Objective-C中block实现和技巧学习
什么是block？
首先，看一个极简的block：
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
^{ };
}
return 0;
}
如何声明一个block在 Objective-C ？
-
As a local variable:
returnType (^blockName)(parameterTypes) = ^returnType(parameters) {...}; -
As a property:
@property (nonatomic, copy, nullability) returnType (^blockName)(parameterTypes);
-
As a method parameter:
- (void)someMethodThatTakesABlock:(returnType (^nullability)(parameterTypes))blockName;
-
As an argument to a method call:
[someObject someMethodThatTakesABlock:^returnType (parameters) {...}]; -
As a typedef:
typedef returnType (^TypeName)(parameterTypes); TypeName blockName = ^returnType(parameters) {...};
block编译转换结构
int myMain()
{
^{ } ();
^{ } ();
return 0;
}
对其执行 clang -rewrite-objc 编译转换成C++实现，得到以下代码：
block的实际结构
关于block的数据结构和runtime是开源的，可以在llvm项目看到，或者下载苹果的 libclosure 库的源码来看。苹果也提供了 在线的代码查看方式 ，其中包含了很多示例和文档说明。
接下来观察下Block_private.h文件中对block的相关结构体的真实定义：
- invoke，同上文的FuncPtr，block执行时调用的函数指针，block定义时内部的执行代码都在这个函数中
- Block_descriptor，block的详细描述
总体来说，block就是一个里面存储了指向 函数体中包含定义block时的代码块 的函数指针，以及 block外部上下文 变量等信息的结构体。
block的类型
在block runtime中，定义了6种类：
- _NSConcreteStackBlock 栈上创建的block
- _NSConcreteMallocBlock 堆上创建的block
- _NSConcreteGlobalBlock 作为全局变量的block
- _NSConcreteWeakBlockVariable
- _NSConcreteAutoBlock
- _NSConcreteFinalizingBlock
其中我们能接触到的主要是前3种，后三种用于GC，咱们就先不看了。
block的常见类型有3种：
- _NSConcreteGlobalBlock（全局）
- _NSConcreteStackBlock（栈）
- _NSConcreteMallocBlock（堆）
APUE(Unix环境高级编程)的进程虚拟内存段分布图：
其中前2种在Block.h种声明，后1种在Block_private.h中声明。
NSConcreteGlobalBlock和NSConcreteStackBlock
首先，根据前面两种类型，编写以下代码：
void (^globalBlock)() = ^{
};
int block_type_Main()
{
void (^stackBlock1)() = ^{
};
stackBlock1();
globalBlock();
return 0;
}
对其进行编译转换后得到以下代码：
可以看出globalBlock的isa指向了_NSConcreteGlobalBlock，即在全局区域创建，编译时就已经确定了，位于上图中的代码段；stackBlock的isa指向了_NSConcreteStackBlock，即在栈区创建。
NSConcreteMallocBlock
堆中的block无法直接创建，其需要由_NSConcreteStackBlock类型的block拷贝而来(也就是说block需要执行copy之后才能存放到堆中)。由于block的拷贝最终都会调用_Block_copy_internal函数，所以观察这个函数就可以知道堆中block是如何被创建的了：
三种类型block测试(MRC)
#import "block_in_MRC.h"
typedef long (^BlkSum)(int, int);
@implementation block_in_MRC
+ (void)main
{
BlkSum blk1 = ^ long (int a, int b) {
return a + b;
};
NSLog(@"blk1 = %@", blk1);// blk1 = <__NSGlobalBlock__: 0x47d0>
int base = 100;
BlkSum blk2 = ^ long (int a, int b) {
return base + a + b;
};
NSLog(@"blk2 = %@", blk2); // blk2 = <__NSStackBlock__: 0xbfffddf8>
BlkSum blk3 = [[blk2 copy] autorelease];
NSLog(@"blk3 = %@", blk3); // blk3 = <__NSMallocBlock__: 0x902fda0>
}
@end
捕捉变量对block结构的影响
编译转换捕捉不同变量类型的block，以对比它们的区别。
局部变量
代码
// 局部变量
int capture_var_effect_block_Main()
{
int a;
^{a;};
// 报错 var is not assignable(missing __block type specifier)
// ^{a = 10;};
return 0;
}
对其进行编译转换后得到以下代码(注释不会被编译)：
我们通过指针传递
int test()
{
int a = 0;
// 利用指针p存储a的地址
int *p = &a;
^{
// 通过a的地址设置a的值
*p = 10;
}();
return 0;
}
