Block源碼解析和深入理解
Block的本質
Block是"帶有自動變量值的匿名函數".
我們通過Clang(LLVM編譯器)來將OC的代碼轉換成C++源碼的形式,通過如下命令:
clang -rewrite-objc 源代碼文件名
下面,我們要轉換的Block語法
int main(int argc, const char * argv[]) {
void (^blk)(void) = ^{
printf("Block\n");
};
blk();
return 0;
}
該源代碼通過Clang 可變換為以下形式:
/*
__block_impl (block)結構體聲明
*/
struct __block_impl {
void *isa; // isa 指針,指向父類的實例。void * 相當于 id 是個實例。
int Flags; //
int Reserved;
void *FuncPtr; //函數指針 指向block代碼塊的實現函數
};
/*
__main_block_impl_0 匿名的block 結構體聲明和實現
*/
struct __main_block_impl_0 {
struct __block_impl impl;//block 的結構體實例
struct __main_block_desc_0* Desc; //block des的指針 指向block的詳情
/*
__main_block_impl_0 結構體構造函數實現
*/
__main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, int flags=0) {
impl.isa = &_NSConcreteStackBlock; // 初始化 block 實例屬性 isa ,表示該block 是 _NSConcreteStackBlock (棧)類型的代碼塊
impl.Flags = flags;
impl.FuncPtr = fp;// block 具體的函數實現指針
Desc = desc;//desc 指針
}
};
/*
匿名block 具體的函數實現
*/
static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
printf("Block\n");
}
/*
匿名block desc 指針的具體函數實現,對block(__main_block_impl_0) 結構體實例的大小進行初始化
*/
static struct __main_block_desc_0 {
size_t reserved; // 升級所需區域
size_t Block_size;//block 實際內存大小
} __main_block_desc_0_DATA = { 0, sizeof(struct __main_block_impl_0)};
/*
把多余的轉換去掉,看起來就比較清楚了:
第一部分:block的初始化
__main_block_func_0: 參數一 是block語法轉換的C語言函數指針。
__main_block_desc_0_DATA: 參數二 作為靜態全局變量初始化的 __main_block_desc_0 結構體實例指針
struct __main_block_impl_0 tmp = __main_block_impl_0(__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA);
struct __main_block_impl_0 *blk = &tmp;
第二部分:
block的執行: blk()
去掉轉化部分:
(*blk -> imp.FuncPtr)(blk);
這就是簡單地使用函數指針調用函數。由Block語法轉換的 __main_block_func_0 函數的指針被賦值成員變量FuncPtr中,另外 __main_block_func_0的函數的參數 __cself 指向Block的值,通過源碼可以看出 Block 正式作為參數進行傳遞的。
*/
int main(int argc, const char * argv[]) {
void (*blk)(void) = ((void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA));
((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)blk)->FuncPtr)((__block_impl *)blk);
return 0;
}
針對源碼的解釋 大部分在代碼中都注釋了。需要特別指出的是:
static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself)
中的參數 __cself 是指向 __main_block_impl_0 的指針,及匿名block 自身。
擴展:該句源碼類似如 OC 中的方法消息傳遞,OC中每個方法都默認帶兩個參數 一個是指向自身的實例self 一個是該方法的SEL 對象。
例如:
- (void) method: (int)argc{
NLog(@"%p %d \n",self,arg)
}
Objective - C 編譯器同C++的方法一樣,也將該方法作為C語言的函數來處理.源碼如下:
/*
方法中 在轉換成源碼后 自動的添加了self, _cmd兩個參數
*/
void _I_MyObjct_method_(struct Myobject *self,SEL _cmd, int arg){
NSLog (@"%p %d \n",self,arg);
}
截獲自動變量值(局部變量)
struct __main_block_impl_0 {
struct __block_impl impl;
struct __main_block_desc_0* Desc;
int val; //局部變量跟block外的類型一直
const char *fmt; //跟block外的類型一致
