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block 底层原理

大家写 OC 肯定用过不少 block。有这样4个问题：

block 原理是什么，系统是如何实现的？

__block 的作用是什么？

block 作为属性时，为什么用 copu 修饰？

block 在修改 NSMutableArray 的时候，需要加 __block 吗？

带着问题探究本文。

block 本质探索

实验探索

Demo

NSInteger age = 27;
    void(^block)(NSInteger, NSInteger) = ^(NSInteger a, NSInteger b) {
        NSLog(@"age is %zd", age);
        NSLog(@"a is %zd, b is %zd", a, b);
    };
    block(1, 2);

用指令xcrun --sdk iphoneos clang -arch arm64 ViewController.m -rewrite-objc -o ViewController-arm64.cpp 转为 c++

ViewController.m 的 viewDidLoad 函数为 _I_ViewController_viewDidLoad

static void _I_ViewController_viewDidLoad(ViewController * self, SEL _cmd) {
    ((void (*)(__rw_objc_super *, SEL))(void *)objc_msgSendSuper)((__rw_objc_super){(id)self, (id)class_getSuperclass(objc_getClass("ViewController"))}, sel_registerName("viewDidLoad"));
    NSInteger age = 27;
    void(*block)(NSInteger, NSInteger) = ((void (*)(NSInteger, NSInteger))&__ViewController__viewDidLoad_block_impl_0((void *)__ViewController__viewDidLoad_block_func_0, &__ViewController__viewDidLoad_block_desc_0_DATA, age));
    ((void (*)(__block_impl *, NSInteger, NSInteger))((__block_impl *)block)->FuncPtr)((__block_impl *)block, 1, 2);
}

block 被定义为一个叫做 __ViewController__viewDidLoad_block_impl_0 的结构体

struct __ViewController__viewDidLoad_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __ViewController__viewDidLoad_block_desc_0* Desc;
  NSInteger age;
  __ViewController__viewDidLoad_block_impl_0(void *fp, struct __ViewController__viewDidLoad_block_desc_0 *desc, NSInteger _age, int flags=0) : age(_age) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};

struct __block_impl {
  void *isa;
  int Flags;
  int Reserved;
  void *FuncPtr;
};

因为 __block_impl 结构体位于 __ViewController__viewDidLoad_block_impl_0 结构体的第一个成员，所以上述代码等价于

struct __ViewController__viewDidLoad_block_impl_0 {
  void *isa;
  int Flags;
  int Reserved;
  void *FuncPtr;
  struct __ViewController__viewDidLoad_block_desc_0* Desc;
  NSInteger age;
  __ViewController__viewDidLoad_block_impl_0(void *fp, struct __ViewController__viewDidLoad_block_desc_0 *desc, NSInteger _age, int flags=0) : age(_age) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};

block 内部的 NSLog 语句，被封装为 __ViewController__viewDidLoad_block_func_0 结构体

static void __ViewController__viewDidLoad_block_func_0(struct __ViewController__viewDidLoad_block_impl_0 *__cself, NSInteger a, NSInteger b) {
  NSInteger age = __cself->age; // bound by copy

        NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_7x_g921y52j5yb_w5hsn3fb3m8r0000gn_T_ViewController_95a9e6_mi_0, age);
        NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_7x_g921y52j5yb_w5hsn3fb3m8r0000gn_T_ViewController_95a9e6_mi_1, a, b);
    }

__ViewController__viewDidLoad_block_impl_0(void *fp, struct __ViewController__viewDidLoad_block_desc_0 *desc, NSInteger _age, int flags=0) : age(_age) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }

可以看到构造函数 __ViewController__viewDidLoad_block_impl_0 有4个参数。

第一个参数：

在 viewDidLoad 中，__ViewController__viewDidLoad_block_func_0 当作构造函数 __ViewController__viewDidLoad_block_impl_0 的参数，传递给了参数 fp，构造函数内部将 fp 赋值给了 impl 的 FuncPtr。在

((void (*)(__block_impl *, NSInteger, NSInteger))((__block_impl *)block)->FuncPtr)((__block_impl *)block, 1, 2);

最后在 viewDidLoad 函数中通过结构体 impl 的成员 FuncPtr，调用了函数。

第二个参数：

__ViewController__viewDidLoad_block_desc_0_DATA 可以看成是一个 block 信息的描述，占用了 sizeof(struct __ViewController__viewDidLoad_block_impl_0) 大小的空间。

static struct __ViewController__viewDidLoad_block_desc_0 {
  size_t reserved;
  size_t Block_size;
} __ViewController__viewDidLoad_block_desc_0_DATA = { 0, sizeof(struct __ViewController__viewDidLoad_block_impl_0)

