block详解

开始之前，我想先提几个问题，看看大家是否对此有疑惑。唐巧已经写过一篇对block很有研究的文章，大家可以去看看（本文会部分引用巧哥文中出现的图和代码）。在巧哥的基础上，我补充一些block相关的知识点和代码，并且概括并修正一些观点。

1.block是什么？block是对象吗？

2.block分为哪几种？__blcok关键字的作用？

3.block在ARC和MRC下的区别？

4.block的生命周期？

5.block对于以参数形式传进来的对象，会不会强引用？？

block是什么？block是对象吗？
先介绍一下什么是闭包。在 wikipedia 上，闭包的定义是:

In programming languages, a closure is a function or reference to a function together with a referencing environment—a table storing a reference to each of the non-local variables (also called free variables or upvalues) of that function.

翻译过来，闭包是一个函数（或指向函数的指针），再加上该函数执行的外部的上下文变量（有时候也称作自由变量）。

block 实际上就是 Objective-C 语言对于闭包的实现。

block是不是对象？答案显而易见：是的。

下图是block的数据结构定义，显而易见，在Block_layout里，我们看到了isa指针，这里我们不具体对isa指针展开，也不对block具体数据结构展开，想了解详细可以看唐巧的文章。

回到上文，为什么说block是对象呢，原因就在于isa指针。那么这个isa指针是何物呢？

所有对象的都有isa 指针，用于实现对象相关的功能。

看到这，你应该明白，block其实就是objc对于闭包的对象实现。


block的数据结构

block分为哪几种？__blcok关键字的作用？

分为三种，即NSConcreteGlobalBlock、NSConcreteStackBlock、NSConcreteMallocBlock。

详细剖析这三种block，首先是NSConcreteGlobalBlock：

简单地讲，如果一个block中没有引用外部变量，就是NSConcreteGlobalBlock。

如下图所示：


NSConcreteGlobalBlock

需要注意的是，NSConcreteGlobalBlock是全局的block，在编译期间就已经决定了，如同宏一样。

什么是NSConcreteStackBlock呢：

可以这么理解，NSConcreteStackBlock就是引用了外部变量的block，上代码：


NSConcreteStackBlock

NSConcreteStackBlock不会持有外部对象
从打印的日志可以看出，引用计数始终没变。

NSConcreteMallocBlock:

看似最为神秘的NSConcreteMallocBlock其实就是一个block被copy时，将生成NSConcreteMallocBlock（block没有retain）。怎么样，是不是很简单


NSConcreteMallocBlock

NSConcreteMallocBlock
需要注意的是，NSConcreteMallocBlock会持有外部对象！


NSConcreteMallocBlock会持有外部对象

通过调用Block_copy()方法或者直接向他发送OC的copy消息完成。这就是所谓的Block_copy()。

看到了吧，只要这个NSConcreteMallocBlock存在，内部对象的引用计数就会+1。

Block_copy()

首先我们来看Block.h。其中有下面的定义：

#define Block_copy(...) ((__typeof(__VA_ARGS__))_Block_copy((const void *)(__VA_ARGS__)))

void *_Block_copy(const void *arg);

所以Block_copy是一个宏，它将传入的参数转换为一个const void *然后传递给_Block_copy()方法。_Block_copy()的实现在runtime.c：

void *_Block_copy(const void *arg) {
    return _Block_copy_internal(arg, WANTS_ONE);
}

所以也就是调用_Block_copy_internal方法，传入block自己和WANTS_ONE。为了明白这什么意思，我们需要看一下实现代码。也在runtime.c。下面是方法的实现，已经删掉不想干的部分（主要是垃圾收集的部分）：

static void *_Block_copy_internal(const void *arg, const int flags) {
    struct Block_layout *aBlock;
    const bool wantsOne = (WANTS_ONE & flags) == WANTS_ONE;

    // 1
    if (!arg) return NULL;

    // 2
    aBlock = (struct Block_layout *)arg;

    // 3
    if (aBlock->flags & BLOCK_NEEDS_FREE) {
        // latches on high
        latching_incr_int(&aBlock->flags);
        return aBlock;
    }

    // 4
    else if (aBlock->flags & BLOCK_IS_GLOBAL) {
        return aBlock;
    }

    // 5
    struct Block_layout *result = malloc(aBlock->descriptor->size);
    if (!result) return (void *)0;

