在iOS中，block编程使用得很频繁，我们不仅要会用block，更需要理解block的底层实现原理。笔者在面试中，block问题是必问的。
什么是block
block是iOS中对闭包的实现，什么是闭包呢？闭包（英语：Closure），又称词法闭包（Lexical Closure）或函数闭包（function closures），是在支持头等函数的编程语言中实现词法绑定的一种技术。闭包在实现上是一个结构体，它存储了一个函数（通常是其入口地址）和一个关联的环境（相当于一个符号查找表）。环境里是若干对符号和值的对应关系，它既要包括约束变量（该函数内部绑定的符号），也要包括自由变量（在函数外部定义但在函数内被引用），有些函数也可能没有自由变量。
block类型
block是一个OC对象，block类型有NSStackBlock、NSMallocBlock、NSGlobalBlock、，分别分配在栈、堆、全局存储区域中。他们都继承于NSObject。下面代码证明打印了NSGlobalBlock的继承链
void (^block)(void) = ^{
NSLog(@"akon");
};
NSLog(@"block.class = %@", [block class]);
NSLog(@"block.class.superclass = %@", [[block class] superclass]);
NSLog(@"block.class.superclass.superclass = %@", [[[block class] superclass] superclass]);
NSLog(@"block.class.superclass.superclass.superclass = %@", [[[[block class] superclass] superclass] superclass]);
运行结果为：
2020-11-13 18:39:02.919351+0800 BlockTestDemo[86009:2083840] block.class = __NSGlobalBlock__
2020-11-13 18:39:02.919562+0800 BlockTestDemo[86009:2083840] block.class.superclass = NSBlock
2020-11-13 18:39:02.919713+0800 BlockTestDemo[86009:2083840] block.class.superclass.superclass = NSObject
2020-11-13 18:39:02.923424+0800 BlockTestDemo[86009:2083840] block.class.superclass.superclass.superclass = (null)
下面表格列出了MRC和ARC环境下block类型
MRC下block类型
| 类型 | 环境 |
|---|---|
| NSGlobalBlock | 只访问了静态变量（包括全局静态变量和局部静态变量）和全局变量 |
| NSStackBlock | 没访问静态变量和全局变量 |
| NSMallocBlock | NSStackBlock调用了copy |
执行如下代码，打印结果符合预期
__weak typeof(self)weakSelf = self;
static int a = 0;
void (^block1)(void) = ^{
a = 1;
b = 1; //b为全局变量
};
__block int c = 0;
void (^block2)(void) = ^{
NSLog(@"age:%d", weakSelf.age);
c = 1;
};
NSLog(@"block1.class = %@", [block1 class]);
NSLog(@"block2.class = %@", [block2 class]);
NSLog(@"block2 copy.class = %@", [[block2 copy] class]);
运行结果如下：
2020-11-14 22:45:54.457496+0800 BlockTestDemo[13178:426318] block1.class = __NSGlobalBlock__
2020-11-14 22:45:54.457616+0800 BlockTestDemo[13178:426318] block2.class = __NSStackBlock__
2020-11-14 22:45:54.457720+0800 BlockTestDemo[13178:426318] block2 copy.class = __NSMallocBlock__
ARC下block类型
| 类型 | 环境 |
|---|---|
| NSGlobalBlock | 只访问了静态变量（包括全局静态变量和局部静态变量）和全局变量 |
| NSMallocBlock | 没访问静态变量和全局变量 |
运行上面的代码，结果如下：
2020-11-14 22:45:54.457052+0800 BlockTestDemo[13178:426318] block1.class = __NSGlobalBlock__
2020-11-14 22:45:54.457211+0800 BlockTestDemo[13178:426318] block2.class = __NSMallocBlock__
2020-11-14 22:45:54.457356+0800 BlockTestDemo[13178:426318] block2 copy.class = __NSMallocBlock__
ARC下自动copy
- 我们看到block2为NSMallocBlock，这是因为编译器做了优化，在ARC下除了NSGlobalBlock_就是NSMallocBlock，没有NSStackBlock；在MRC NSMallocBlock生成的条件是对block调用了copy操作。
- 在ARC环境下，编译器会根据情况自动将栈上的block复制到堆上，copy的情况如下：
1、block作为函数返回值时
2、 将block赋值给_strong指针时
3、block作为Cocoa API中方法名含有usingBlock的方法参数时
4、block作为GCD API的方法参数时