QA：

((void (*)(__block_impl *, NSInteger, NSInteger))((__block_impl *)block)->FuncPtr)((__block_impl *)block, 1, 2);

为什么 block->FuncPtr 可以直接访问，而不是 block 先访问 impl，再访问 FuncPtr？因为 __block_impl 就是 __main_block_impl_0 这个结构体的第一个变量地址（结构体特性）

上述的代码，等价于 block->impl.FuncPtr

struct __block_impl {
  void *isa;
  int Flags;
  int Reserved;
  void *FuncPtr;
};

类似于下面代码

struct __main_block_impl_0 {
  void *isa;
  int Flags;
  int Reserved;
  void *FuncPtr;
  struct __main_block_desc_0* Desc;
  int age;
  __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, int _age, int flags=0) : age(_age) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};

通过 clang 转为 c++ 分析后，知道了 block 的本质，然后自定义结构体，mock 对象去承载 block 信息，然后查看

struct __block_impl {
  void *isa;
  int Flags;
  int Reserved;
  void *FuncPtr;
};

struct __ViewController__viewDidLoad_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __ViewController__viewDidLoad_block_desc_0* Desc;
  NSInteger age;
};

struct __ViewController__viewDidLoad_block_desc_0 {
  size_t reserved;
  size_t Block_size;
};

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    
    NSInteger age = 27;
    void(^block)(NSInteger, NSInteger) = ^(NSInteger a, NSInteger b) {
        NSLog(@"age is %zd", age);
        NSLog(@"a is %zd, b is %zd", a, b);
    };
    block(1, 2);
    
    struct __ViewController__viewDidLoad_block_impl_0 *mockBlock = (__bridge struct __ViewController__viewDidLoad_block_impl_0 *)block;
    NSLog(@"");
}

结论

通过探索发现：

block 本质上就是一个 oc 对象，也有 isa 指针
block 是封装了函数调用和函数调用环境的 OC 对象

block 变量捕获

auto 变量捕获

Demo1：

一个最简单的 block，参数和返回值都是 void，内部仅一条打印语句。

void(^printBlock)(void) = ^ {
    NSLog(@"Hello block");
};
printBlock();

用 xcrun --sdk iphoneos clang -arch arm64 ViewController.m -rewrite-objc -o ViewController-arm64.cpp 转换为 c++

概括如下：

Demo2: 捕获外部变量

void(^printAgeBlock)(void) = ^ {
    NSLog(@"age is %zd", age);
};
age = 28;
printAgeBlock();

用指令 xcrun --sdk iphoneos clang -arch arm64 ViewController.m -rewrite-objc -o ViewController-arm64.cpp 转换为 c++ 代码

代码分析：

可以看到我们编写的 block 被声明为一个 __ViewController__viewDidLoad_block_impl_0 类型的结构体
结构体内有个构造函数，见50773行代码。
c++ 中，构造方法中 age(_age) 的写法，表明传入的 _age 会被赋值给结构体内的 age
50794行代码，调用结构体的构造方法，传入参数。结构体构造方法内部将参数 age 的值保存到结构体内部的 age 中。
因为是值传递。所以即使在 50795 行代码对 age 进行了修改，结构体内部的 age 值不变
所以执行 block，输出 age 依旧为27

block 内部多了一个变量来存储外部变量，这个现象叫做 block 捕获了外部变量。

c++ 中，在函数内部定义的变量，默认用 auto 修饰，叫做自动变量，离开作用域后自动销毁。上述 age 等价于 auto NSInterge age = 27;

所以上述的情况，叫做 block 的 auto 变量捕获。

static 变量捕获

auto NSInteger age = 27;
static NSInteger height = 175;
void(^printInfoBlock)(void) = ^ {
    NSLog(@"age is %zd, height is %zd", age, height);
};
age = 28;
height = 176;
printInfoBlock();

用指令 xcrun --sdk iphoneos clang -arch arm64 ViewController.m -rewrite-objc -o ViewController-arm64.cpp 转换为 c++ 代码

