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OC底层-Block本质(一、原理)

问题

block的原理是怎样的?本质是什么?
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认识

block本质上是一个oc对象,内部有一个isa指针,是封装了函数调用以及函数调用环境的OC对象

探索

///简单的block代码
int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        int age = 10;
        void(^block)(int ,int) = ^(int a, int b){
            NSLog(@"this is block,a = %d,b = %d",a,b);
            NSLog(@"this is block,age = %d",age);
        };
        block(3,5);
    }
    return 0;
}

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我们可以使用命令行将代码转化为c++查看其内部结构,与OC代码进行比较:

xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m

然后将生成的main.cpp文件拖入工程项目中进行比对查看分析如下:

分析

在C++ 代码中Block的定义如下:

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

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我们可以发现block定义中调用了__main_block_impl_0结构体的初始化函数,并且将__main_block_impl_0函数的地址赋值给了block。那么我们来看一下__main_block_impl_0结构体内部的结构。如下:

struct __main_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __main_block_desc_0* Desc; 
  int age; /// 我们外层定义的int age = 10 的变量
  
  __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;
    Desc = desc;
  }
};

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__main_block_imp_0结构体内有一个同名构造函数__main_block_imp_0,构造函数中对一些变量进行了赋值最终会返回一个结构体。

那么也就是说最终将一个__main_block_imp_0结构体的地址赋值给了block变量

__main_block_impl_0结构体内可以发现__main_block_impl_0构造函数中传入了四个参数。(void *)__main_block_func_0、&__main_block_desc_0_DATA、age、flags。其中flage有默认值(C++语法,可以默认不传),最后的 age(_age)则表示传入的_age参数会自动赋值给age成员,相当于age = _age。

继续:函数__main_block_func_0

static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself, int a, int b) {
    int age = __cself->age; // bound by copy
    
    ///我们在Block内部写的打印信息
    NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_n2_0nslhwnj04qg5hyxlg2d8ych0000gn_T_main_7998ce_mi_0,a,b);
    NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_n2_0nslhwnj04qg5hyxlg2d8ych0000gn_T_main_7998ce_mi_1,age);
}

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在__main_block_func_0函数中首先取出block中age的值,紧接着可以看到两个熟悉的NSLog,可以发现这两段代码恰恰是我们在block块中写下的代码。 那么__main_block_func_0函数中其实存储着我们block中写下的代码。而__main_block_impl_0函数中传入的是(void *)__main_block_func_0,也就说将我们写在block块中的代码封装成__main_block_func_0函数,并将__main_block_func_0函数的地址传入了__main_block_impl_0的构造函数中保存在结构体内。

__main_block_impl_0结构体中有一个结构体变量和一个结构体指针源代码如下:

struct __block_impl {
  void *isa; 
  int Flags;
  int Reserved;
  void *FuncPtr; ///Block块中的代码方法地址
  /*
  我们可以发现__block_impl结构体内部就有一个isa指针。因此可以证明block本质上就是一个oc对象。而在构造函数中将函数中传入的值分别存储在__main_block_impl_0结构体实例中,最终将结构体的地址赋值给block。
  */
  
  
};

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)};

/*
可以看到__main_block_desc_0中存储着两个参数,reserved和Block_size,并且reserved赋值为0而Block_size则存储着__main_block_impl_0的结构体占用空间大小。最终将__main_block_desc_0结构体的地址传入__main_block_func_0中赋值给Desc
*/



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汇总

  1. __block_impl结构体中isa指针存储着&_NSConcreteStackBlock地址,可以暂时理解为其类对象地址,block就是_NSConcreteStackBlock类型的。
  2. block代码块中的代码被封装成__main_block_func_0函数,FuncPtr则存储着__main_block_func_0函数的地址。
  3. Desc指向__main_block_desc_0结构体对象,其中存储__main_block_impl_0结构体所占用的内存。

block执行内部代码

((void (*)(__block_impl *, int, int))((__block_impl *)block)->FuncPtr)((__block_impl *)block, 30, 50);

简化代码:
block->FuncPtr(block, 30, 50)

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通过上述代码可以发现调用block是通过block找到FunPtr直接调用,通过上面分析我们知道block指向的是__main_block_impl_0类型结构体,但是我们发现__main_block_impl_0结构体中并不直接就可以找到FunPtr,而FunPtr是存储在__block_impl中的,为什么block可以直接调用__block_impl中的FunPtr呢?

重新查看上述源代码可以发现,(__block_impl *)block将block强制转化为__block_impl类型的,因为__block_impl是__main_block_impl_0结构体的第一个成员,相当于将__block_impl结构体的成员直接拿出来放在__main_block_impl_0中,那么也就说明__block_impl的内存地址就是__main_block_impl_0结构体的内存地址开头。所以可以转化成功。并找到FunPtr成员。

上面我们知道,FunPtr中存储着通过代码块封装的函数地址,那么调用此函数,也就是会执行代码块中的代码。并且回头查看__main_block_func_0函数,可以发现第一个参数就是__main_block_impl_0类型的指针。也就是说将block传入__main_block_func_0函数中,便于重中取出block捕获的值。

总结

此时已经基本对block的底层结构有了基本的认识,上述代码可以通过一张图展示其中各个结构体之间的关系