    // 6
    memmove(result, aBlock, aBlock->descriptor->size); // bitcopy first

    // 7
    result->flags &= ~(BLOCK_REFCOUNT_MASK);    // XXX not needed
    result->flags |= BLOCK_NEEDS_FREE | 1;

    // 8
    result->isa = _NSConcreteMallocBlock;

    // 9
    if (result->flags & BLOCK_HAS_COPY_DISPOSE) {
        (*aBlock->descriptor->copy)(result, aBlock); // do fixup
    }

    return result;
}

主要做了以下工作：

  1. 如果传入参数是NULL就直接返回NULL。防止传入一个NULL的Block。

  2. 将参数转换为一个struct Block_layout类型的指针。你也许还记得第一篇文章中提到它。它就是block内部一个包含了实现函数和一些元数据的数据结构。

  3. 如果block的flags字段包含BLOCK_NEEDS_FREE，那么这是一个堆block（稍后你就明白）。这里只需要增加引用计数然后返回原blcok。

  4. 如果这是一个全局block（回看第一篇文章），那么不需要做任何事，直接返回原block。因为全局block是一个单例。

  5. 如果走到这里，那么这一定是一个栈上分配的block。那样的话，block需要拷贝到堆上。这才是有趣的部分。第一步，调用malloc()创建一块特定的内存。如果创建失败，返回NULL；否则，继续。

  6. 调用memmove()方法将当前栈上分配的block按位拷贝到我们刚刚创建的堆内存上。这样可以保证所有的元数据都拷贝过来，比如descriptor。

  7. 接下来，更新标志位。第一行确保引用计数为0。注释表明这行其实不需要——大概这个时候引用计数已经是0了。我猜保留这行是因为以前有个bug导致这里的引用计数不是0（所以说runtime的代码也会偷懒）。下一行设置了BLOCK_NEEDS_FREE标志位，表明这是一个堆block，一旦引用计数减为0，它所占用的内存将被释放。|1操作设置block的引用计数为1。

  8. block的isa指针被设置为_NSConcreteMallocBlock，说明这是个堆block。

  9. 最后，如果block有一个拷贝辅助函数，那么它将被调用。必要的时候编译器会生成拷贝辅助函数。比如一个捕获了对象的block就需要。那么拷贝辅助函数将持有被捕获的对象。

哈哈，已经十分清晰了。现在你知道拷贝一个block到底发生了什么事！但那只是图片展示的一半内容，释放一个block又会怎么样呢？

Block_release()

Block_copy()图的另一半是Block_release()。实际上这又是一个宏：

#define Block_release(...) _Block_release((const void *)(__VA_ARGS__))

跟Block_copy()一样，Block_release()也是转换传入的参数然后调用一个方法。这一定程度上解放了程序员的双手，他们不用自己做转换。

我们来看看_Block_release()的源码（简明起见，重新整理了代码顺序，并删除了垃圾回收相关的代码）:

    // 1
    struct Block_layout *aBlock = (struct Block_layout *)arg;
    if (!aBlock) return;

    // 2
    int32_t newCount;
    newCount = latching_decr_int(&aBlock->flags) & BLOCK_REFCOUNT_MASK;

    // 3
    if (newCount > 0) return;

    // 4
    if (aBlock->flags & BLOCK_NEEDS_FREE) {
        if (aBlock->flags & BLOCK_HAS_COPY_DISPOSE)(*aBlock->descriptor->dispose)(aBlock);
        _Block_deallocator(aBlock);
    }

    // 5
    else if (aBlock->flags & BLOCK_IS_GLOBAL) {
        ;
    }

    // 6
    else {
        printf("Block_release called upon a stack Block: %p, ignored\n", (void *)aBlock);
    }
}

这段代码做了这些事：

  1. 首先，参数被转换为一个指向struct Block_layout的指针。如果传入NULL，直接返回。

  2. 标志位部分表示引用计数减1（之前Block_copy()中标志位操作代表的是引用计数置为1）。

  3. 如果新的引用计数值大于0，说明有其他东西在引用block，所以block不应该被释放。

  4. 否则，如果标志位包含BLOCK_NEEDS_FREE，那么这是一个堆block而且引用计数为0，应该被释放。首先block的处理辅助函数(dispose helper)被调用，它是拷贝辅助函数(copy helper)的反义词，执行相反的操作，比如释放被捕获的对象。最后调用_Block_deallocator方法释放block。如果你查找runtime.c你就会发现这个方法最后就是一个free的函数指针，释放malloc分配的内存。