对代码进行分析：

可以看到我们编写的 block 被声明为一个 __ViewController__viewDidLoad_block_impl_0 类型的结构体
结构体内有个构造函数，见50774行代码。
c++ 中，构造方法中 age(_age) 的写法，表明传入的 _age 会被赋值给结构体内的 age，age 为值传递；height(_height) 写法，表明传入的 _height 会被复制给结构体内的 height，height 为引用传递
50797行代码，调用结构体的构造方法，age 以值传递的方式传入参数，结构体构造方法内部将参数 age 的值保存到结构体内部的 age 中。height 以引用传递的方式传入参数，结构体构造方法内，将参数 height 的引用保存起来
因为 age 是值传递。所以即使在 50798 行代码对 age 进行了修改，结构体内部的 age 值不变
因为 height 是引用传递。所以在 50799 行代码对 height 进行了修改，结构体内部的 height 值跟着改变
所以执行 block，输出 age 依旧为27，输出 height 的时候，根据保存地址，找到 height，也就是最新的 height 会被输出

全局变量捕获

NSInteger age = 27;
static NSInteger height = 175;

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    
    void(^printInfoBlock)(void) = ^ {
        NSLog(@"age is %zd, height is %zd", age, height);
    };
    age = 28;
    height = 176;
    printInfoBlock();
}
@end
// console
age is 28, height is 176

用指令 xcrun --sdk iphoneos clang -arch arm64 ViewController.m -rewrite-objc -o ViewController-arm64.cpp 转换为 c++ 代码

代码分析：

可以看到我们编写的 block 被声明为一个 __ViewController__viewDidLoad_block_impl_0 类型的结构体
结构体内有个构造函数，见50774行代码。可见针对全局变量，结构体内部不会捕获全局变量
block 内部的指令，被封装为一个叫做 __ViewController__viewDidLoad_block_func_0 的结构体，打印的时候直接访问全局变量
针对全局变量的修改会实时生效
所以执行 block，输出 age 和 height 的时候，直接输出全局变量的值

QA：为什么局部变量存在捕获，全局变量不需要捕获？

全局变量到哪都可以访问，所以没必要捕获。局部变量因为作用域的问题，所以需要捕获到哪步，以便后续使用。

变量捕获总结

block 截获变量可以分为：

局部变量
- 基本数据类型：对于基本数据类型的局部变量，截获其值
- 对象类型：对于对象类型的局部变量，连同所有权修饰符一起截获
静态局部变量：以指针形式进行截获的
全局变量：不截获
静态全局变量：不截获

变量分为：static、auto、register。

static：表示作为静态变量存储在数据区。
auto：一般的变量不加修饰词则默认为 auto，auto 表示作为自动变量存储在栈上。意味着离开作用域变量会自动销毁。
register：这个关键字告诉编译器尽可能的将变量存在CPU内部寄存器中，而不是通过内存寻址访问，以提高效率。是尽可能，不是绝对。如果定义了很多 register 变量，可能会超过CPU 的寄存器个数，超过容量。所以只是可能。

作用域	捕获到 block 内部	访问方式
局部变量 auto	YES	值传递
局部变量static	YES	指针传递
全局变量	NO	直接访问

来一个开发中常见的 case：

下面的例子中的 block，self 会被捕获吗？

#import "Person.h"

@implementation Person

- (instancetype)initWithName:(NSString *)name {
    if (self = [super init]) {
        _name = name;
    }
    return self;
}

- (void)play {
    void(^playBlock)(void) = ^{
        NSLog(@"%@ is playing", self);
    };
    playBlock();
}

@end

用指令 xcrun --sdk iphoneos clang -arch arm64 Person.m -rewrite-objc -o Person-arm64.cpp 转换为 c++ 代码

代码分析：

可以看到我们编写的 block 被声明为一个 __Person__play_block_impl_0 类型的结构体
结构体内有个构造函数，见22893行代码。

因为 objective-c 的方法，默认会携带2个参数，self 和 _cmd，等价于 void play(Person *self, SEL _cmd)，所以22917行代码调用构造函数的时候，self 会被传递进去。查看 c++ 代码，可以看到 OC 的 play 方法被转换为

static void _I_Person_play(Person * self, SEL _cmd) {
    void(*playBlock)(void) = ((void (*)())&__Person__play_block_impl_0((void *)__Person__play_block_func_0, &__Person__play_block_desc_0_DATA, self, 570425344));
    ((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)playBlock)->FuncPtr)((__block_impl *)playBlock);
}

block 为了局部变量 self 的将来访问，结构体内部也增加了一个 Person 类型的 self，所以存在 self 的变量捕获。

所以，答案是会，因为 self 就是局部变量。一个 oc 方法转换为 void test(Person *self, SEL _cmd) 形式，所以 self 也是局部变量，会被捕获。

block 类型

类型划分

我们知道 block 可以看成是一个 oc 对象，所以它有类型，写个 Demo1 验证下

也就是说： __NSGlobalBlock__ -> NSBlock -> NSObject。

继续验证，Demo2

同时利用指令 xcrun --sdk iphoneos clang -arch arm64 ViewController.m -rewrite-objc -o ViewController-arm64.cpp 转换为 c++