__main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, int _dmy, int _val, const char *_fmt, int flags=0) : dmy(_dmy), val(_val), fmt(_fmt) {
impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
impl.Flags = flags;
impl.FuncPtr = fp;
Desc = desc;
}
};
static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
int val = __cself->val; // bound by copy //block 調用外部的局部變量 實際上 相當于Copy 了一份 所以不會影響 局部變量的值 也不能修改值
const char *fmt = __cself->fmt; // bound by copy
printf("Block\n .. ,%d %s",dmy,val,fmt);
}
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[]) {
int dmy = 256; //局部變量
int val = 10; // 局部變量
const char *fmt = "val = %d \n"; //局部變量
void (*blk)(void) = ((void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, val, fmt));
((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)blk)->FuncPtr)((__block_impl *)blk);
return 0;
}
源碼解析:block 在調用 外部局部變量的時候 其實是將外部局部變量 copy了一份 使用的 所以在沒有任何修飾符的時候是不可以修改外部局部變量的。
__block 說明符
之前的分析中,block 無法改變被截獲的自動變量的值。這樣極為不便:
解決這個問題有兩種方法,
第一種:C 語言中有一個變量,允許block改成值。具體如下:
- 靜態變量
- 靜態全局變量
- 全局變量
雖然Block語法的匿名函數部分簡單的轉換為了C語言函數,但從這個C語言函數中訪問靜態全局,全局變量并沒有任何改變,可直接使用。
但靜態變量的情況,轉換后的函數原本就設置在含有Block語法的函數外,所以無法從變量作用域訪問。
看看這段代碼的源碼:
int global_val = 1;
static int static_global_val = 2;
int main(int argc, const char * argv[]) {
static int static_val = 3;
void (^blk)(void) = ^{
global_val += 1;
static_global_val += 2;
static_val += 3;
};
blk();
return 0;
}
該源代碼中使用了Block 改寫靜態變量 靜態全局變量 全局變量。該源代碼轉換后如下:
int global_val = 1; //全局變量
static int static_global_val = 2; //靜態全局變量
struct __main_block_impl_0 {
struct __block_impl impl;
struct __main_block_desc_0* Desc;
int *static_val;//局部靜態變量 ---> 可以看出 跟局部變量不同 這邊是接受的指針
__main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, int *_static_val, int flags=0) : static_val(_static_val) {
impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
impl.Flags = flags;
impl.FuncPtr = fp;
Desc = desc;
}
};
static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
int *static_val = __cself->static_val; // bound by copy // 改代碼跟局部變量 相似,實際上改變的是一個 復制后的指針.但該指針最終指向的 還是最初的變量值。
global_val += 1;
static_global_val += 2;
(*static_val) += 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[]) {
static int static_val = 3;
void (*blk)(void) = ((void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, &static_val));
((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)blk)->FuncPtr)((__block_impl *)blk);
return 0;
}
分析該源碼:發現無論是全局 還是 靜態全局 都可以在Block中直接訪問 修改變量值。
然而,靜態局部變量,貌似也可以正常訪問,其調用原理,跟之前的局部變量的調用相似,唯一的不同是,在Block中調用的是 指向該變量的指針,并且是賦值了一份指針(但還是最終指向原來的變量)。所以我們可以在Block中改變原理變量的值。
這樣就有個疑問,我們為什么不使用靜態局部變量,來使用去自動變量(局部變量)的訪問呢?