  5. 如果到这一步且lock是全局的，什么也不做。

  6. 如果到这一步，一定是发生了未知状况，因为一个栈block试图在这里释放，输出一行警告。实际上，你应该永远不会走到这一步。

下面来说说__block这个关键字：

先上一个例子，你们很快就会明白了

__block example1

没错，前文说过，block引用外部是以捕获的形式来捕捉的，而没有声明__block，则会将外部变量copy进block，若用了__block，则是复制其引用地址来实现访问。这就是为什么声明了__block，在block内部改变就会对外有影响的原因了。

注意！！这里需要知道的是，在MRC环境下，如果没有用__block，会对外部对象采用copy的操作，而用了__block则不会用copy的操作。

上代码：


__block example2

哈哈哈，怎么样，所以从更底层的角度来说，在MRC环境下，__block根本不会对指针所指向的对象执行copy操作，而只是把指针进行的复制。而这一点往往是很多新手&老手所不知道的！

而在ARC环境下，对于声明为__block的外部对象，在block内部会进行retain，以至于在block环境内能安全的引用外部对象，所以要谨防循环引用的问题！

block在ARC和MRC下的区别？
首先要指正下巧哥博客的观点：

在 ARC 开启的情况下，将只会有 NSConcreteGlobalBlock 和 NSConcreteMallocBlock 类型的 block。

在上面介绍NSConcreteStackBlock的时候，是在ARC环境下跑的，而打印出来的日志明确的显示出，当时的block类型为NSConcreteStackBlock。

而实际上，为什么大家普遍会认为ARC下不存在NSConcreteStackBlock呢？

这是因为本身我们常常将block赋值给变量，而ARC下默认的赋值操作是strong的，到了block身上自然就成了copy，所以常常打印出来的block就是NSConcreteMallocBlock了。

so，在ARC下，大部分的应用场景下，几乎可以说是全部都为NSConcreteMallocBlock或者是NSConcreteGlobalBlock。那么问题来了，我们知道NSConcreteMallocBlock是会持有外部变量的，而此时如果它所持有的外部变量正好又持有它，就会产生循环引用的问题。

让我们来聊聊block的生命周期！

block的生命周期？
谈到block生命周期，其实这是一个非常严肃的话题，虽然block简单易用，老少皆宜，但是一旦使用不慎容易造成“强撸灰飞烟灭”的后果（内存泄露）。

ps：接下来的例子都用ARC来展示了

首先展示：


循环引用

不用看了，这个object永远也不会被释放，这是一个很典型的循环引用情形。object持有了block（读者可以想象此处为何为NSConcreteMallocBlock，提示：在ARC环境下），而block又持有了object，于是造成死锁，object再也不会被释放了。此时机智的编译器给了你warning，但是在很多复杂的情况下，编译器并不能识别出循环引用的场景。而此时你就需要注意了！

那么，我是如何来处理block的生命周期相关问题的呢，首先前文提到，block是一个对象，既然是一个对象，它必然有着和对象一样的生命周期即如果没有被引用就会被释放。

所以block的生命周期归结起来很简单，只要看持有block的对象是不是也被block持有，如果没有持有，就不用担心循环引用问题了。

但是像上面的情况，如果产生相互持有的情况该肿么办！

你可以用__weak(ARC)或__block(MRC)来解决:


weak解决循环引用

看，现在就可以愉快的释放了。

block对于以参数形式传进来的对象，会不会强引用？

唉，不知不觉已经快半夜2点了，对于这部分的话，其实也是闲着蛋疼在想这个问题。

其实block与函数和方法一样，对于传进来的参数，并不会持有

证据如下


block不会持有参数对象

总结：
到这里，对于block的介绍结束了。实际运用中其实不用太关心这些原理的，只需要正确掌握好block的生命周期就可以灵活地运用block了。但是对于一个资深开发者来说，block的深层次掌握还是必须的！

一、整体介绍

  • 定义：C语言的匿名函数,􏰀提前准备一段代码,在需要的时候调用。
  • 底层：是一个指针结构体,在终端下可以通过clang -rewrite-objc 文件名（会在当前目录生成.cpp文件）指令看看c++代码，它的实现底层。

