詳解Objective C 中Block如何捕獲外部值
引言
Block 本質(zhì)上也是一個(gè) Objective-C 對(duì)象，它內(nèi)部也有個(gè) isa指針。Block 是封裝了函數(shù)調(diào)用以及函數(shù)調(diào)用環(huán)境的 Objective-C 對(duì)象。Block 的底層結(jié)構(gòu)如下圖所示：
Block 對(duì)于不同類型的值會(huì)有不同的捕獲方式，本文將通過(guò)代碼展示其對(duì)于各種場(chǎng)景下的外部值是如何進(jìn)行捕獲的。
自動(dòng)變量
首先展示源代碼：
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
NSInteger value = 0;
void(^block)(void) = ^{
NSLog(@"%zd", value);
};
block();
}
return 0;
}
經(jīng)過(guò) clang -rewrite-objc 之后，得到的代碼如下，可以看到，對(duì)于自動(dòng)變量的捕獲，是會(huì)在 Block 結(jié)構(gòu)體中生成一個(gè)對(duì)應(yīng)類型的成員變量來(lái)實(shí)現(xiàn)捕獲的能力，這也解釋了為什么在 Block 中修改捕獲的值的內(nèi)容，無(wú)法對(duì) Block 外的值產(chǎn)生影響。
struct __main_block_impl_0 {
struct __block_impl impl;
struct __main_block_desc_0* Desc;
NSInteger value; // 捕獲的 NSInteger value
__main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, NSInteger _value, int flags=0) : value(_value) {
impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
impl.Flags = flags;
impl.FuncPtr = fp;
Desc = desc;
}
};
static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
NSInteger value = __cself->value; // bound by copy
NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_zz_zyxvpxvq6csfxvn_n0000000000000_T_main_e3ca95_mi_0, value);
}
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)};
int main(int argc, const char * argv[]) {
/* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool;
NSInteger value = 0;
void(*block)(void) = ((void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, value));
((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)block)->FuncPtr)((__block_impl *)block);
}
return 0;
}
靜態(tài)變量、靜態(tài)全局變量與全局變量
對(duì)于靜態(tài)變量、靜態(tài)全局變量與全局變量的捕獲，會(huì)稍有不同，其中：
- 全局變量與靜態(tài)全局變量：直接使用，因?yàn)榈刂芬恢笔强梢灾苯荧@取的。
- 靜態(tài)變量：捕獲地址使用，因?yàn)?
block有可能會(huì)傳遞出創(chuàng)建時(shí)的作用域。
NSInteger globalValue = 1;
static NSInteger staticGlobalValue = 2;
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
static NSInteger staticValue = 3;
void(^block)(void) = ^{
globalValue += 1;
staticGlobalValue += 2;
staticValue += 3;
};
block();
}
return 0;
}
NSInteger globalValue = 1;
static NSInteger staticGlobalValue = 2;
struct __main_block_impl_0 {
struct __block_impl impl;
struct __main_block_desc_0* Desc;
NSInteger *staticValue;
__main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, NSInteger *_staticValue, int flags=0) : staticValue(_staticValue) {
impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
impl.Flags = flags;
impl.FuncPtr = fp;
Desc = desc;
}
};
static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
NSInteger *staticValue = __cself->staticValue; // bound by copy
globalValue += 1;
staticGlobalValue += 2;
(*staticValue) += 3;
}
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)};
int main(int argc, const char * argv[]) {
/* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool;
static NSInteger staticValue = 3;
void(*block)(void) = ((void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, &staticValue));
((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)block)->FuncPtr)((__block_impl *)block);
}
return 0;
}
帶 __block 的自動(dòng)變量
被 __block 修飾的自動(dòng)變量，可以在 Block 內(nèi)部對(duì)其外部的值進(jìn)行修改：
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
__block NSInteger value = 0;
void(^block)(void) = ^{
value = 10;
};
block();
NSLog(@"%zd", value);
}
return 0;
}
