一、前言

• 本文重點來研究一下 objc 的 block，并具體來分析一下以下一些面試題目：
• • block 的內部實現，結構體是什么樣？
• • block 是類嗎？有哪些類型？
• • 一個 int 變量被 __block 修飾與否的區別？block 的變量如何截獲？
• • block 在修改 NSMutableArray，需不需要添加 __block？
• • block 怎么進行內存管理？
• • block 可以用 strong 修飾嗎？
• • 解決循環引用時，為什么要用 __strong、__weak 修飾？
• • block 發生 copy 時機是什么？
• • block 訪問對象類型的 auto 變量時，在 ARC 和 MRC 下有什么區別？
• 在回答這些問題之前，需要了解一些 block 背景相關的知識，如下：
• • 如何查看 block 的內部實現，也就是說轉換成背后真正的 c/c++ 代碼的 block 是什么樣的？
• • block 的轉換格式是什么？
• • block 原理是什么？
• • 關于 block 變量的作用域是什么？

二、Objective-C 轉 C++ 的方法

• 現有一個 TestClass.m 類，其中 block 代碼如下：

@interface TestClass () @end@implementation TestClass - (void)testMethods {void (^blockA)(int a) = ^(int a) {NSLog(@"%d",a);};if (blockA) {blockA(1990);} } @end

• 打開終端，cd 到 TestClass.m 所在目錄，使用如下命令：

clang -rewrite-objc TestClass.m

• 就會在當前文件夾內自動生成對應的 TestClass.cpp 文件。如果提示 clang 沒有的話，則需要安裝，輸入如下命令：

brew install clang-format或者brew link clang-forma然后輸入 下面命令 測試是否好使clang-format --help

• 經過上述轉換操作，可以在 TestClass.cpp 中最下面發現如下 C++ 代碼：

// @interface TestClass () /* @end */// @implementation TestClassstruct __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);} }

• 通過上述代碼，可以發現 block 其實是一個結構體類型，底層實現會根據 __類名__方法名_block_impl_下標 (0 代表這個方法或者這個類中第 0 個 block)：

struct __類名__方法名_block_impl_下標

三、關于變量的作用域

• c 語言的函數中可能使用的參數變量種類：
• • 參數類型
• • 自動變量(局部變量)
• • 靜態變量(靜態局部變量)
• • 靜態全局變量
• • 全局變量
• 由于存儲區域特殊，這其中有三種變量是可以在任何時候以任何狀態調用的：
• • 靜態變量
• • 靜態全局變量
• • 全局變量
• 而其它兩種，則是有各自相應的作用域，超過作用域后，會被銷毀。

四、block 的內部實現，結構體是什么樣子？

• block 的內部實現如下：

struct __TestClass__testMethods_block_impl_0 {struct __block_impl impl; // 成員變量struct __TestClass__testMethods_block_desc_0* Desc; // desc 結構體聲明// 構造函數// fp 函數指針// desc 靜態全局變量初始化的 __main_block_desc_ 結構體實例指針// flags block 的負載信息(引用計數和類型信息),按位存儲.__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;} }; // 將來被調用的block內部的代碼：block值被轉換為C的函數代碼 // 這里，*__cself 是指向Block的值的指針，也就相當于是Block的值它自己(相當于C++里的this，OC里的self) // __cself 是指向__TestClass__testMethods_block_impl_0結構體實現的指針 // Block結構體就是__TestClass__testMethods_block_impl_0結構體.Block的值就是通過__TestClass__testMethods_block_impl_0構造出來的 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);} }

• 可以看得出來 __TestClass__testMethods_block_impl_0 有 3 個部分組成：
• • impl 函數指針指向 __TestClass__testMethods_block_impl_0：

struct __block_impl {void *isa;int Flags;int Reserved; // 今后版本升級所需的區域void *FuncPtr; // 函數指針};

• • Desc 指向 __TestClass__testMethods_block_impl_0的Desc 指針，用于描述當前這個 block 的附加信息，包括結構體的大小等信息：

static struct __TestClass__testMethods_block_desc_0 {size_t reserved; // 今后升級版本所需區域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() 構造函數，也就是該 block 的具體實現：

__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; }

• 此結構體中，isa 指針保持這所屬類的結構體的實例的指針，struct __TestClass__testMethods_block_impl_0 相當于 Objective-C 類對象的結構體，_NSConcreteStackBlock 相當于 block 的結構體實例，也就是說 block 其實就是 Objective-C 對于閉包的對象實現。

五、block 是類嗎？有哪些類型?

• block 也可以理解為類，因為它有 isa 指針、block.isa 的類型，包括：
• • _NSConcreteGlobalBlock 跟全局變量一樣，設置在程序的數據區域（.data）中；
• • _NSConcreteStackBlock 棧上（上文的都是棧上 block）；
• • _NSConcreteMallocBlock 堆上。
• block 的 isa 可以按位運算。

六、一個 int 變量被 __block 修飾與否的區別？block的變量如何截獲？

① 被 __block 修飾與否的區別

• 現有如下示例：

__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

• 通過 __block 修飾 int a，block 體中對這個變量的引用是指針拷貝，它會作為 block 結構體構造參數傳入到結構體中且復制這個變量的指針引用，從而達到可以修改變量的作用。
• int b 沒有被 __block 修飾，block 內部對 b 是值 copy，因此在 block 內部修改 b 而不會影響外部 b 的變化。

② block的變量如何截獲？

• 通過如下代碼，來觀察要一下變量的捕獲：

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]);

• 運行結果：

block_demo[28963:1629127] array count = 1 block_demo[28963:1629127] array count = 2 block_demo[28963:1629127] array count = 3