梳理分析下：

通过打印发现，block1 为 __NSGlobalBlock__ 类型，但是 clang 转为 c++ 后为 _NSConcreteStackBlock 类型
block1 为 __NSMallocBlock__ 类型，但是 clang 转为 c++ 后为 _NSConcreteStackBlock 类型
block2 为 __NSStackBlock__ 类型，但是 clang 转为 c++ 后为 _NSConcreteStackBlock 类型
虽然可以用 clang 将 OC 转换为 c++ 来分析问题，但是 OC 最强大的是运行时，所以编译期转换为 c++ 看到的信息不一定是准确的，还是以运行时的信息为准

简单结论：

block 的类型可以通过 isa 或者 class 方法查看，最终都是继承自 NSBlock 类型，共存在3种类型的 block：

__NSGlobalBlock__ (_NSConcreteGlobalBlock)：程序的数据区域（.data 区）
__NSStackBlock__ (_NSConcreteStackBlock)，会自动销毁
__NSMallocBlock__(_NSConcreteMallockBlock)，需要程序员自己管理内存

这3种 block 在内存中的排布如下图：

如何判断 block 属于什么类型

Demo：

由于 ARC 默认会做一些优化，我们将工程的 ARC 关掉（Build Setting 里 Automatic Reference Counting 设置为 No）

分析：

block1 是 __NSGlobalBlock__ ，此类型的 block 用结构体实例的内容不依赖于执行时的状态，所以整个程序只需要1个实例。因此存放于全局变量相同的数据区域即可。
block2 是 __NSStackBlock__.
为什么执行 block2 的时候发生了 crash？猜测由于在 test 方法内给 block2 赋值，也就是在栈上定义和捕获了栈上的变量 age，test 方法结束，可能栈上的数据消失或者乱了，所以这个情况下调用 block2 会 crash。

针对 block2 的问题该怎么处理？

当 __NSStackBlock__ 调用 copy 方法后会变为 __NSMallocBlock__。如下图：

Demo 也同时发现，当对 __NSGlobalBlock__ 调用 copy ，不会变为 __NSMallocBlock__ 。

总结

block 类型	环境
`__NSGlobalBlock__`	没有访问 auto 变量
`__NSStackBlock__`	访问了 auto 变量
`__NSMallocBlock__`	`__NSStackBlock__` 调用了 copy 方法

调用 copy 方法

Block 类	原本位置	复制效果
`__NSConcreteStackBlock__`	栈	栈复制到堆
`__NSConcreteGlobalBlock__`	程序的数据段	什么也不做
`__NSConcreteMallocBlock__`	堆	引用计数+1

内存管理

ARC 针对 block 的优化

block 作为函数返回值，并且捕获了 auto 变量

MRC 下 block 作为函数的返回值是比较危险的。在方法内部，也就是栈上定义的 block，函数调用结束后可能一些相关数据就释放了，存在潜在风险。

MRC 下如果函数返回值是 block，且 block 内做了 auto 变量捕获的逻辑，编译器会报错：Returning block that lives on the local stack。此时 block 应该为 __NSStackBlock__

改为 ARC，看看

也就是说，ARC 模式下，当 block 捕获了 auto 变量，并且作为函数返回值的时候，ARC 会自动调用 copy 方法，将 __NSStackBlock__ 变为 __NSMallocBlock__

Demo1:

MyBlock block;
{
    Person *person = [[Personalloc] init];
    block = ^{
        NSLog(@"block called");
    };
    NSLog(@"%@", [block class]); 
};

MRC 环境：如果 block 不访问外部局部变量，则__NSGlobalBlock__

ARC 环境：如果 block 不访问外部局部变量，则__NSGlobalBlock__

Demo2:

typedef void(^MyBlock)(void);
int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        MyBlock block;
        {
            auto Person *person = [[Person alloc] init];
            person.age = 10;
            block = ^{
                NSLog(@"age:%zd", person.age);
            };
            NSLog(@"%@", [block class]);    // __NSStackBlock__
        };
    }
    return 0;
}