這次生成的代碼復(fù)雜了一些，不過(guò)只關(guān)注 value 部分的話可以發(fā)現(xiàn)，Block 為了捕獲 __block 類型的自動(dòng)變量，會(huì)生成 __Block_byref_value_0 結(jié)構(gòu)體，并通過(guò)該結(jié)構(gòu)體來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)外部 __block 自動(dòng)變量的捕獲。
struct __Block_byref_value_0 { // 為捕獲 __block 的自動(dòng)變量，生成的結(jié)構(gòu)體。為的是方便多個(gè) Block 同時(shí)捕獲一個(gè)自動(dòng)變量時(shí)使用。
void *__isa; // isa 指針
__Block_byref_value_0 *__forwarding; // 在 Block 單純?cè)跅Ｉ鲜牵赶虻氖亲约?，拷貝到堆上后，指向的是在堆上?Block。之所以需要這樣的指針是因?yàn)楫?dāng) Block 拷貝到堆上時(shí)，調(diào)用方式是統(tǒng)一的。
int __flags;
int __size;
NSInteger value; // 具體的值
};
struct __main_block_impl_0 {
struct __block_impl impl;
struct __main_block_desc_0* Desc;
__Block_byref_value_0 *value; // 通過(guò)引用的方式捕獲 value，其中變量類型為 __Block_byref_value_0
__main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, __Block_byref_value_0 *_value, int flags=0) : value(_value->__forwarding) {
impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
impl.Flags = flags;
impl.FuncPtr = fp;
Desc = desc;
}
};
static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
__Block_byref_value_0 *value = __cself->value; // bound by ref
(value->__forwarding->value) = 10; // 賦值代碼
}
static void __main_block_copy_0(struct __main_block_impl_0*dst, struct __main_block_impl_0*src) {_Block_object_assign((void*)&dst->value, (void*)src->value, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);}
static void __main_block_dispose_0(struct __main_block_impl_0*src) {_Block_object_dispose((void*)src->value, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);}
static struct __main_block_desc_0 {
size_t reserved;
size_t Block_size;
void (*copy)(struct __main_block_impl_0*, struct __main_block_impl_0*);
void (*dispose)(struct __main_block_impl_0*);
} __main_block_desc_0_DATA = { 0, sizeof(struct __main_block_impl_0), __main_block_copy_0, __main_block_dispose_0};
int main(int argc, const char * argv[]) {
/* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool;
__attribute__((__blocks__(byref))) __Block_byref_value_0 value = {(void*)0,(__Block_byref_value_0 *)&value, 0, sizeof(__Block_byref_value_0), 0};
void(*block)(void) = ((void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, (__Block_byref_value_0 *)&value, 570425344));
((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)block)->FuncPtr)((__block_impl *)block);
NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_zz_zyxvpxvq6csfxvn_n0000000000000_T_main_6bf1c6_mi_0, (value.__forwarding->value));
}
return 0;
}
__block 可以用于解決 block 內(nèi)部無(wú)法修改 auto 變量值的問(wèn)題，__block 不能修飾全局變量、靜態(tài)變量（static），編譯器會(huì)將 __block 變量包裝成一個(gè)對(duì)象。
當(dāng) block 在棧上時(shí)，并不會(huì)對(duì) __block 變量產(chǎn)生強(qiáng)引用。
當(dāng) block 被 copy 到堆時(shí)，會(huì)調(diào)用 block 內(nèi)部的 copy 函數(shù)，copy 函數(shù)內(nèi)部會(huì)調(diào)用 _Block_object_assign 函數(shù)，_Block_object_assign 函數(shù)會(huì)對(duì) __block 變量形成強(qiáng)引用（retain）。
當(dāng) block 從堆中移除時(shí)，會(huì)調(diào)用 block 內(nèi)部的 dispose 函數(shù)，dispose 函數(shù)內(nèi)部會(huì)調(diào)用 _Block_object_dispose 函數(shù)，_Block_object_dispose 函數(shù)會(huì)自動(dòng)釋放引用的 __block 變量（release）。
捕獲對(duì)象
在探究完對(duì)標(biāo)量類型的捕獲之后，讓我們看一下對(duì)對(duì)象類型的捕獲：
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
NSArray *array = [NSArray array];
void(^block)(void) = ^{
NSLog(@"%@", array);
};
block();
}
return 0;
}
通過(guò)轉(zhuǎn)譯的代碼可以看出，因?yàn)閷?duì)象類型本身已經(jīng)是存儲(chǔ)在堆上的值了，所以直接獲取其地址即可，同時(shí)其新增了兩個(gè)函數(shù) __main_block_copy_0 和 __main_block_dispose_0，這兩個(gè)函數(shù)是用來(lái)將對(duì)象拷貝到堆上和被從堆上移除時(shí)調(diào)用的，其內(nèi)部又分別調(diào)用了 _Block_object_assign 和 _Block_object_dispose 用來(lái)對(duì)捕獲的對(duì)象進(jìn)行引用計(jì)數(shù)的增加和減少。