原因:在該靜態局部變量,有變量作用域,當block超出了該作用域,執行的時候,其內部調用的靜態局部變量會被廢棄,我們就無法調用到。因此Block中超出變量作用域而存在的變量同靜態變量一樣,將不能通過指針訪問原來的自動變量。
解決Block 中不能保存值這一問題的第二個方法是使用__block
int main(int argc, const char * argv[]) {
__block int val = 3;
void (^blk)(void) = ^{
val = 1;
};
blk();
return 0;
}
將上面代碼用 clang 轉化后如下:
/*
__block 轉化成了結構體
*/
struct __Block_byref_val_0 {
void *__isa;
__Block_byref_val_0 *__forwarding; //相當于一個指向源變量的指針
int __flags;
int __size;
int val; //相當于源變量
};
struct __main_block_impl_0 {
struct __block_impl impl;
struct __main_block_desc_0* Desc;
__Block_byref_val_0 *val; // by ref //持有源變量的結構體實例
__main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, __Block_byref_val_0 *_val, int flags=0) : val(_val->__forwarding) {
impl.isa = &_NSConcreteStackBlock; // block 為棧類型
impl.Flags = flags;
impl.FuncPtr = fp;
Desc = desc;
}
};
static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
__Block_byref_val_0 *val = __cself->val; // bound by ref ;類似于 靜態局部變量 都是copy 一份指向源變量的結構體指針。
(val->__forwarding->val) = 1;//通過訪問 __block 結構體 成員變量 __forwarding 來訪問源變量
}
static void __main_block_copy_0(struct __main_block_impl_0*dst, struct __main_block_impl_0*src) {_Block_object_assign((void*)&dst->val, (void*)src->val, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);}
static void __main_block_dispose_0(struct __main_block_impl_0*src) {_Block_object_dispose((void*)src->val, 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[]) {
__attribute__((__blocks__(byref))) __Block_byref_val_0 val = {(void*)0,(__Block_byref_val_0 *)&val, 0, sizeof(__Block_byref_val_0), 3};
void (*blk)(void) = ((void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, (__Block_byref_val_0 *)&val, 570425344));
((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)blk)->FuncPtr)((__block_impl *)blk);
return 0;
}
源碼解析:__Block_byref_val_0 結構體實例的成員變量__forwarding持有指向該實例自身的指針。通過成員變量__forwarding訪問成員變量val。(成員變量val是該實例自身持有的變量,它相當于原自動變量)
如圖所示:
Block存儲域
Block 是Objective-C對象。上面我們所創建的block類 都為_NSConcreteStackBlock.
由上面我們提到的源碼可以知道:
impl.isa = &_NSConcreteStackBlock
根據 block 結構體實例的 isa 指針進行分類:
- _NSConcreteStackBlock //不難看出 其存儲域在棧上
- _NSConcreteGlobalBlock // 其存儲域 在全局
- _NSConcreteMallocBlock // 其存儲域 在堆上
詳細分類如圖所示:

_NSConcreteGlobalBlock: 存在的情況:
- 記述全局變量的地方有Block語法時
- Block語法的表達式中不使用應截獲的自動變量時
以上情況Block 為 全局類對象。除此之外Block語法生成的Block為棧類對象,
例如(一):
/*
在下面的block中由于for循環的值 一直在變 所以Block截獲的局部變量一直在變。
*/
typedef int (^blk_t)(int);
for (int rate = 0;rate < 10; ++rate){
blk_t blk = ^(int count){
return rate * count;
}
}
轉化為源碼如下:
struct __main_block_impl_0 {
struct __block_impl impl;
struct __main_block_desc_0* Desc;
int rate;
__main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, int _rate, int flags=0) : rate(_rate) {
impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
impl.Flags = flags;
impl.FuncPtr = fp;
Desc = desc;
}
};
由此可見 雖然block 聲明在全局中,但由于block初始化的時候調用了局部變量,所以該block創建成棧類型的。
_NSConcreteMallocBlock :存在的情況
在分析之前我們看下之前遺留的問題:
- Block 超出變量作用域可存在的原因
- __block變量用結構體成員變量__forwarding存在的原因
配置在全局變量上的Block,從變量作用域外也可以通過指針安全的使用。但設置在棧上的Blcok,如果其變量作用域結束,該Block就被廢棄,同樣的__block也配置在棧上,所以其所屬的變量作用域結束,則該__block變量也會被廢棄。
Block提供了將Block和__block變量從棧上復制到堆上的方法來解決這個問題

而__block 變量用結構體成員變量__forwarding可以實現無論__block變量配置在棧上還是堆上都能夠正確的訪問__block變量。
深入理解blocks提供的復制方法究竟是啥?
