探寻Block的本质(4)—— Block的类型

前面的章节里面,我们了解到Block也是一个OC对象,因为它的底层结构中也有isa指针。例如下面这个block:

#import <Foundation/Foundation.h>
int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        
        //Block的定义
        void (^block)(void) = ^(){
            NSLog(@"Hello World");
        };
        
        NSLog(@"%@", [block class]);
        NSLog(@"%@", [block superclass]);
        NSLog(@"%@", [[block superclass] superclass]);
        NSLog(@"%@", [[[block superclass] superclass] superclass]);
    }
    return 0;
}
*********************** 运行结果 **************************
2019-06-05 14:44:53.179548+0800 Interview03-block[16670:1570945] __NSGlobalBlock__
2019-06-05 14:44:53.179745+0800 Interview03-block[16670:1570945] __NSGlobalBlock
2019-06-05 14:44:53.179757+0800 Interview03-block[16670:1570945] NSBlock
2019-06-05 14:44:53.179767+0800 Interview03-block[16670:1570945] NSObject
Program ended with exit code: 0

上面的代码中,我们通过 [xxx class][xxx supperclass] 方法,打印出block的类型以及父类的类型,可以看继承关系是这样的
__NSGlobalBlock__->__NSGlobalBlock->NSBlock->NSObject
这也可以很好地证明block是一个对象,因为它的基类就是NSObject。而且我们也就知道了,block中的isa成员变量肯定是从NSObject继承而来的。

它的编译后形式如下


图中的信息表明,该block的isa指向的class为_NSConcreteStackBlock
奇怪,难道这里isa指向的class不应该和程序运行时打印出来的class一致吗?

这里补充一个细节:目前来说,LLVM编译器生成的中间文件不再是C++形式了,而我们在命令行里面,实际上是通过clang生成的C++文件,在语法细节上这两者是有差别的,但是大部分的逻辑和原理还是相近的,所以通过clang生成的C++中间代码,仅供我们作为参考,最终还是必须以运行时的结果为准,因为Runtime还是会在程序运行的时候,对之前编译过后的中间码进行一定的处理和调整的。

Block的类型

Block有3种类型
Block的类型

下面我们来一一解析,首先我们在回顾一下程序的内存布局

  • 代码段 占用空间很小,一般存放在内存的低地址空间,我们平时编写的所有代码,就是放在这个区域
  • 数据段 用来存放全局变量
  • 堆区 是动态分配内存的,用来存放我们代码中通过alloc生成的对象,动态分配内存的特点是需要程序员申请内存和管理内存。例如OC中alloc生成的对象需要调用releas方法释放【MRC下】,C中通过malloc生成的对象必须要通过free()去释放。
  • 栈区 系统自动分配和销毁内存,用于存放函数内生成的局部变量

下面借助一个经典的图例,来看一看不同类型的block到底存储在哪里!
block的存放区域
(1) NSGlobalBlock(也就是_NSConcreteGlobalBlock)

如果一个block内部没有使用/访问 自动变量(auto变量),那么它的类型即为__NSGlobalBlock__,它会被存储在应用程序的 数据段

我们用代码来验证一下
block没有访问任何变量
block访问了局部static变量
block访问全局变量

以上三个图,展示了 除了auto变量外的其他几种变量被block访问的情况,打印的结果都是如下

2019-06-05 16:38:31.885797+0800 Interview03-block[17590:1712446] __NSGlobalBlock__
Program ended with exit code: 0

结果显示block的类型都是__NSGlobalBlock__。其实这种类型的block没有太多的应用场景,所以出镜率的很少,这里仅作了解就行。

(2) NSStaticBlock(也就是_NSConcreteStaticBlock)

如果一个block有使用/访问 自动变量(auto变量),那么它的类型即为__NSStaticBlock__,它会被存储在应用程序的 栈区

我们继续验证一波,之前代码调整如下


block访问了auto变量

打印结果如下

2019-06-05 16:45:25.990687+0800 Interview03-block[17648:1721701] __NSMallocBlock__
Program ended with exit code: 0

咦?怎么这里的结果是__NSMallocBlock__?不应该是__NSStaticBlock__吗?原因在于当前处于ARC环境下,ARC机制已经为我们做过了一些处理,为了看清本质,我们先关掉ARC

关闭ARC
再跑一边代码,输出结果如下

2019-06-05 16:52:08.500787+0800 Interview03-block[17712:1730384] __NSStackBlock__
Program ended with exit code: 0

好,我们看到,再没有ARC的帮助下,这里的block类型确实是__NSStackBlock__
其实我们在很多场景下,都会用到这种类型的block,因为很多情况下,我们都会在block 中用到环境变量,而大部分的环境变量都可能是auto变量,思考一下,如果我们不做任何处理,会碰到什么麻烦吗?(💡提醒:结合栈区内容的生命周期)

我们再将生面的代码调整如下

#import <Foundation/Foundation.h>

void (^block)(void);//全局变量block

void test(){
    int a = 10;
    
    block =     ^(){
                    NSLog(@"a的值为---%d",a);
                };
    
}

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        test();
        block();
    }
    return 0;
}

