前言
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block
这一篇我们来研究一下objc的block并回答一下面试中的下列问题:
1.block的内部实现，结构体是什么样的
2.block是类吗，有哪些类型
3.一个int变量被 __block 修饰与否的区别？block的变量截获
4.block在修改NSMutableArray，需不需要添加__block
5.怎么进行内存管理的
6.block可以用strong修饰吗
7.解决循环引用时为什么要用__strong、__weak修饰
8.block发生copy时机
9.Block访问对象类型的auto变量时，在ARC和MRC下有什么区别
在回答所有问题之前我们需要了解一些block背景相关的知识. 如下:
- 如何查看Block的内部实现,也就是说转换成背后真正的c/c++代码的block是什么样的？以及转换格式或者原理等.
-关于变量的作用域
Objective-C 转 C++的方法
下面我写了个示例TestClass.m类其中block代码如下
OC代码:
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@interface TestClass ()
@end
@implementation TestClass
- (void)testMethods {
void (^blockA)(int a) = ^(int a) {
NSLog(@"%d",a);
};
if (blockA) {
blockA(1990);
}
}
@end
经过上述转换操作我们在TestClass.cpp中最下面发现如下代码
C++代码
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// @interface TestClass ()
/* @end */
// @implementation TestClass
struct __TestClass__testMethods_block_impl_0 {
struct __block_impl impl;
struct __TestClass__testMethods_block_desc_0* Desc;
__TestClass__testMethods_block_impl_0(void *fp, struct __TestClass__testMethods_block_desc_0 *desc, int flags=0) {
impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
impl.Flags = flags;
impl.FuncPtr = fp;
Desc = desc;
}
};
static void __TestClass__testMethods_block_func_0(struct __TestClass__testMethods_block_impl_0 *__cself, int a) {
NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_wx_b8tcry0j24dbhr7zlzjq3v340000gn_T_TestClass_ee18d3_mi_0,a);
}
static struct __TestClass__testMethods_block_desc_0 {
size_t reserved;
size_t Block_size;
} __TestClass__testMethods_block_desc_0_DATA = { 0, sizeof(struct __TestClass__testMethods_block_impl_0)};
static void _I_TestClass_testMethods(TestClass * self, SEL _cmd) {
void (*blockA)(int a) = ((void (*)(int))&__TestClass__testMethods_block_impl_0((void *)__TestClass__testMethods_block_func_0, &__TestClass__testMethods_block_desc_0_DATA));
if (blockA) {
((void (*)(__block_impl *, int))((__block_impl *)blockA)->FuncPtr)((__block_impl *)blockA, 1990);
}
}
上面的代码生成是通过如下操作:
打开终端，cd到TestClass.m所在文件夹,使用如下命令
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clang -rewrite-objc TestClass.m
就会在当前文件夹内自动生成对应的TestClass.cpp文件
注意: 如果提示clang没有的话 需要安装, 输入如下
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brew install clang-format
或者
brew link clang-forma
然后输入 下面命令测试是否好使
clang-format --help
通过上述代码我们发现Block的其实是一个结构体类型
底层实现 会根据 __类名__方法名_block_impl_下标 (0代表这个方法或者这个类中第0个block 下面如果还有将会 第1个block 第2个…)
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struct __类名__方法名_block_impl_下标
关于变量的作用域
c语言的函数中可能使用的参数变量种类
- 参数类型
- 自动变量(局部变量)
- 静态变量(静态局部变量)
- 静态全局变量
- 全局变量
由于存储区域特殊,这其中有三种变量是可以在任何时候以任何状态调用的.
- 静态变量
- 静态全局变量
- 全局变量
而其他两种,则是有各自相应的作用域,超过作用域后,会被销毁.
1.block的内部实现，结构体是什么样的
看了上面的背景知识我们来回到一下这个问题
block的内部实现如下:
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struct __TestClass__testMethods_block_impl_0 {
struct __block_impl impl; //成员变量
struct __TestClass__testMethods_block_desc_0* Desc; //desc 结构体声明
// 构造函数
// fp 函数指针
// desc 静态全局变量初始化的 __main_block_desc_ 结构体实例指针
// flags block 的负载信息(引用计数和类型信息),按位存储.