MRC 环境下：如果访问了 auto 变量，则为 __NSStackBlock__

ARC 环境下：ARC 下面比较特殊，默认局部变量对象都是强指针，存放在堆里面。所以 block 为 __NSMallocStack__

Demo3:

typedef void(^MyBlock)(void);
int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        MyBlock block;
        {
            auto Person *person = [[Person alloc] init];
            person.age = 10;
            block = [^{
                NSLog(@"age:%zd", person.age);
            } copy];
            NSLog(@"%@", [block class]);    // __NSMallocBlock__
        };
    }
    return 0;
}

MRC 下：如果 block 调用 copy 方法，则 block 为 __NSMallocStck__

ARC 下：如果 block 调用 copy 方法，则 block 仍旧为 __NSMallocBlock__。__NSMallocBlock__ 调用 copy 仍旧为 __NSMallocBlock__

在 ARC 下，如果有一个强指针引用 block，则 block 会被拷贝到堆上，成为 __NSMallocStck

ARC 针对强指针指向的 block 会调用 copy

MRC 下，栈内捕获了 auto 变量的 block 为 __NSStackBlock__

改为 ARC

说明：ARC 模式下，如果 block 被强指针指向，则会自动调用 copy 方法。

捕获了 auto 变量的 __NSStackBlock__，ARC 下调用 copy 会变为 __NSMallocBlock__
没有捕获变量的 __NSGlobalBlock__，ARC 下调用 copy 依旧为 __NSGlobalBlock__

总结

在 ARC 下，编译器会根据情况，自动将战上的 block 复制到对上，比如：

block作为函数返回值时
将 block 赋值给 __strong 指针时
block 传递给 Cocoa API 中名字含有 usingBlock 的方法参数时
block 传递给 GCD 的方法参数时

ARC 下：block 对象捕获了 auto 外部变量，是一种 __NSMallocBlock__，捕获的对象将会在 block 销毁后销毁

MRC 下：block 对象捕获了 auto 外部变量，是一种 __NSMallocBlock__，因为是 MRC，所以需要手动管理内存。会发现对象将在离开作用域后立马销毁，不会被 block 所捕获。

MRC，对 block 加 copy，变为 __NSMallocBlock__ 呢？

ARC 下对 block 引用的对象加 __weak 修饰呢？

用指令 xcrun --sdk iphoneos clang -arch arm64 main.m -rewrite-objc -fobjc-arc -fobjc-runtime=ios-8.0.0 -o main-arm64.cpp 转换为 c++ 进行分析看看。注意，因为 weak 涉及运行时，需要在 clang 后添加 runtime 参数

如果对 Person 不加 __weak 修饰，block 结构体内部将会是__strong。

思考：发现生成的 c++ 代码中，block_desc 里面多了2个成员变量。

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};

仔细想想，查看 block 编译成 c++ 代码的源码可以发现 __main_block_desc_0 结构体内部是变化的。什么意思呢？reserved、Block_size 是一直有的，void (*copy)、void (*dispose) 只有在修饰对象的时候才有。为什么这么设计？

block 的 copy、dispose

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};

因为 block 会对变量进行内存管理。void *copy、void *dispose 都是内存管理的方法。

如果 block 访问的不是对象，则结构体没有 void *copy、void *dispose

static void __main_block_copy_0(struct __main_block_impl_0*dst, struct __main_block_impl_0*src) {_Block_object_assign((void*)&dst->p, (void*)src->p, 3/*BLOCK_FIELD_IS_OBJECT*/);}

static void __main_block_dispose_0(struct __main_block_impl_0*src) {_Block_object_dispose((void*)src->p, 3/*BLOCK_FIELD_IS_OBJECT*/);}

其中 _Block_object_assign 会根据要不要拥有对象，内部决定要不要给对象调用 retain 方法。

Demo1:

Demo2

马上执行了 Person 的 dealloc 方法。因为 __weak 修饰，block 内部的 _Block_object_assign 会根据 __strong 为对象引用计数 +1，__weak 则引用计数不变。所以是 __weak 修饰，出离作用域则立马会释放 Person 对象。

_Block_object_assign 会根据内存修饰符来对内存进行操作。

Demo3

因为 GCD 是给 MainQueue 添加任务的，所以是串行，2个任务前后按照3s、1s 后打印。由于最晚的一个任务是访问强指针对象，所以不会释放。等到 GCD 全部执行完后，Person 才释放。