struct __main_block_impl_0 {
struct __block_impl impl;
struct __main_block_desc_0* Desc;
NSArray *array;
__main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, NSArray *_array, int flags=0) : array(_array) {
impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
impl.Flags = flags;
impl.FuncPtr = fp;
Desc = desc;
}
};
static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
NSArray *array = __cself->array; // bound by copy
NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_zz_zyxvpxvq6csfxvn_n0000000000000_T_main_8ba4f7_mi_0, array);
}
static void __main_block_copy_0(struct __main_block_impl_0*dst, struct __main_block_impl_0*src) {_Block_object_assign((void*)&dst->array, (void*)src->array, 3/*BLOCK_FIELD_IS_OBJECT*/);}
static void __main_block_dispose_0(struct __main_block_impl_0*src) {_Block_object_dispose((void*)src->array, 3/*BLOCK_FIELD_IS_OBJECT*/);}
static struct __main_block_desc_0 {
size_t reserved;
size_t Block_size;
void (*copy)(struct __main_block_impl_0*, struct __main_block_impl_0*);
void (*dispose)(struct __main_block_impl_0*);
} __main_block_desc_0_DATA = { 0, sizeof(struct __main_block_impl_0), __main_block_copy_0, __main_block_dispose_0};
int main(int argc, const char * argv[]) {
/* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool;
NSArray *array = ((NSArray * _Nonnull (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("NSArray"), sel_registerName("array"));
void(*block)(void) = ((void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, array, 570425344));
((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)block)->FuncPtr)((__block_impl *)block);
}
return 0;
}
Block 對(duì)象本身分為三種類型：
- NSGlobalBlock：沒(méi)有訪問(wèn)
auto變量，調(diào)用copy方法之后不會(huì)發(fā)生變化。 - NSStackBlock：訪問(wèn)了
auto變量，調(diào)用copy方法之后存儲(chǔ)位置從棧變?yōu)槎选?/li> - NSMallocBlock：
__NSStackBlock__調(diào)用了copy方法之后，引用計(jì)數(shù)增加。
在 ARC 環(huán)境下，編譯器會(huì)根據(jù)情況自動(dòng)將棧上的 block 復(fù)制到堆上，比如以下情況：
Block作為函數(shù)返回值時(shí)- 將
Block賦值給__strong指針時(shí) Block作為Cocoa API中方法名含有usingBlock的方法參數(shù)時(shí)Block作為GCD API的方法參數(shù)時(shí)
所以，當(dāng) Block 內(nèi)部訪問(wèn)了對(duì)象類型的 auto 變量時(shí)。如果 Block 是在棧上，將不會(huì)對(duì) auto 變量產(chǎn)生強(qiáng)引用。
如果 Block 被拷貝到堆上，會(huì)調(diào)用 Block 內(nèi)部的 copy 函數(shù)，copy 函數(shù)內(nèi)部會(huì)調(diào)用 _Block_object_assign 函數(shù)，_Block_object_assign 函數(shù)會(huì)根據(jù) auto 變量的修飾符（__strong、__weak、__unsafe_unretained）做出相應(yīng)的操作，形成強(qiáng)引用或者弱引用。
如果 Block 從堆上移除，會(huì)調(diào)用 Block 內(nèi)部的 dispose 函數(shù)，dispose 函數(shù)內(nèi)部會(huì)調(diào)用 _Block_object_dispose 函數(shù)。_Block_object_dispose 函數(shù)會(huì)自動(dòng)釋放引用的 auto 變量（release）。
__block 對(duì)象類型的捕獲
如果想在 Block 中，對(duì)捕獲的對(duì)象的指針指向進(jìn)行修改，則需要添加 __block 關(guān)鍵字：
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
__block NSArray *array = [NSArray array];
void(^block)(void) = ^{
array = [NSArray array];
NSLog(@"%@", array);
};
block();
}
return 0;
}
通過(guò)轉(zhuǎn)譯我們可以看出，跟 __block 修飾的標(biāo)量類型相似，同樣會(huì)生成 __Block_byref_array_0 結(jié)構(gòu)體來(lái)捕獲對(duì)象類型。同時(shí)其內(nèi)部生成了 __Block_byref_id_object_copy 和 __Block_byref_id_object_dispose 兩個(gè)函數(shù)指針，用于對(duì)被結(jié)構(gòu)體包裝的對(duì)象進(jìn)行內(nèi)存管理。
static void __Block_byref_id_object_copy_131(void *dst, void *src) {
_Block_object_assign((char*)dst + 40, *(void * *) ((char*)src + 40), 131);