實際上當ARC有效時,編譯器會進行判斷自動的將block從棧上復制到堆上
如:
typedef int (^blk_t)(int);
blk_t func (int count){
return ^(int count){
return rate *count;
};
}
源碼轉換為:
blk_t func (int rate)
{
blk_t tmp = &__func_block_impl_0(
_func_block_func_0,&_func_block_desc_0_DATA,rate
);
tmp = objc_retainBlock(tmp);
return objc_autoreleaseReturnValue(tmp);
}
分析源碼:從源碼來看 在ARC狀態下 block復制到堆上 實際上其引用計數增加了。
__block變量的存儲域
當block從棧中 復制到堆上時,由于block持有__block變量,所以其__blcok變量也會從棧中復制到堆上,所以當block超出作用域調用__block變量也可以成功。這是和靜態局部變量最大的區別。而靜態局部變量,在block從棧中復制到堆上時,由于block不持有變量,所以靜態局部變量不 會復制到堆上,其作用域沒變。故出作用域調用會崩潰。
如圖所示:


截獲對象
下面我們將id對象類型的局部變量 在block中調用。id類型的對象 默認修飾符 都是__strong類型的。
typedef void (^blk_t)(id);
blk_t blk;
int main(int argc, const char * argv[]) {
{
id array = [[NSMutableArray alloc]init]; // __strong 類型修改的局部變量
blk = [^(id objc){
[array addObject:objc];
NSLog(@"array count = %ld",[array count]);
} copy];
}
blk(@"ww");
return 0;
}
分析 :按理來說 array 對象出了大括號作用域,強引用失效 其對象就會廢棄。但改代碼運行正常。那么就意味著,array對象出大括號作用域時,沒有被廢棄 ,仍能正常訪問。那么是什么原因呢,我們看下Clang之后的源碼.
typedef void (*blk_t)(id);
blk_t blk;
struct __main_block_impl_0 {
struct __block_impl impl;
struct __main_block_desc_0* Desc;
id array;
__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;
}
};
static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself, id objc) {
id array = __cself->array; // bound by copy //復制一份指針 賦值
((void (*)(id, SEL, ObjectType))(void *)objc_msgSend)((id)array, sel_registerName("addObject:"), (id)objc);
NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_0b_9hq6xqxs5gjcxx5j_skhh8n00000gn_T_main_1808b3_mi_0,((NSUInteger (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)array, sel_registerName("count")));
}
/*
關鍵方法:該方法 相當于ARC 中的 retain方法,將對象的引用計數加一。但該方法除引用計數加一外,還有一個操作就是將block 從棧上復制到堆上,從而可以出作用域,調用id __strong修飾類型的對象。
*/
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*/);}
/*
dispose 相當于ARC 模式下的 release 將對象的引用計數減一。引用計數減一得同時,將堆上的block 廢棄掉。
*/
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[]) {
{
id array = ((NSMutableArray *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)((NSMutableArray *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("NSMutableArray"), sel_registerName("alloc")), sel_registerName("init"));
blk = (blk_t)((id (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)((void (*)(id))&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, array, 570425344)), sel_registerName("copy"));///必須調用block 的copy 方法才能正常運行
}
((void (*)(__block_impl *, id))((__block_impl *)blk)->FuncPtr)((__block_impl *)blk, (NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_0b_9hq6xqxs5gjcxx5j_skhh8n00000gn_T_main_1808b3_mi_1);
return 0;
}
//從上面的源碼可以發現:前提:當block調用copy方法,從棧中復制到對象,當Block調用的局部變量是個id對象的時候,該對象在block中自動的引用計數加一,并且該block持有該對象,也就是說,對象出了作用域也能被調用,知道block 從堆上廢棄掉為止。如果block 的最后沒有調用copy,那么該對象值,也會隨著作用域的結束而被廢棄。
總結:
什么時候棧上的Block會復制到堆上呢?
- 調用Block的copy實例方法時。
- Block作為函數返回值返回時。
- 將Block賦值給附有__strong修飾符id類型的類或者Block類型成員變量時。
- 在方法名中含有usingBlock的cocoa框架方法或者GCD的API中傳遞Block時。
對象和__block的區別?
- 如果調用對象的Block,沒有調用Copy 或者不在棧上,那么該對象出作用域就會被釋放。
- 如果調用對象的Block,調用了Copy,或者Block在堆上,那么該對象的作用域跟使用__block修飾的變量的作用域一直,都會被Block所持有,并且生命周期,會隨著Block的廢除,而釋放。
因此當Block中使用對象類型的自動變量時,除以下情形外,推薦調用Block的copy實例方法!!