Demo4

在给 MainQueue 提交同步任务的时候，第一个任务是一个 block，访问了强指针指向的 Person（内部会调用 _Block_object_assign，发现是强引用，对 p 的引用计数 +1，当 block 执行完后，调用 _Block_object_dispose 对 p 的引用计数 -1），第二个任务是弱指针指向的 Person，引用计数不做操作。当1s 后第一个任务执行后，Person 被释放。第二个任务执行的时候，访问 name 属性就是给 nil 发消息，不会 crash，但是为 null。

block 如何修改变量

__block 修饰基本数据类型

typedef void(^MyBlock)(void);
int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        int age = 27;
        MyBlock block = ^{
            age = 28;
        };
        NSLog(@"%zd", age);
    }
    return 0;
}

编译会报错 // Variable is not assignable (missing __block type specifier) 为什么不能修改？

把 block 内修改的那行代码注释了，转成 c++ 看看

struct __ViewController__viewDidLoad_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __ViewController__viewDidLoad_block_desc_0* Desc;
  int age;
  __ViewController__viewDidLoad_block_impl_0(void *fp, struct __ViewController__viewDidLoad_block_desc_0 *desc, int _age, int flags=0) : age(_age) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};
static void __ViewController__viewDidLoad_block_func_0(struct __ViewController__viewDidLoad_block_impl_0 *__cself) {
  int age = __cself->age; // bound by copy

        NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_7x_g921y52j5yb_w5hsn3fb3m8r0000gn_T_ViewController_3ceae4_mi_0, age);
    }

static struct __ViewController__viewDidLoad_block_desc_0 {
  size_t reserved;
  size_t Block_size;
} __ViewController__viewDidLoad_block_desc_0_DATA = { 0, sizeof(struct __ViewController__viewDidLoad_block_impl_0)};

static void _I_ViewController_viewDidLoad(ViewController * self, SEL _cmd) {
    ((void (*)(__rw_objc_super *, SEL))(void *)objc_msgSendSuper)((__rw_objc_super){(id)self, (id)class_getSuperclass(objc_getClass("ViewController"))}, sel_registerName("viewDidLoad"));
    int age = 27;
    void(*ChangeValueBlock)(void) = ((void (*)())&__ViewController__viewDidLoad_block_impl_0((void *)__ViewController__viewDidLoad_block_func_0, &__ViewController__viewDidLoad_block_desc_0_DATA, age));
}

可以看到， block 内部的逻辑被包装成一个新的 __ViewController__viewDidLoad_block_func_0方法，然而 age 定义在 _I_ViewController_viewDidLoad 方法中。没有传递引用，也没任何特殊处理，所以没办法修改。

思考：那如何实现修改一个变量？

全局变量、static 变量、__block修饰的变量在 block 内部可以修改。

__block 用于解决 block 内部无法修改 auto 变量的问题。
__block 不能修饰 static、全局变量
编译器会将 __block 修饰的变量包装为一个对象（后续修改则通过指针找到结构体对象，结构体对象再修改里面的值）

Demo

__block int age = 27;
MyBlock block = ^{
    age = 28;
};

转为 C++

struct __Block_byref_age_0 {
  void *__isa;
__Block_byref_age_0 *__forwarding;
 int __flags;
 int __size;
 int age;
};

struct __ViewController__viewDidLoad_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __ViewController__viewDidLoad_block_desc_0* Desc;
  __Block_byref_age_0 *age; // by ref
  __ViewController__viewDidLoad_block_impl_0(void *fp, struct __ViewController__viewDidLoad_block_desc_0 *desc, __Block_byref_age_0 *_age, int flags=0) : age(_age->__forwarding) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};
static void __ViewController__viewDidLoad_block_func_0(struct __ViewController__viewDidLoad_block_impl_0 *__cself) {
  __Block_byref_age_0 *age = __cself->age; // bound by ref

        (age->__forwarding->age) = 28;
        NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_7x_g921y52j5yb_w5hsn3fb3m8r0000gn_T_ViewController_7fbccf_mi_0, (age->__forwarding->age));
    }

static void _I_ViewController_viewDidLoad(ViewController * self, SEL _cmd) {
    ((void (*)(__rw_objc_super *, SEL))(void *)objc_msgSendSuper)((__rw_objc_super){(id)self, (id)class_getSuperclass(objc_getClass("ViewController"))}, sel_registerName("viewDidLoad"));
    __attribute__((__blocks__(byref))) __Block_byref_age_0 age = {(void*)0,(__Block_byref_age_0 *)&age, 0, sizeof(__Block_byref_age_0), 27};
    void(*ChangeValueBlock)(void) = ((void (*)())&__ViewController__viewDidLoad_block_impl_0((void *)__ViewController__viewDidLoad_block_func_0, &__ViewController__viewDidLoad_block_desc_0_DATA, (__Block_byref_age_0 *)&age, 570425344));
}