注意：容易造成循环引用,经常是在 block 里面使用了 self.,然后形成强引用,我们打断循 环链即可,如果 MRC 下用__block,ARC 下用__weak（下文会有详细介绍）。

二、内存位置（ARC情况）

block块的存储位置（block块入口地址）：可能存放在2个地方：代码区（NSConcreteGlobalBlock）、堆区（NSConcreteMallocBlock），程序分5个区，还有常量区、全局区和栈区，对于MRC情况下代码还可能存在栈区(NSConcreteStackBlock)。关于内存分区详细参考：http://www.jianshu.com/p/d85a5e56c505

  • 情况1：代码区

不访问处于栈区的变量（例如局部变量），且不访问处于堆区的变量(例如alloc创建的对象)。也就是说访问全局变量也可以。

/**
  没有访问任何变量 
*/
int main(int argc, char * argv[]) { void (^block)(void) = ^{
        NSLog(@"===");
    };
    block();
}
/**
  访问了全局（静态）变量 
*/
int  iVar = 10; int main(int argc, char * argv[]) { void (^block)(void) = ^{
        NSLog(@"===%d",iVar);
    };
    block();
}
  • 情况2：堆区

如果访问了处于栈区的变量（例如局部变量），或处于堆区的变量(例如alloc创建的对象)。都会存放在堆区。(实际是放在栈区，然后ARC情况下自动又拷贝到堆区)

/**
  访问局部变量 
*/
int main(int argc, char * argv[]) { int iVar = 10; void (^block)(void) = ^{
        NSLog(@"===%d",iVar);
    };
    block();
}

总结下：

  • 代码区：不访问处于栈区的变量（例如局部变量），且不访问处于堆区的变量(例如alloc创建的对象)。也就是说访问全局变量（静态变量）也可以，或者是什么变量都不访问
  • 堆区：如果访问了处于栈区的变量（例如局部变量），或处于堆区的变量(例如alloc创建的对象)，即便也访问了全局变量

三、注意事项

1 block为空

代码存放在堆区时，就需要特别注意，因为堆区不像代码区不变化，堆区是不断变化的（不断创建销毁）。因此代码有可能会被销毁（当没有强指针指向时），如果这时再访问此段代码则会程序崩溃。因此，对于这种情况，我们在定义一个block属性时应指定为strong，或copy:

  • @property (nonatomic, strong) void (myBlock)(void); // 这样就有强指针指向它
  • @property (nonatomic, copy) void (myBlock)(void); // 并不会在堆区copy一份，原因见 四

而对于block代码存在代码区，使用strong，copy(不会复制一份到堆区)也可以。因此定义block时最好指定为strong(推荐)或copy。我们在使用时最后判断下block是否为空，例如：

- (void)blockTest { // 如果为空则返回
    if (!block) {
        NSLog(@"block is nil"); return;
    }
    block();

}

2 当不在使用指向block的指针时，将其置空

当有类对象的成员变量pBlock指向block时，一方面是调用方，调用pBlock调用完成后，应将pBlock置为nil;另一方面是被调用方即block函数内部使用到self时要__weak声明。其实__weak声明有很多注意事项，下面是一个经典例子（是正确的写法）：

// 弱声明，防止block强引用self，造成循环引用
    __weak __typeof(self) weakSelf = self;
    self.observer = [[NSNotificationCenter defaultCenter] addObserverForName:@"blockTest" object:nil queue:nil usingBlock:^(NSNotification * _Nonnull note) { // 多线程情况下（假设发出通知的代码在另一线程下），strong强引用防止后面调用strongSelf时：前面的strongSelf正常，后面的strongSelf已在其它线程被释放，造成很奇怪的结果，虽然这种情况很少发生
        __strong __typeof(self) strongSelf = weakSelf; //if (strongSelf == nil) { // return; //} // 下面再对strongSelf进行访问 // 防止block为空
        if (!strongSelf.block) { return;
        }
        strongSelf.block(); // 如果不用应置空，养成好习惯
        strongSelf.block = nil;
        NSLog(@"%@",strongSelf);
    }];

  • 1）我们都知道在使用通知中心时，应在dealloc函数中释放通知，如果上面没有使用__weak声明，那么：通知中心持有self.observer，observer又强引用 usingBlock，usingBlock又强引用self，self就不会被释放，那么dealloc就不会被调用(即使在dealloc中写了[[NSNotificationCenter defaultCenter] removeObserver:self.observer]也不会调用，因为dealloc没有被调用)，就造成内存泄露；