变量a的生命周期是和方法test的栈相关联的，当test运行结束，栈随之销毁，那么变量a就会被销毁，p也就成为了野指针。如果block是作为参数或者返回值，这些类型都是跨栈的，也就是说再次调用会造成野指针错误。
全局变量
代码
// 全局静态
static int a;
// 全局
int b;
int capture_global_var_effect_block()
{
^{
a = 10;
b = 10;
}();
return 0;
}
编译转换后
直接使用了a，b变量；
局部静态变量
代码
int capture_local_var_effect_block()
{
static int a;
// 静态局部变量是存储在静态数据存储区域的，也就是和程序拥有一样的生命周期，也就是说在程序运行时，都能够保证block访问到一个有效的变量。但是其作用范围还是局限于定义它的函数中，所以只能在block通过静态局部变量的地址来进行访问。
^{
a = 10;
}();
return 0;
}
编译转换后
__block修饰的变量
代码
int __block_modify_var()
{
__block int a;
^{
a = 10;
}();
return 0;
}
编译转换后
runtime.c _Block_byref_assign_copy 方法
self隐式循环引用
代码
@implementation self_hidden_retain_cycle
{
int _a;
void (^_block)();
}
- (void)test
{
void (^_block)() = ^{
_a = 10;
};
}
@end
编译转换后
ObjC对象(MRC)
代码
@interface MyClass : NSObject {
NSObject* _instanceObj;
}
@end
@implementation MyClass
NSObject* __globalObj = nil;
- (id) init {
if (self = [super init]) {
_instanceObj = [[NSObject alloc] init];
}
return self;
}
- (void) test {
static NSObject* __staticObj = nil;
__globalObj = [[NSObject alloc] init];
__staticObj = [[NSObject alloc] init];
NSObject* localObj = [[NSObject alloc] init];
__block NSObject* blockObj = [[NSObject alloc] init];
typedef void (^MyBlock)(void) ;
MyBlock aBlock = ^{
NSLog(@"%@", __globalObj);
NSLog(@"%@", __staticObj);
NSLog(@"%@", _instanceObj);
NSLog(@"%@", localObj);
NSLog(@"%@", blockObj);
};
aBlock = [[aBlock copy] autorelease];
aBlock();
NSLog(@"%d", [__globalObj retainCount]);
NSLog(@"%d", [__staticObj retainCount]);
NSLog(@"%d", [_instanceObj retainCount]);
NSLog(@"%d", [localObj retainCount]);
NSLog(@"%d", [blockObj retainCount]);
}
@end
执行结果为1 1 1 2 1。
globalObj和staticObj在内存中的位置是确定的，所以Block copy时不会retain对象。
_instanceObj在Block copy时也没有直接retain _instanceObj对象本身，但会retain self。所以在Block中可以直接读写_instanceObj变量。
localObj在Block copy时，系统自动retain对象，增加其引用计数。
blockObj在Block copy时也不会retain。
非ObjC对象，如GCD队列dispatch_queue_t。Block copy时并不会自动增加他的引用计数。
Block中使用的ObjC对象的行为
@property (nonatomic, copy) void(^myBlock)(void);
block_in_MRC* obj = [[[block_in_MRC alloc] init] autorelease];
self.myBlock = ^ {
// obj doSomething
};
对象obj在Block被copy到堆上的时候自动retain了一次。因为Block不知道obj什么时候被释放，为了不在Block使用obj前被释放，Block retain了obj一次，在Block被释放的时候，obj被release一次。
不同类型block的复制
block的复制代码在_Block_copy_internal函数中。
Block的copy、retain、release操作(MRC)
+ (void)test
{
int base = 100;
BlkSum blk2 = ^ long (int a, int b) {
return base + a + b;
};
NSLog(@"blk2 = %@", blk2); // blk2 = <__NSStackBlock__: 0xbfffddf8>
BlkSum blk3 = [[[[[blk2 copy] copy] copy] copy] copy];
NSLog(@"blk3 = %@", blk3); // blk3 = <__NSMallocBlock__: 0x902fda0>
NSLog(@"blk3 retainCount = %@", @([blk3 retainCount]));// blk3 retainCount = 1
BlkSum blk4 = [blk2 copy];
[blk4 retain];
NSLog(@"blk4 retainCount = %@", @([blk4 retainCount]));// blk4 retainCount = 1
[blk4 release];
NSLog(@"blk4 retainCount = %@", @([blk4 retainCount]));// blk4 retainCount = 1
}
Block_release in runtime.c
