改 NSMutableArray 对象的本身,那必须添加 __block 修饰。
八、block 怎么进行内存管理?
在上文中的 block 的构造函数 __TestClass__testMethods_block_impl_0 中的 isa 指针指向的是 &_NSConcreteStackBlock,它表示当前的 block 位于栈区中。
block内存操作
存储域/存储位置
copy操作的影响
_NSConcreteGlobalBlock
程序的数据区域
什么也不做
_NSConcreteStackBlock
栈
从栈拷贝到堆
_NSConcreteMallocBlock
堆
引用计数增加
全局 block:_NSConcreteGlobalBlock 的结构体实例设置在程序的数据存储区,所以可以在程序的任意位置通过指针来访问,它的产生条件:
以上两个条件只要满足一个就可以产生全局 block。
栈 block:_NSConcreteStackBlock 在生成 block 以后,如果这个 block 不是全局 block,那它就是栈 block,生命周期在其所属的变量作用域内(也就是说如果销毁取决于所属的变量作用域)。如果 block 变量和 __block 变量复制到了堆上以后,则不再会受到变量作用域结束的影响,因为它变成了堆 block。
堆 block:_NSConcreteMallocBlock 将栈 block 复制到堆以后,block 结构体的 isa 成员变量变成_NSConcreteMallocBlock。
九、block 可以用 strong 修饰吗?
在 ARC 中可以,因为在 ARC 环境中的 block 只能在堆内存或全局内存中,因此不涉及到从栈拷贝到堆中的操作。
在 MRC 中不行,因为要有拷贝过程,如果执行 copy 用 strong 的话会 crash,strong 是 ARC 中引入的关键字,如果使用 retain 相当于忽视了 block 的 copy 过程。
十、解决循环引用时,为什么要用 __strong、__weak 修饰 block?
首先 block 捕获变量的时候,结构体构造传入了self,造成了默认的引用关系,因此一般在 block 外部对操作对象会加上 __weak;
在 block 内部使用 __strong 修饰符的对象类型的自动变量,那么当 block 从栈复制到堆的时候,该对象就会被 block 所持有,但是持有的是上面加了 __weak,所以形成了彼消此涨的链条,刚好能解决 block 延迟销毁的时候对外部对象生命周期造成的影响,如果不这样做很容易造成循环引用。
十一、block 发生 copy 时机?
在 ARC 中,编译器将创建在栈中 block 会自动拷贝到堆内存中,而 block 作为方法或函数的参数传递时,编译器不会做 copy 操作。
将 block 赋值给附有 __strong 修饰符 id 类型的类或者 block 类型成员变量时;
方法中含有 usingBlock 的 Cocoa 框架方法或者 GCD 的 API 中传递 block 时。
十二、block 访问对象类型的 auto 变量时,在 ARC 和 MRC 下有什么区别?
在 ARC 下,栈区创建的 block 会自动 copy 到堆区;而 MRC 下,就不会自动拷贝,需要手动调用 copy 函数。
block 的 copy 操作,当 block 从栈区 copy 到堆区的过程中,也会对 block 内部访问的外部变量进行处理,它会调用 block_object_assign 函数对变量进行处理,根据外部变量是 strong 还会 weak 对 block 内部捕获的变量进行引用计数 +1 或 -1,从而达到强引用或弱引用的作用。
因此在 ARC 下,由于 block 被自动 copy 到了堆区,从而对外部的对象进行强引用,如果这个对象同样强引用这个 block,就会形成循环引用。
在 MRC 下,由于访问的外部变量是 auto 修饰,所以这个 block 属于栈区的,如果不对 block 手动进行 copy 操作,在运行完 block 的定义代码段后,block 就会被释放,而由于没有进行 copy 操作,所以这个变量也不会经过 block_object_assign 处理,也就不会对变量强引用。
简而言之,ARC 下会对这个对象强引用,而 MRC 下则不会。