在ARC中对NSStackBlock调用copy变成NSMallocBlock，NSMallocBlock调用copy还是NSMallocBlock，引用计数+1，NSGlobalBlock调用copy啥都不做。 - copy底层原理
1、通过_Block_object_assign来对OC对象进行强引用或弱引用
2、通过_Block_object_dispose对OC进行清理
block数据结构和变量捕获
block数据结构
写下如下代码，然后在终端进入.m文件所在目录，执行命令xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc ArcClass.m 我们可以看到在当前目录生成ArcClass.cpp文件。
int age = 18;
void (^block)(void) = ^{
NSLog(@"age is %d",age);
};
block();
我们可以看到上面的代码变成了
int age = 18;
// block定义
void (*block)(void) = ((void (*)())&__ArcClass__TestArc_block_impl_0((void *)__ArcClass__TestArc_block_func_0, &__ArcClass__TestArc_block_desc_0_DATA, age));
// block调用
((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)block)->FuncPtr)((__block_impl *)block);
上面代码删除掉一些强制转换的代码简化如下
int age = 18;
// block定义
void (*block)(void) = & __ArcClass__TestArc_block_impl_0(
&__ArcClass__TestArc_block_func_0,
& __ArcClass__TestArc_block_desc_0_DATA,
age
);
// block调用
block->FuncPtr(block);
我们可以看到block是指向__ArcClass__TestArc_block_impl_0对象的指针，结构体__ArcClass__TestArc_block_impl_0定义如下：
struct __ArcClass__TestArc_block_impl_0 {
struct __block_impl impl;
struct __ArcClass__TestArc_block_desc_0* Desc;
int age;
__ArcClass__TestArc_block_impl_0(void *fp, struct __ArcClass__TestArc_block_desc_0 *desc, int _age, int flags=0) : age(_age) {
impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
impl.Flags = flags;
impl.FuncPtr = fp;
Desc = desc;
}
};
该结构体把age直接赋值给了_age,执行的是拷贝操作。
- 结构体中第一个成员变量是struct __block_impl impl;
struct __block_impl {
void *isa;
int Flags;
int Reserved;
void *FuncPtr;
};
__block_impl 的成员变量isa代表了该block属于啥类型，本例中为_NSConcreteStackBlock ，FuncPtr代表block的调用方法，本例中为__ArcClass__TestArc_block_func_0
- 第二个成员变量是struct __ArcClass__TestArc_block_desc_0* Desc;
static struct __ArcClass__TestArc_block_desc_0 {
size_t reserved;
size_t Block_size;
} __ArcClass__TestArc_block_desc_0_DATA = { 0, sizeof(struct __ArcClass__TestArc_block_impl_0)};
desc描述了__ArcClass__TestArc_block_impl_0的大小
结构体中第三个是成员变量age
该结构体把age直接赋值给了_age,执行的是拷贝操作。block调用实际上执行的是__ArcClass__TestArc_block_func_0方法
下面为 block方法代码NSLog(@"age is %d",age);的实现
static void __ArcClass__TestArc_block_func_0(struct __ArcClass__TestArc_block_impl_0 *__cself) {
//这里访问age是bound by copy ，即拷贝。
int age = __cself->age; // bound by copy
NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_x0_cw796jjd255431nlsdwjt9840000gn_T_ArcClass_6c36ef_mi_0,age);
}
从上面的分析可以看到，定义一个block的时候，底层生成了一个代表block的结构体__ArcClass__TestArc_block_impl_0，该结构体有一个__block_impl类型的impl成员变量和代表捕获变量的成员变量。其中impl的isa 代表了block的类型，FuncPtr代表了block的实际调用方法，该方法的参数为__ArcClass__TestArc_block_impl_0。
变量捕获
可以按照上面分析思路，得出结论
| 变量类型 | 捕获到block内部 | 变量类型 |
|---|---|---|
| 局部非OC变量 | √ | 值传递 |
| 局部变量 static、OC对象 | √ | 指针传递 |
| 全局变量 | × | 直接访问 |
可以看到全局变量，b
lock内部不会直接捕获，其他变量会捕获。