- 对Block不管是retain、copy、release都不会改变引用计数retainCount，retainCount始终是1；
- NSGlobalBlock：retain、copy、release操作都无效；
- NSStackBlock：retain、release操作无效，必须注意的是，NSStackBlock在函数返回后，Block内存将被回收。即使retain也没用。容易犯的错误是[[mutableAarry addObject:stackBlock]，在函数出栈后，从mutableAarry中取到的stackBlock已经被回收，变成了野指针。正确的做法是先将stackBlock copy到堆上，然后加入数组：[mutableAarry addObject:[[stackBlock copy] autorelease]]。支持copy，copy之后生成新的NSMallocBlock类型对象。
- NSMallocBlock支持retain、release，虽然retainCount始终是1，但内存管理器中仍然会增加、减少计数。copy之后不会生成新的对象，只是增加了一次引用，类似retain；
ARC中的block
苹果文档 提及，在ARC模式下，在栈间传递block时，不需要手动copy栈中的block，即可让block正常工作。主要原因是ARC对栈中的block自动执行了copy，将_NSConcreteStackBlock类型的block转换成了_NSConcreteMallocBlock的block。
block 实验
+ (void)main
{
int i = 10;
void (^block)() = ^{i;};
__weak void (^weakBlock)() = ^{i;};
void (^stackBlock)() = ^{};
// ARC情况下
// 创建时，都会在栈中
// <__NSStackBlock__: 0x7fff5fbff730>
NSLog(@"%@", ^{i;});
// 因为stackBlock为strong类型，且捕获了外部变量，所以赋值时，自动进行了copy
// <__NSMallocBlock__: 0x100206920>
NSLog(@"%@", block);
// 如果是weak类型的block，依然不会自动进行copy
// <__NSStackBlock__: 0x7fff5fbff728>
NSLog(@"%@", weakBlock);
// 如果block是strong类型，并且没有捕获外部变量，那么就会转换成__NSGlobalBlock__
// <__NSGlobalBlock__: 0x100001110>
NSLog(@"%@", stackBlock);
// 在非ARC情况下，产生以下输出
// <__NSStackBlock__: 0x7fff5fbff6d0>
// <__NSStackBlock__: 0x7fff5fbff730>
// <__NSStackBlock__: 0x7fff5fbff700>
// <__NSGlobalBlock__: 0x1000010d0>
}
可以看出，ARC对类型为strong且捕获了外部变量的block进行了copy。并且当block类型为strong，但是创建时没有捕获外部变量，block最终会变成 NSGlobalBlock 类型（这里可能因为block中的代码没有捕获外部变量，所以不需要在栈中开辟变量，也就是说，在编译时，这个block的所有内容已经在代码段中生成了，所以就把block的类型转换为全局类型）
block作为参数传递
在栈中的block需要注意的情况：
NSMutableArray *arrayM;
void myBlock()
{
int a = 5;
Block block = ^ {
NSLog(@"%d", a);
};
[arrayM addObject:block];
NSLog(@"%@", block);
}
+ (void)test
{
arrayM = @[].mutableCopy;
myBlock();
Block block = [arrayM firstObject];
// 非ARC这里崩溃
block();
}
可以看到，ARC情况下因为自动执行了copy，所以返回类型为 NSMallocBlock ，在函数结束后依然可以访问；而非ARC情况下，需要我们手动调用[block copy]来将block拷贝到堆中，否则因为栈中的block生命周期和函数中的栈生命周期关联，当函数退出后，相应的堆被销毁，block也就不存在了。
如果把block的以下代码删除：
NSLog(@"%d", a);
那么block就会变成全局类型，在test中访问也不会出崩溃。
block作为返回值
在非ARC情况下，如果返回值是block，则一般这样操作：
return [[block copy] autorelease];
对于外部要使用的block，更趋向于把它拷贝到堆中，使其脱离栈生命周期的约束。
block属性
这里还有一点关于block类型的ARC属性。上文也说明了，ARC会自动帮strong类型且捕获外部变量的block进行copy，所以在定义block类型的属性时也可以使用strong，不一定使用copy。也就是以下代码：
/** 假如有栈block赋给以下两个属性 **/ // 这里因为ARC，当栈block中会捕获外部变量时，这个block会被copy进堆中 // 如果没有捕获外部变量，这个block会变为全局类型 // 不管怎么样，它都脱离了栈生命周期的约束 @property (strong, nonatomic) Block *strongBlock; // 这里都会被copy进堆中 @property (copy, nonatomic) Block *copyBlock;
ARC与非ARC(MRC)下的Weak-Strong Dance
ARC
在使用block过程中，经常会遇到 retain cycle 的问题，例如：
- (void)dealloc
{
[[NSNotificationCenter defaultCenter] removeObserver:_observer];
}
- (void)loadView
{
[super loadView];
_observer = [[NSNotificationCenter defaultCenter] addObserverForName:@"testKey"
object:nil
queue:nil
usingBlock:^(NSNotification *note) {
[self dismissModalViewControllerAnimated:YES];
