iOS爱上底层-Block实现与原理

前言

很多人在面试的时候都会被问到Block，那么Block分为哪几种类型呢？其实Block共有6种类型，其中三种常用级别，分别是：_NSConcreteGlobalBlock _NSConcreteStackBlock _NSConcreteMallocBlock，三种系统级别，分别是_NSConcreteAutoBlock _NSConcreteFinalizingBlock _NSConcreteWeakBlockVariable，本次只介绍3种常用类型。

Block常见的三种类型

全局Block(__NSGlobalBlock__)

堆Block(__NSMallocBlock__)

栈Block(__NSStackBlock__)

Block的本质是什么？

把左边OC(左边)的代码编译成C++(右边)，我们会发现原本的block在C++里面被拆解成一个叫__main_block_impl_0的构造函数，我们在往上看可以发现，它其实就是一个结构体对象。而这个构造函数传了两个值__main_block_func_0和__main_block_desc_0_DATA。__main_block_func_0：就是Block所执行的内容，在C++底层则变成了一个函数。__main_block_desc_0_DATA：有两个成员：reserved和Block_size。

Block是如何捕获外界变量的？

我们创建一个局部变量a=10，然后看C++代码，可以发现在__main_block_impl_0结构体中创建了一个属性int a，并且在函数实现中创建了一个临时变量a，将结构体中的属性赋值给他。由于这次拷贝是值拷贝，所以在函数里面不能对当前的属性进行修改。为了能够改变a的值，要加上__block，如下图：

我们可以发现__block修饰的临时变量在C++中变成了一个结构体__Block_byref_a_0。并且在调用函数的时候，传的是a的指针，并且在函数的实现中，__Block_byref_a_0 *a = __cself->a则是进行一次指针拷贝，所以用__block修饰的变量可以在Block内部进行修改。

解决Block循环引用的几种方式

    //循环引用
    self.name = @"1234";
    self.block = ^{
        NSLog(@"%@",self.name);
    };
    self.block();

很多人都知道Block会引起循环引用，如同上面这段代码，当self持有block,block持有self，就产生了循环引用。接下来就介绍3种解决循环引用的方式
1、__block:我们只需要在self.name的下面创建一个中介者vc(__block ViewController *vc = self)，然后将block里面的self.name替换成vc.name，用完之后将vc置为nil即可。(俗称中介者模式)

    // 循环引用
    self.name = @"1234";
    __block ViewController *vc = self;
    self.block = ^{
        NSLog(@"%@",vc.name);
        vc = nil;
    };
    self.block();

2、传参：我们只需要将当前的self当做参数传入到block里面，block内部会创建一个临时变量vc，此时我们就打破了互相持有，就会解决循环引用的问题了

    // 循环引用
    self.name = @"1234";
    self.block = ^(ViewController *vc){
        NSLog(@"%@",vc.name);
    };
    self.block(self);

3、weak and strong:这种方式也是最多人用的，既创建weak，但是有一个问题，如果添加一个延迟执行，weakSelf就会提前释放，导致访问不到外界变量，所以我们又需要在blcok里面strong一下

// 循环引用
    self.name = @"1234";
    __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);
        });
    };
    self.block();

Block打破循环引的原理

在汇编里面，Block会掉用一个叫_Block_object_assign的api。而解决循环引用的关键之处也在下面的代码中。

void _Block_object_assign(void *destArg, const void *object, const int flags) {
    const void **dest = (const void **)destArg;
    switch (os_assumes(flags & BLOCK_ALL_COPY_DISPOSE_FLAGS)) {
      case BLOCK_FIELD_IS_OBJECT:
        _Block_retain_object(object);
        *dest = object;
        break;

      case BLOCK_FIELD_IS_BLOCK:
        *dest = _Block_copy(object);
        break;
    
      case BLOCK_FIELD_IS_BYREF | BLOCK_FIELD_IS_WEAK:
      case BLOCK_FIELD_IS_BYREF:
        *dest = _Block_byref_copy(object);
        break;
        
      case BLOCK_BYREF_CALLER | BLOCK_FIELD_IS_OBJECT:
      case BLOCK_BYREF_CALLER | BLOCK_FIELD_IS_BLOCK:
        *dest = object;
        break;

      case BLOCK_BYREF_CALLER | BLOCK_FIELD_IS_OBJECT | BLOCK_FIELD_IS_WEAK:
      case BLOCK_BYREF_CALLER | BLOCK_FIELD_IS_BLOCK  | BLOCK_FIELD_IS_WEAK:
        *dest = object;
        break;

      default:
        break;
    }
}

以__weak为例。我们为了解决循环引用，通常都会写上这样一句代码：__weak typeof(self) weakSelf = self;,将self加入到弱引用技术表，但是这并不足以解释打破循环引用的原因。而是weakSelf和self并不是同一个点，他们指向的空间都是同一个。而最关键的是这一行代码const void **dest = (const void **)destArg;，他copy的是weakSelf的指针地址，而不是self，所以weakSelf被释放的时候，不会影响到self。

Block是如何从栈到堆？

void *_Block_copy(const void *arg) {
    struct Block_layout *aBlock;

    if (!arg) return NULL;
    
    // The following would be better done as a switch statement
    aBlock = (struct Block_layout *)arg;
    if (aBlock->flags & BLOCK_NEEDS_FREE) {
        // latches on high
        latching_incr_int(&aBlock->flags);
        return aBlock;
    }
    else if (aBlock->flags & BLOCK_IS_GLOBAL) {
        return aBlock;
    }
    else {
        // Its a stack block.  Make a copy.
        struct Block_layout *result =
            (struct Block_layout *)malloc(aBlock->descriptor->size);
        if (!result) return NULL;
        memmove(result, aBlock, aBlock->descriptor->size); // bitcopy first
#if __has_feature(ptrauth_calls)
        // Resign the invoke pointer as it uses address authentication.
        result->invoke = aBlock->invoke;
#endif
        // reset refcount
        result->flags &= ~(BLOCK_REFCOUNT_MASK|BLOCK_DEALLOCATING);    // XXX not needed
        result->flags |= BLOCK_NEEDS_FREE | 2;  // logical refcount 1
        _Block_call_copy_helper(result, aBlock);
        // Set isa last so memory analysis tools see a fully-initialized object.
        result->isa = _NSConcreteMallocBlock;
        return result;
    }
}

这里就是当前Block从栈->堆的过程。 1、aBlock->flags & BLOCK_NEEDS_FREE会判断当前Block的引用计数器，因为block的引用计数器是不受runtime下层处理的，所以它由自己来进行管理。而且这里的引用计数器是+2，而不是+1，因为+1会对别的属性有影响，所以这里是+2(如下)。

static int32_t latching_incr_int(volatile int32_t *where) {
    while (1) {
        int32_t old_value = *where;
        if ((old_value & BLOCK_REFCOUNT_MASK) == BLOCK_REFCOUNT_MASK) {
            return BLOCK_REFCOUNT_MASK;
        }
        if (OSAtomicCompareAndSwapInt(old_value, old_value+2, where)) {
            return old_value+2;
        }
    }
}

2、aBlock->flags & BLOCK_IS_GLOBAL判断当前的Block是否为全局变量，是的话就直接返回
3、else就是将block复制到栈中，首先会创建一个新的结构体result，然后将旧的Block全部拷贝到新的Block中，然后isa就被标记为_NSConcreteMallocBlock。

总结

1、解决block循环引用的思路就是中介者模式。
2、Block的本质就是结构体
3、当Block捕获到外界变量时，ARC下就会从全局block变成堆block，MRC下依然还是栈Block