__block变量
__block作用
- __block只能修饰非静态局部变量，不能修饰静态变量和全局变量，否则编译器报错。
- 当需要在block内部修改一个局部变量时，需要加__block ,否则，编译不过。下面的代码，编译报错：Variable is not assignable (missing __block type specifier)。加上__block编译通过，name会变成lbj
NSString* name = @"akon";
void (^block)(void) = ^{
name = @"lbj";
};
block();
底层实现
-
类似刚才的转成cpp思路，分析得出结论如下图。总结就是对于__block变量，底层会封装成一个对象，其中通过__forwarding指向自己，来访问真实的变量。
image 为什么要通过__forwarding访问？
这是因为，如果__block变量在栈上，就可以直接访问，但是如果已经拷贝到了堆上，访问的时候，还去访问栈上的，就会出问题，所以，先根据__forwarding找到堆上的地址，然后再取值
循环引用
循环引用原因
当对象A和对象B互相引用时会造成循环引用。
循环引用解决方案
竟然对象A和对象B互相引用会造成循环引用，那就要断开这个循环引用，可以通过__weak或者__unsafe_unretained，这两者的区别是__unsafe_unretained当引用对象变为nil时__unsafe_unretained对象不会自动置为nil，导致变为野指针，再次使用会崩溃。
常见循环引用及解决
1） 在VC的cellForRowAtIndexPath方法中cell的block直接引用self或者直接以_形式引用属性造成循环引用。
cell.clickBlock = ^{
self.name = @"akon";
};
cell.clickBlock = ^{
_name = @"akon";
};
解决方案：把self改成weakSelf；
__weak typeof(self)weakSelf = self;
cell.clickBlock = ^{
weakSelf.name = @"akon";
};
注意有的时候我们会在block里面写成__strong typeof(weakSelf) strongSelf = weakSelf，然后再用strongSelf调用方案，这样做的原因是防止在block执行过程中weakSelf突然变成nil。
2）在cell的block中直接引用VC的成员变量造成循环引用。
//假设 _age为VC的成员变量
@interface TestVC(){
int _age;
}
cell.clickBlock = ^{
_age = 18;
};
解决方案有两种：
- 用weak-strong dance
__weak typeof(self)weakSelf = self;
cell.clickBlock = ^{
__strong typeof(weakSelf) strongSelf = weakSelf;
strongSelf->age = 18;
};
- 把成员变量改成属性
//假设 _age为VC的成员变量
@interface TestVC()
@property(nonatomic, assign)int age;
@end
__weak typeof(self)weakSelf = self;
cell.clickBlock = ^{
weakSelf.age = 18;
};
3）delegate属性声明为strong，造成循环引用。
@interface TestView : UIView
@property(nonatomic, strong)id<TestViewDelegate> delegate;
@end
@interface TestVC()<TestViewDelegate>
@property (nonatomic, strong)TestView* testView;
@end
testView.delegate = self; //造成循环引用
解决方案：delegate声明为weak
@interface TestView : UIView
@property(nonatomic, weak)id<TestViewDelegate> delegate;
@end
4）在block里面调用super，造成循环引用。
cell.clickBlock = ^{
[super goback]; //造成循环应用
};
解决方案，封装goback调用
__weak typeof(self)weakSelf = self;
cell.clickBlock = ^{
[weakSelf _callSuperBack];
};
- (void) _callSuperBack{
[self goback];
}
5）block声明为strong
解决方案：声明为copy
6）NSTimer使用后不invalidate造成循环引用。
解决方案：
- NSTimer用完后invalidate；
- NSTimer分类封装
+ (NSTimer *)ak_scheduledTimerWithTimeInterval:(NSTimeInterval)interval
block:(void(^)(void))block
repeats:(BOOL)repeats{
return [self scheduledTimerWithTimeInterval:interval
target:self
selector:@selector(ak_blockInvoke:)
userInfo:[block copy]
repeats:repeats];
}
+ (void)ak_blockInvoke:(NSTimer*)timer{
void (^block)(void) = timer.userInfo;
if (block) {
block();
}
}
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- 用YYWeakProxy来创建定时器
怎么检测循环引用
- 静态代码分析。 通过Xcode->Product->Anaylze分析结果来处理；
- 动态分析。用MLeaksFinder（只能检测OC泄露）或者Instrument或者OOMDetector（能检测OC与C++泄露）。