}];
}
在block中用到了self，self会被block retain，而_observer会copy一份该block，就是说_observer间接持有self，同时当前的self也会retain _observer，最终导致self持有_observer，_observer持有self，形成 retain cycle 。
对于在block中的 retain cycle ，在2011 WWDC Session #322 (Objective-C Advancements in Depth)有一个解决方案 weak-strong dance ，很漂亮的名字。其实现如下：
- (void)dealloc
{
[[NSNotificationCenter defaultCenter] removeObserver:_observer];
}
- (void)loadView
{
[super loadView];
__weak TestViewController *wself = self;
_observer = [[NSNotificationCenter defaultCenter] addObserverForName:@"testKey"
object:nil
queue:nil
usingBlock:^(NSNotification *note) {
__strong TestViewController *sself = wself;
[sself dismissModalViewControllerAnimated:YES];
}];
}
在block中使用self之前先用一个 __weak 变量引用self，导致block不会retain self，打破retain cycle，然后在block中使用wself之前先用 __strong 类型变量引用wself，以确保使用过程中不会dealloc。简而言之就是推迟对self的retain，在使用时才进行retain。这有点像lazy loading的意思。
注：iOS5以下没有 __weak ，则需使用 __unsafe_unretained 。
非ARC(MRC)
在非ARC环境中，显然之前的使用的 __weak 或 __unsafe_unretained 将会是无效的，那么我们需使用另外一种方法来代替，这里就需要用到 __block 。
__block 在ARC和非ARC中有点细微的差别（ Automatic Reference Counting : Blocks ）：
-
在ARC中，
__block会自动进行retain// ARC 中 `__block`会自动进行retain 实验 + (void)test__Block { // You can use CFGetRetainCount with Objective-C objects, even under ARC: NSObject *objc = [[NSObject alloc] init]; NSLog(@"test__Block-- objc Retain count is %ld", CFGetRetainCount((__bridge CFTypeRef)objc)); __block NSObject *objcNew = objc; NSLog(@"test__Block-- objc Retain count is %ld", CFGetRetainCount((__bridge CFTypeRef)objc)); } // 输出 // test__Block-- objc Retain count is 1 // test__Block-- objc Retain count is 2 -
在非ARC中，
__block不会自动进行retain// 在MRC中 __block不会自动进行retain + (void)test__Block { // You can use CFGetRetainCount with Objective-C objects, even under ARC: NSObject *objc = [[NSObject alloc] init]; NSLog(@"test__Block-- objc Retain count is %ld", CFGetRetainCount((__bridge CFTypeRef)objc)); __block NSObject *objcNew = objc; NSLog(@"test__Block-- objc Retain count is %ld", CFGetRetainCount((__bridge CFTypeRef)objc)); } // 输出 // test__Block-- objc Retain count is 1 // test__Block-- objc Retain count is 1
因此首先要注意的一点就是用 __block 打破 retain cycle 的方法仅在非ARC下有效，下面是非ARC的 weak-strong dance ：
- (void)dealloc
{
[[NSNotificationCenter defaultCenter] removeObserver:_observer];
[_observer release];
[super dealloc];
}
- (void)loadView
{
[super loadView];
__block TestViewController *bself = self;
_observer = [[NSNotificationCenter defaultCenter] addObserverForName:@"testKey"
object:nil
queue:nil
ngBlock:^(NSNotification *note) {
[bself retain];
[bself dismissModalViewControllerAnimated:YES];
[bself release];
}];
}
将self赋值为 __block 类型变量，在非ARC中 __block 类型变量不会进行retain，从而打破retain cycle，然后在使用bself前进行retain，以确保在使用过程中不会dealloc 。
总结
打破循环引用：
- ARC下： __week
- 非ARC（MRC）下：__block
__block的作用：
非ARC（MRC）下
- 说明变量可改
- 说明指针指向的对象不做隐式retain操作。
ARC下只有1。
正文到此结束
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