根据以上的代码,你的预期打印结果是多少呢,a的值10能被正确打印出来吗?看运行结果

2019-06-05 17:04:25.915160+0800 Interview03-block[17820:1746272] a的值为----272632584
Program ended with exit code: 0

瞧,a现在的值为272632584,很显然,这样的值用在我们的程序里面,肯定就破坏了我们原有的设计思路了。

那么就来分析一下:

  • 代码中,block是一个定义在函数外的全局变量
  • 在函数test()内,代码^(){ NSLog(@"a的值为---%d",a); };首先会为我们生成一个__NSStaticBlock__类型的Block,它存储与当前函数test()的栈空间内,然后它的指针被赋值给了全局变量block
  • main函数中,首先调用函数test(),全局变量block就指向了test()函数栈上的这个__NSStaticBlock__类型的Block,然后test()调用结束,栈空间回收
  • 然后block被调用,问题就出在这里,此时,test()的栈空间都被系统回收去做其他事情了,也就是说上面的那个__NSStaticBlock__类型的Block的内存也被回收了。虽然通过对象block(或者说block指针),最终还可访问原来变量a的所指向的那块内存,但是这里面寸的值就无法保证是我们所需要的10了,所以可以看到打印结果是一个无法预期的数字。
❓❓那么该怎么解决这个问题呢?很自然的,我们就会想到,需要将那个__NSStaticBlock__类型的Block转移到堆区上面去,这样它不会随着函数栈区的回收而被销毁,而可以由程序员在使用完它之后再去销毁它。
(3) NSMallocBlock(也就是_NSConcreteMallocBlock)

__NSMallocBlock__调用copy方法,就可以转变成__NSMallocBlock__,它会被存储在堆区上

把上面的代码调整如下

#import <Foundation/Foundation.h>

void (^block)(void);//全局变量block

void test(){
    int a = 10;
    
    block =     [^(){ NSLog(@"a的值为---%d",a); } copy];
}

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        
        test();
        block();
        NSLog(@"block的类型为%@",[block class]);
    }
    return 0;
}

在给block赋值前,先进行copy操作,得到如下打印结果

2019-06-05 17:44:16.940492+0800 Interview03-block[18166:1799723] a的值为---10
2019-06-05 17:44:16.940752+0800 Interview03-block[18166:1799723] block的类型为__NSMallocBlock__
Program ended with exit code: 0

可以看到, 变量a的打印值还是10,并且block所指向的也确实是一个__NSMallocBlock__。正是由于copy之后,[^(){ NSLog(@"a的值为---%d",a); } copy];所返回的Block是存放在堆上的,所以里面a的值仍是被捕获时后的值10,因此打印结果不受影响。

你或许会好奇,如果对__NSGlobalBlock__调用copy方法呢?这里就直接告诉你,结果仍然是一个__NSGlobalBlock__,有兴趣可以自行代码走一波,这里不再赘述。

总结
block的类型总结

对每一种类型的block调用copy后的结果如下

ARC环境下Block的copy问题

上面的篇幅,我们都是基于MRC环境下,对Block在内存中的存储情况进行讨论。由于我们在平时代码中生成的block都是在函数内创建的,也就是都是__NSStaticBlock__类型的,而通常我们需要将其保存下来,在将来的某个时候调用,但是那个时间点上往往该block所在的函数栈已经不存在了,因此在MRC环境下,我们需要通过对其调用copy方法,将__NSStaticBlock__的内容复制到堆区内存上,使之成为一个__NSMallocBlock__,这样才不影响后续的使用,同时,作为使用者,需要确保在使用完block之后而不在需要它的时候,对block调用release方法将其释放掉,这样才能避免产生内存泄漏问题。

ARC的出现,为我们开发者做了很多繁琐而细致的工作,是我们不用再内存管理方面耗费太多精力,其中,就包括了对block的copy处理。举个例子,我们对上一份代码微调一下,把copy操作去掉,如下

#import <Foundation/Foundation.h>

void (^block)(void);//全局变量block

void test(){
    int a = 10;
    
    block =     ^(){ NSLog(@"a的值为---%d",a);   };
}

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        
        test();
        block();
        NSLog(@"block的类型为%@",[block class]);
    }
    return 0;
}

将ARC开关打开,运行程序我们得到如下结果

2019-06-05 20:29:31.503282+0800 Interview03-block[19472:1922021] ************10
2019-06-05 20:29:31.503652+0800 Interview03-block[19472:1922021] block的类型为__NSMallocBlock__
Program ended with exit code: 0

可以看到,这跟我们在MRC下手动将block进行copy之后的结果一样,说明ARC其实替我们做了相应的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,例如以下的情况

  • block作为函数参数返回的时候
  • 将block赋值给__strong指针的时候
  • block作为Cocoa API中方法名里面含有usingBlock的方法参数时
  • block作为GCD API的方法参数的时候
小细节--Block属性的书写方法
  • MRC下Block 属性的书写建议

@property (nonatomic, copy) void(^block)(void);

  • ARC下Block 属性的书写建议

@property (nonatomic, copy) void(^block)(void);//推荐
@property (nonatomic, strong) void(^block)(void);
ARC下关键字copystrongblock属性的作用是一样的,因为__strong指针指向block的时候,ARC会自动对block进行copy操作,但是为了保持代码的一致性,建议还是使用copy关键字来修饰。

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