__TestClass__testMethods_block_impl_0(void *fp, struct __TestClass__testMethods_block_desc_0 *desc, int flags=0) {
impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
impl.Flags = flags;
impl.FuncPtr = fp;
Desc = desc;
}
};
//将来被调用的block内部的代码：block值被转换为C的函数代码
//这里，*__cself 是指向Block的值的指针，也就相当于是Block的值它自己(相当于C++里的this，
OC里的self)
//__cself 是指向__TestClass__testMethods_block_impl_0结构体实现的指针
//Block结构体就是__TestClass__testMethods_block_impl_0结构体.Block的值就是通过__TestClass__testMethods_block_impl_0构造出来的
static void __TestClass__testMethods_block_func_0(struct __TestClass__testMethods_block_impl_0 *__cself, int a) {
NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_wx_b8tcry0j24dbhr7zlzjq3v340000gn_T_TestClass_9f58f7_mi_0,a);
}
static struct __TestClass__testMethods_block_desc_0 {
size_t reserved;
size_t Block_size;
} __TestClass__testMethods_block_desc_0_DATA = { 0, sizeof(struct __TestClass__testMethods_block_impl_0)};
static void _I_TestClass_testMethods(TestClass * self, SEL _cmd) {
void (*blockA)(int a) = ((void (*)(int))&__TestClass__testMethods_block_impl_0((void *)__TestClass__testMethods_block_func_0, &__TestClass__testMethods_block_desc_0_DATA));
if (blockA) {
((void (*)(__block_impl *, int))((__block_impl *)blockA)->FuncPtr)((__block_impl *)blockA, 1990);
}
}
可以看得出来__TestClass__testMethods_block_impl_0有3个部分组成
impl 函数指针指向
__TestClass__testMethods_block_impl_01 2 3 4 5 6
struct __block_impl { void *isa; int Flags; int Reserved; //今后版本升级所需的区域 void *FuncPtr; //函数指针 };
Desc 指向
__TestClass__testMethods_block_impl_0的Desc指针,用于描述当前这个block的附加信息的，包括结构体的大小等等信息.1 2 3 4
static struct __TestClass__testMethods_block_desc_0 { size_t reserved; //今后升级版本所需区域 size_t Block_size; //block的大小 } __TestClass__testMethods_block_desc_0_DATA = { 0, sizeof(struct __TestClass__testMethods_block_impl_0)};
__TestClass__testMethods_block_impl_0()构造函数,也就是该block的具体实现1 2 3 4 5 6
__TestClass__testMethods_block_impl_0(void *fp, struct __TestClass__testMethods_block_desc_0 *desc, int flags=0) { impl.isa = &_NSConcreteStackBlock; impl.Flags = flags; impl.FuncPtr = fp; Desc = desc; }
此结构体中
- isa指针保持这所属类的结构体的实例的指针.
struct __TestClass__testMethods_block_impl_0相当于Objective-C类对象的结构体_NSConcreteStackBlock相当于Block的结构体实例,也就是说block其实就是Objective-C对于闭包的对象实现
讲到这里block的内部实现你看懂了吗?结构体是什么样的你记住了吗? 其实看着繁琐 细心观察代码会发现还是比较简单的.
2.block是类吗，有哪些类型?
block也算是个类,因为它有isa指针,block.isa的类型包括
- _NSConcreteGlobalBlock 跟全局变量一样,设置在程序的数据区域(.data)中
- _NSConcreteStackBlock栈上(前面讲的都是栈上的 block)
- _NSConcreteMallocBlock 堆上
这个isa可以按位运算
3.一个int变量被 __block 修饰与否的区别？block的变量截获
被__block 修饰与否的区别
用一段示例代码来解答这个问题吧:
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__block int a = 10;
int b = 20;
PrintTwoIntBlock block = ^(){
a -= 10;
printf("%d, %d\n",a,b);
};
block();//0 20
a += 20;
b += 30;
printf("%d, %d\n",a,b);//20 50
block();/10 20
通过__block修饰int a,block体中对这个变量的引用是指针拷贝,它会作为block结构体构造参数传入到结构体中且复制这个变量的指针引用，从而达到可以修改变量的作用.
int b没有被__block修饰,block内部对b是值copy.所以在block内部修改b不影响外部b的变化.