  • 2）另外，我们在第5行看到又使用了__strong声明，是否瞬间凌乱？下面给出解释：在多线程情况下，有可能在usingBlock调用时，执行if (!strongSelf.block)时strongSelf还没有释放，而执行到strongSelf.block()的时候strongSelf就被释放(现在没有强引用了，又开始担心self被释放，真是操碎了心。。。)，造成调用失败（最大的问题是不统一，造成不可预知的错误。用__strong操作后保证要么都访问成功，要么都访问失败或者判断为空后直接return退出）。

而使用了__strong声明后：

  • 如果执行usingBlock时self已经被释放则后面的strongSelf均为nil，因为对weakSelf引用计数为0再retain一次也不会有变化；

  • 如果执行usingBlock时self没有释放，则strongSelf会使self引用计数+1，那么self在其它线程被release -1也不会有影响，只有到usingBlock全部执行完毕后，strongSelf释放，然后self引用计数-1，self才会释放（weak–strong dance）。

上面的例子是通知中心可能造成的内存泄露，而使用block还经常出现循环引用，如下：

3 最常出现的循环引用

@interface BlockViewController ()
@property (nonatomic, strong) void (^block)(void);
@property (nonatomic, copy) NSString *str; @end

@implementation BlockViewController - (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    self.block = ^{
        self.str = @"123";
    };
} 
@end

上面的代码，self.block强引用block，而block中又使用了self.str，所以block强引用self，造成强引用，解决方法使用2中所说即可。

关于引用计数(http://www.jianshu.com/p/28b074919df3)

四、关于捕获变量

block里面捕获的变量，都是副本。看下面一段代码

int val = 10; void (^block)(void) = ^{
    NSLog(@"val = %d",val); // val = 1; //不允许
};
val = 5;
block();

它的打印结果是10，而不是5。

上面代码中val = 1是不允许的，如果想实现写操作，可以使用__block来修饰val，之后val会被拷贝(移动,便于理解)到堆上，之后无论是在block里面还是在val之前所处的作用域，访问的都是出于堆区的val。

为什么非要__block呢，因为如果不用__block，如果出了val所在的“}”,那么val就会被释放，而block的调用时机是不定的，可能调用时机已经超出了block和val本身所处的"{}"，再访问val就可能坏地址访问（val已经被释放）。所以这样做是合理的。

但是在block里面，类似self.name = xxx,self->_val，却是很常见的，self也没有用__block修饰呀！你是否有过这样的迷惑？

self.name = xxx——>[self setName:xxx];是发送消息，函数调用，很好理解。那self->_val呢？因为_val本身是处于堆区的。

Block如果没有引用外部变量
保存在全局区（MRC/ARC一样）
Block如果引用外部变量
ARC保存在 堆区； MRC保存在 栈区必须用copy修饰block；

1 简单理解：block对应实例化一个结构体，里面成员有block里用到的变量，准备了数据；调用block时，执行对应函数，使用这些数据；
2 简单理解：拷贝进来时，没有__block修饰的直接字节拷贝进来，有__block修饰的，为了引地址进来，又定义一个结构体包了一层；
3 block拷贝时，栈到堆上真拷贝，堆到堆上只是引用计数；
4 block拷贝时，block使用的变量同样拷贝，拷贝的原则和上面说的有无__block修饰时的两种情况分别一致；
5 block里使用外部OC对象时，本身就相当于一个赋值拷贝，ARC下就会给对象加引用次数，所以才有了循环引用的事；
6 ARC下，等号赋值，retain、strong、copy都会触发block拷贝到堆上；非ARC有些不一样；
7 ARC下，assign不会把栈上block拷贝到堆上，retain、strong、copy都会；非ARC有些不一样；
8 __block修饰的变量被拷贝到堆上后，__forwarding指向的包装结构体都是堆上那个，这样无论操作栈上还是堆上的包装结构体，实际改变值都会是堆上那个里的；
9 一些有block参数的系统API都有说明，当把栈上block作为参数给这些API时会不会拷贝block，一般都会，所以才没问题；

链接：
http://www.jianshu.com/p/e03292674e60
https://www.jianshu.com/p/93f96c6aa530
http://www.cnblogs.com/mddblog/p/4754190.html
https://blog.csdn.net/demondev/article/details/53199785

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