}
static void __Block_byref_id_object_dispose_131(void *src) {
_Block_object_dispose(*(void * *) ((char*)src + 40), 131);
}
struct __Block_byref_array_0 {
void *__isa;
__Block_byref_array_0 *__forwarding;
int __flags;
int __size;
void (*__Block_byref_id_object_copy)(void*, void*);
void (*__Block_byref_id_object_dispose)(void*);
NSArray *array;
};
struct __main_block_impl_0 {
struct __block_impl impl;
struct __main_block_desc_0* Desc;
__Block_byref_array_0 *array; // by ref
__main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, __Block_byref_array_0 *_array, int flags=0) : array(_array->__forwarding) {
impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
impl.Flags = flags;
impl.FuncPtr = fp;
Desc = desc;
}
};
static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
__Block_byref_array_0 *array = __cself->array; // bound by ref
(array->__forwarding->array) = ((NSArray * _Nonnull (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("NSArray"), sel_registerName("array"));
NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_zz_zyxvpxvq6csfxvn_n0000000000000_T_main_3593f0_mi_0, (array->__forwarding->array));
}
static void __main_block_copy_0(struct __main_block_impl_0*dst, struct __main_block_impl_0*src) {_Block_object_assign((void*)&dst->array, (void*)src->array, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);}
static void __main_block_dispose_0(struct __main_block_impl_0*src) {_Block_object_dispose((void*)src->array, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);}
static struct __main_block_desc_0 {
size_t reserved;
size_t Block_size;
void (*copy)(struct __main_block_impl_0*, struct __main_block_impl_0*);
void (*dispose)(struct __main_block_impl_0*);
} __main_block_desc_0_DATA = { 0, sizeof(struct __main_block_impl_0), __main_block_copy_0, __main_block_dispose_0};
int main(int argc, const char * argv[]) {
/* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool;
__attribute__((__blocks__(byref))) __Block_byref_array_0 array = {(void*)0,(__Block_byref_array_0 *)&array, 33554432, sizeof(__Block_byref_array_0), __Block_byref_id_object_copy_131, __Block_byref_id_object_dispose_131, ((NSArray * _Nonnull (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("NSArray"), sel_registerName("array"))};
void(*block)(void) = ((void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, (__Block_byref_array_0 *)&array, 570425344));
((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)block)->FuncPtr)((__block_impl *)block);
}
return 0;
}
當(dāng) block 在棧上時(shí)，對(duì)它們都不會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)引用。
當(dāng) block 拷貝到堆上時(shí)，都會(huì)通過(guò) copy 函數(shù)來(lái)處理它們，__block 變量（假設(shè)變量名叫做 a）：
_Block_object_assign((void*)&dst->a, (void*)src->a, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);
對(duì)象類型的 auto 變量（假設(shè)變量名叫做 p）:
_Block_object_assign((void*)&dst->p, (void*)src->p, 3/*BLOCK_FIELD_IS_OBJECT*/);
當(dāng) block 從堆上移除時(shí)，都會(huì)通過(guò) dispose 函數(shù)來(lái)釋放它們，__block 變量（假設(shè)變量名叫做 a）：
_Block_object_dispose((void*)src->a, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);
對(duì)象類型的 auto 變量（假設(shè)變量名叫做 p）:
_Block_object_dispose((void*)src->p, 3/*BLOCK_FIELD_IS_OBJECT*/);
以上就是詳解Objective C 中Block如何捕獲外部值的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于Objective C Block捕獲外部值的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！
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