block的变量截获
通过如下代码我们来观察要一下变量的捕获
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blk_t blk;
{
id array = [NSMutableArray new];
blk = [^(id object){
[array addObject:object];
NSLog(@"array count = %ld",[array count]);
} copy];
}
blk([NSObject new]);
blk([NSObject new]);
blk([NSObject new]);
输出打印
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block_demo[28963:1629127] array count = 1
block_demo[28963:1629127] array count = 2
block_demo[28963:1629127] array count = 3
我们把上面的代码翻译成C++看下
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struct __main_block_impl_0 {
struct __block_impl impl;
struct __main_block_desc_0* Desc;
id array;//截获的对象
__main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, id _array, int flags=0) : array(_array) {
impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
impl.Flags = flags;
impl.FuncPtr = fp;
Desc = desc;
}
};
在Objc中，C结构体里不能含有被__strong修饰的变量，因为编译器不知道应该何时初始化和废弃C结构体。但是Objc的运行时库能够准确把握Block从栈复制到堆，以及堆上的block被废弃的时机，在实现上是通过__TestClass__testMethods_block_copy_0函数和__TestClass__testMethods_block_dispose_0函数进行的
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static void __TestClass__testMethods_block_copy_0(struct __TestClass__testMethods_block_impl_0*dst, struct __TestClass__testMethods_block_impl_0*src) {
_Block_object_assign((void*)&dst->array, (void*)src->array, 3/*BLOCK_FIELD_IS_OBJECT*/);
}
static void __TestClass__testMethods_block_dispose_0(struct __TestClass__testMethods_block_impl_0*src) {
_Block_object_dispose((void*)src->array, 3/*BLOCK_FIELD_IS_OBJECT*/);
}
_Block_object_assign相当于retain操作,将对象赋值在对象类型的结构体成员变量中._Block_object_dispose相当于release操作.
这两个函数调用的时机是在什么时候呢？
| 函数 | 被调用时机 |
|---|---|
__TestClass__testMethods_block_copy_0 | 从栈复制到堆时 |
__TestClass__testMethods_block_dispose_0 | 堆上的Block被废弃时 |
什么时候栈上的Block会被复制到堆呢？
- 调用block的copy函数时。
- Block作为函数返回值返回时。
- 将Block赋值给附有
__strong修饰符id类型的类或者Block类型成员变量时。 - 方法中含有usingBlock的Cocoa框架方法或者GCD的API中传递Block时。
什么时候Block被废弃呢？
- 堆上的Block被释放后,谁都不再持有Block时调用dispose函数。
以上就是变量被block捕获的内容
4.block在修改NSMutableArray，需不需要添加__block
- 如修改
NSMutableArray的存储内容的话,是不需要添加__block修饰的。 - 如修改
NSMutableArray对象的本身,那必须添加__block修饰。
5.怎么进行内存管理的?
在上面Block的构造函数__TestClass__testMethods_block_impl_0中的isa指针指向的是&_NSConcreteStackBlock，它表示当前的Block位于栈区中.
| block内存操作 | 存储域/存储位置 | copy操作的影响 |
|---|---|---|
| _NSConcreteGlobalBlock | 程序的数据区域 | 什么也不做 |
| _NSConcreteStackBlock | 栈 | 从栈拷贝到堆 |
| _NSConcreteMallocBlock | 堆 | 引用计数增加 |
- 全局Block:
_NSConcreteGlobalBlock的结构体实例设置在程序的数据存储区，所以可以在程序的任意位置通过指针来访问，它的产生条件:- 记述全局变量的地方有block语法时.
- block不截获的自动变量.
以上两个条件只要满足一个就可以产生全局Block. 参考
- 栈Block:
_NSConcreteStackBlock在生成Block以后，如果这个Block不是全局Block,那它就是栈Block,生命周期在其所属的变量作用域内.(也就是说如果销毁取决于所属的变量作用域).如果Block变量和__block变量复制到了堆上以后，则不再会受到变量作用域结束的影响了，因为它变成了堆Block. - 堆Block:
_NSConcreteMallocBlock将栈block复制到堆以后，block结构体的isa成员变量变成了_NSConcreteMallocBlock。
6.block可以用strong修饰吗?
在ARC中可以，因为在ARC环境中的block只能在堆内存或全局内存中，因此不涉及到从栈拷贝到堆中的操作.
在MRC中不行,因为要有拷贝过程.如果执行copy用strong的话会crash, strong是ARC中引入的关键字.如果使用retain相当于忽视了block的copy过程.
7.解决循环引用时为什么要用__strong、__weak修饰?
首先因为block捕获变量的时候 结构体构造时传入了self,造成了默认的引用关系,所以一般在block外部对操作对象会加上__weak,在Block内部使用__strong修饰符的对象类型的自动变量，那么当Block从栈复制到堆的时候，该对象就会被Block所持有,但是持有的是我们上面加了__weak所以行程了比消此长的链条,刚好能解决block延迟销毁的时候对外部对象生命周期造成的影响.如果不这样做很容易造成循环引用.
8.block发生copy时机?
在ARC中,编译器将创建在栈中的block会自动拷贝到堆内存中,而block作为方法或函数的参数传递时,编译器不会做copy操作.
- 调用block的copy函数时。
- Block作为函数返回值返回时。
- 将Block赋值给附有
__strong修饰符id类型的类或者Block类型成员变量时。 - 方法中含有usingBlock的Cocoa框架方法或者GCD的API中传递Block时。
9.Block访问对象类型的auto变量时，在ARC和MRC下有什么区别?
ARC下会对这个对象强引用，MRC下不会