• 把上面的代碼翻譯成 C++：

struct __main_block_impl_0 { struct __block_impl impl; struct __main_block_desc_0* Desc; id array; // 截獲的對象 __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 結構體里不能含有被 __strong 修飾的變量，因為編譯器不知道應該何時初始化和廢棄 C 結構體。但是 Objc 的運行時庫能夠準確把握 block 從棧復制到堆，以及堆上的 block 被廢棄的時機，實現上是通過 __TestClass__testMethods_block_copy_0 函數和 __TestClass__testMethods_block_dispose_0 函數進行：

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 相當于 retain 操作，將對象賦值在對象類型的結構體成員變量中；
• • _Block_object_dispose 相當于 release 操作。
• 這兩個函數調用的時機是在什么時候呢？

函數被調用時機

__TestClass__testMethods_block_copy_0	從棧復制到堆時
__TestClass__testMethods_block_dispose_0	堆上的Block被廢棄時

③ 什么時候棧上 block 會被復制到堆呢？

• 調用 block 的 copy 函數時；
• 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；
• 方法中含有 usingBlock 的 Cocoa 框架方法或者 GCD 的 API 中傳遞 block 時。

④ block 什么時候被廢棄？

• 堆上的 block 被釋放后，誰都不再持有 block 時調用 dispose 函數；

七、block 在修改 NSMutableArray 需不需要添加 __block？

• 修改 NSMutableArray 的存儲內容的話，是不需要添加 __block 修飾的。
• 修改 NSMutableArray 對象的本身，那必須添加 __block 修飾。

八、block 怎么進行內存管理?

• 在上文中的 block 的構造函數 __TestClass__testMethods_block_impl_0 中的 isa 指針指向的是 &_NSConcreteStackBlock，它表示當前的 block 位于棧區中。

block內存操作存儲域/存儲位置copy操作的影響

_NSConcreteGlobalBlock	程序的數據區域	什么也不做
_NSConcreteStackBlock	棧	從棧拷貝到堆
_NSConcreteMallocBlock	堆	引用計數增加

• 全局 block：_NSConcreteGlobalBlock 的結構體實例設置在程序的數據存儲區，所以可以在程序的任意位置通過指針來訪問，它的產生條件：
• • 記述全局變量的地方有 block 語法時；
• • block 不截獲的自動變量。
• • 以上兩個條件只要滿足一個就可以產生全局 block。
• 棧 block：_NSConcreteStackBlock 在生成 block 以后，如果這個 block 不是全局 block，那它就是棧 block，生命周期在其所屬的變量作用域內（也就是說如果銷毀取決于所屬的變量作用域）。如果 block 變量和 __block 變量復制到了堆上以后，則不再會受到變量作用域結束的影響，因為它變成了堆 block。
• 堆 block：_NSConcreteMallocBlock 將棧 block 復制到堆以后，block 結構體的 isa 成員變量變成_NSConcreteMallocBlock。

九、block 可以用 strong 修飾嗎?

• 在 ARC 中可以，因為在 ARC 環境中的 block 只能在堆內存或全局內存中，因此不涉及到從棧拷貝到堆中的操作。
• 在 MRC 中不行，因為要有拷貝過程，如果執行 copy 用 strong 的話會 crash，strong 是 ARC 中引入的關鍵字，如果使用 retain 相當于忽視了 block 的 copy 過程。

十、解決循環引用時，為什么要用 __strong、__weak 修飾 block?

• 首先 block 捕獲變量的時候，結構體構造傳入了self，造成了默認的引用關系，因此一般在 block 外部對操作對象會加上 __weak；
• 在 block 內部使用 __strong 修飾符的對象類型的自動變量，那么當 block 從棧復制到堆的時候，該對象就會被 block 所持有，但是持有的是上面加了 __weak，所以形成了彼消此漲的鏈條，剛好能解決 block 延遲銷毀的時候對外部對象生命周期造成的影響，如果不這樣做很容易造成循環引用。

十一、block 發生 copy 時機?

• 在 ARC 中，編譯器將創建在棧中 block 會自動拷貝到堆內存中，而 block 作為方法或函數的參數傳遞時，編譯器不會做 copy 操作。
• • 調用 block 的 copy 函數時；
• • 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；
• • 方法中含有 usingBlock 的 Cocoa 框架方法或者 GCD 的 API 中傳遞 block 時。

十二、block 訪問對象類型的 auto 變量時，在 ARC 和 MRC 下有什么區別?

• 在 ARC 下，棧區創建的 block 會自動 copy 到堆區；而 MRC 下，就不會自動拷貝，需要手動調用 copy 函數。
• block 的 copy 操作，當 block 從棧區 copy 到堆區的過程中，也會對 block 內部訪問的外部變量進行處理，它會調用 block_object_assign 函數對變量進行處理，根據外部變量是 strong 還會 weak 對 block 內部捕獲的變量進行引用計數 +1 或 -1，從而達到強引用或弱引用的作用。
• 因此在 ARC 下，由于 block 被自動 copy 到了堆區，從而對外部的對象進行強引用，如果這個對象同樣強引用這個 block，就會形成循環引用。
• 在 MRC 下，由于訪問的外部變量是 auto 修飾，所以這個 block 屬于棧區的，如果不對 block 手動進行 copy 操作，在運行完 block 的定義代碼段后，block 就會被釋放，而由于沒有進行 copy 操作，所以這個變量也不會經過 block_object_assign 處理，也就不會對變量強引用。
• 簡而言之，ARC 下會對這個對象強引用，而 MRC 下則不會。

總結

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