- block作為函數返回值返回時。
- Block賦值給類的附加__strong修飾符的id類型或者Block類型的成員變量時。
- 向方法名中含有usingBlock的Cocoa框架方法或者GCD的API中傳遞Block時。
__block變量和對象
從前面我們看到__block可以修飾任意類型:
- 當然包括id對象__strong類型了,其原理是相同的:
當 block 從棧上復制到 堆上時,__block 所修飾的自動變量也會從棧上復制到堆上,使用_Block_objct_assign函數,持有賦值給__block變量的對象。當 block 廢棄時,__block所修飾的自動變量,也會通過函數_Block_objct_dispose ,釋放掉__block變量的對象。 - 當__weak修飾符修飾時,由于__weak修飾的自動變量出作用域后會廢棄 自動置nil,所以當block調用的時候,其實是調用的nil對象所以不會崩潰,但取不到值。
- 當__block __weak 同時修飾自動變量時,還是因為__weak(不持有對象)的原因,當 block 從棧上復制到堆上時,__block變量復制到堆上的是一個nil值,所以對該變量進行的操作都是無效的。
- 當__block 和 __unsafe__unretained 同時修飾變量時,跟__weak不同,當__unsafe__unretained,所修飾的對象邊nil 時 該變量不會自動置nil,而是變成野指針,所以當block 從棧上復制到堆上時,實際上__block變量是一個野指針,所以當調用的時候回出錯,導致程序崩潰
- __block 和 __autoreleasing 修飾跟 上面的__unsafe__unretained是一樣的。
Block 循環引用
存在循環引用的情況:當block對象 作為類的 屬性或者成員變量,并且在block初始化的時候,調用了self或者self相關類的成員變量。都會引起引用循環。
解決方法:
- 使用__weak 修飾要截取的自動變量,
- 當在MRC 中時,可以使用__unsafe_unretained(弊端 不會自動置nil 容易出現野指針) 修飾。
- 可以使用__block 修飾,前提是 必須 執行block代碼塊,而且可以適當地在代碼塊中 手動的把__block變量置nil
以下是相關解決方法的實例:
實例一:
typedef void (^blk_t)(void);
@interface Myobject : NSObject
{
blk_t blk_; //成員變量
id _objc;//成員變量
}
@end
@implementation MyObject
- (id)init
{
self = [super init];
/*
分析改代碼會出現兩種情況的引用循環:
* 一種是:成員變量block 調用 self,self中持有block ,block中也持有self,導致引用循環,解決方法在之前 加入
__weak typeof(self) weakSelf = self;
* 第二中,雖然成員變量block沒有直接調用self ,但其調用了成員變量_objc,所以也會造成引用循環:
解決方法: __weak id weakObjc = _objc;
*/
blk_ = ^{
NSLog(@"self = %@, objc = %@",self,_objc);
}
return self;
}
實例二:
typedef void (^blk_t)(void);
@interface Myobject : NSObject
{
blk_t blk_; //成員變量
}
@end
@implementation MyObject
- (id)init
{
self = [super init];
/*
此處使用__block修飾變量,是的block 持有__block變量,而__block變量持有MyObject對象,而MyObject持有block對象。出現引用循環:
然而 當 block執行的時候,__block變量廢棄,從而消除引用循環
*/
__block id temp = self;
blk_ = ^{
NSLog(@"self = %@,,self);
temp = nil;
}
return self;
}
- (void)execBlock
{
blk_()
}
int main (){
id o = [[MyObject alloc] init];
[o execBlock];//必須執行 否則導致引用循環
return 0;
}
總結下__block 和 __weak 之間的優缺點:
使用__block變量的優點:
- 通過__block 變量可控制對象的持有期間
- 在不能使用__weak修飾符的環境中不使用__unsafe__unretain修飾符即可(不必擔心野指針)
在執行Block時可動態的決定是否將nil或者其他對象賦值在__block變量中。
使用__block變量的缺點如下:
- 為避免循環引用必須執行Block