可以看到 __block int age = 27; 变为了 __Block_byref_age_0 结构体，给结构体赋值的时候，第二个成员变量的值就是结构体自身地址。

__ViewController__viewDidLoad_block_impl_0 结构体构造函数 age(_age->__forwarding) 就是把外面传递进来结构体的指针，所指向的结构体的 __forwarding 成员变量赋值给 block 结构体内的 age 成员变量。

block 内部的函数在修改 age 的时候其实就是通过 __main_block_impl_0 结构体的 age 找到 __Block_byref_age_0，然后访问 __Block_byref_age_0 中的成员变量 __forwarding 访问成员变量 age，并修改值。

QA：为什么__block 变量的 __Block_byref_age_0 结构体并不在 block 结构体 __main_block_impl_0 中？

因为这样做可以在多个 block 中使用 __block 变量。

看个有趣的例子，验证下 __block 的效果

转换成 c++ 可以看到

struct __ViewController__viewDidLoad_block_impl_1 {
  struct __block_impl impl;
  struct __ViewController__viewDidLoad_block_desc_1* Desc;
  __Block_byref_num2_0 *num2; // by ref
  __ViewController__viewDidLoad_block_impl_1(void *fp, struct __ViewController__viewDidLoad_block_desc_1 *desc, __Block_byref_num2_0 *_num2, int flags=0) : num2(_num2->__forwarding) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};
static long __ViewController__viewDidLoad_block_func_1(struct __ViewController__viewDidLoad_block_impl_1 *__cself, NSInteger num3) {
  __Block_byref_num2_0 *num2 = __cself->num2; // bound by ref

        return (num2->__forwarding->num2) + num3;
    }
static void __ViewController__viewDidLoad_block_copy_1(struct __ViewController__viewDidLoad_block_impl_1*dst, struct __ViewController__viewDidLoad_block_impl_1*src) {_Block_object_assign((void*)&dst->num2, (void*)src->num2, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);}

static void __ViewController__viewDidLoad_block_dispose_1(struct __ViewController__viewDidLoad_block_impl_1*src) {_Block_object_dispose((void*)src->num2, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);}

static struct __ViewController__viewDidLoad_block_desc_1 {
  size_t reserved;
  size_t Block_size;
  void (*copy)(struct __ViewController__viewDidLoad_block_impl_1*, struct __ViewController__viewDidLoad_block_impl_1*);
  void (*dispose)(struct __ViewController__viewDidLoad_block_impl_1*);
} __ViewController__viewDidLoad_block_desc_1_DATA = { 0, sizeof(struct __ViewController__viewDidLoad_block_impl_1), __ViewController__viewDidLoad_block_copy_1, __ViewController__viewDidLoad_block_dispose_1};

__attribute__((__blocks__(byref))) __Block_byref_num2_0 num2 = {(void*)0,(__Block_byref_num2_0 *)&num2, 0, sizeof(__Block_byref_num2_0), 22};
    NSInteger(*testBlock2)(NSInteger num3) = ((long (*)(NSInteger))&__ViewController__viewDidLoad_block_impl_1((void *)__ViewController__viewDidLoad_block_func_1, &__ViewController__viewDidLoad_block_desc_1_DATA, (__Block_byref_num2_0 *)&num2, 570425344));
    (num2.__forwarding->num2) = 24;

外面的 num2 被 __block 修饰后变为了对象。通过 num2 对象的 __forwarding 指针，再访问 num2 即可修改值。

__block 修饰对象

对 __block 修饰的对象，clang 转换为 c++ 后如下：

分析发现：

对于 __block 修饰对象数据，对于生成的结构体也不一样。__Block_byref_obj_0 中含有2个操作内存的成员变量__Block_byref_id_object_copy、__Block_byref_id_object_dispose
其他的逻辑和 __block 修饰基本数据类型一致

注意：

block 外定义的 NSMutableArray，block 内只是使用数组则不需要 __block
如果在 block 利操作指针，则需要加 __block

注意：__weak 只可以用来修饰对象，（终端用 clang 处理）否则 clang 会报错 warning: 'objc_ownership' only applies to Objective-C object or block pointer types; type here is 'int' [-Wignored-attributes]

Demo：知道 __block 的本之后，下面打印的 age 的地址是 struct 里面哪个的值？

__block int age = 27;
MyBlock block = ^{
    age = 28;
};
NSLog(@"%p", &age);

知道转换为c++后的效果，我们可以在代码中按照结构体，自己定义并转接到 block

struct __Block_byref_age_0 {
  void *__isa;  // 0x0000000105231f70 +8
 struct __Block_byref_age_0 *__forwarding; // 0x0000000105231f78 + 8
 int __flags; // 0x0000000105231f80 +4
 int __size; // 0x0000000105231f84 + 4
 int age;   // 0x0000000105231f88
};

struct __block_impl {
  void *isa;
  int Flags;
  int Reserved;
  void *FuncPtr;
};

struct __main_block_desc_0 {
  size_t reserved;
  size_t Block_size;
  void (*copy)(void);
    void (*dispose)(void);
};

struct __main_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __main_block_desc_0* Desc;
  struct __Block_byref_age_0 *age; // by ref
};


typedef void(^MyBlock)(void);
int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        __block int age = 27;
        MyBlock block = ^{
            age = 28;
        };
        struct __main_block_impl_0 *blockImpl = (__bridge struct __main_block_impl_0 *)block;
        NSLog(@"%p", &age);
    }
    return 0;
}

我们将断点设置到 NSLog 这里，打印出自定义结构体 __main_block_impl_0 中的 age 。

// 0x0000000105231f70
struct __Block_byref_age_0 {
  void *__isa;  // 地址：0x0000000105231f70 长度：+8
 struct __Block_byref_age_0 *__forwarding; //  地址：0x0000000105231f78 长度：+8
 int __flags; // 地址：0x0000000105231f80 长度：+4
 int __size; // 地址：0x0000000105231f84 长度：+4
 int age;   // 地址：0x0000000105231f88
};

将地址打印出来。该地址就是 __Block_byref_age_0 结构体的地址，也就是结构体内第一个 isa 的地址。我们计算下，规则如下：

指针长度8个字节
int 长度4个字节

算出来 age 的地址为 0x0000000105231f88 ，此时 Xcode 打印出的地址也是 0x105231f88。其实也就是 blockImple->age->age 的地址

block 内部对变量的值修改其实就是对 block 内部自定义结构体内部的变量修改。

当 block 被 copy 到堆上

会调用 block 内部的 copy 函数
copy 函数内部会调用 _Block_object_assign 函数
_Block_object_assign 函数会根据所指向对象的修饰符（__strong、__weak、__unsafe_unretained）做出相应的操作，形成强引用（retain）或者弱引用（注意：这里仅限于ARC时会retain，MRC时不会retain）

当 block 从堆中移除

会调用 block 内部的 dispose 函数
dispose 函数会调用 _Block_object_dispose 函数
_Block_object_dispose 函数会自动释放 __block 修饰的变量（release）

什么情况下需要 __block

局部变量：基本数据类型、对象数据类型

什么情况下不需要 __block

全局变量（不截获）
静态全局变量（不截获）
静态局部变量（截获指针）

`__forwarding` 的设计

看一个例子，__block 如何修改外部变量

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    __block int age = 27;
    NSLog(@"1: age = %d, address is %p", age, &age);
    void(^block1)(void) = ^{
        age = 28;
        NSLog(@"in block: age = %d, address is %p", age, &age);
    };
    NSLog(@"2: age = %d, address is %p", age, &age);
    block1();
    NSLog(@"3: age = %d, address is %p", age, &age);
    age = 29;
    NSLog(@"4: age = %d, address is %p", age, &age);
}
// console 
1: age = 27, address is 0x7ff7b0faebf8
2: age = 27, address is 0x600000464938
in block: age = 28, address is 0x600000464938
3: age = 28, address is 0x600000464938
4: age = 29, address is 0x600000464938

分析：

__block 修饰的外部变量将会被封装为一个结构体对象，该结构体对象内有一个 __forwarding 成员变量

struct __Block_byref_age_0 {
  void *__isa;
__Block_byref_age_0 *__forwarding;
 int __flags;
 int __size;
 int age;
};

在给 block 赋值的时候，其成员变量 __forwarding的值是由当前结构体对象的地址赋值的

__attribute__((__blocks__(byref))) __Block_byref_age_0 age = {(void*)0,(__Block_byref_age_0 *)&age, 0, sizeof(__Block_byref_age_0), 27};

block 内部代码，将被封装为一个新的函数 __ViewController__viewDidLoad_block_func_0，其内部通过结构体指针 _cself 的 age 成员变量，获取到 __Block_byref_age_0 指针，该指针命名为 age。然后通过 age 指针访问到结构体的 __forwarding 成员变量，该成员变量指向的是结构体自己，然后再访问 age 拿到真正的 age 进行修改。

static void __ViewController__viewDidLoad_block_func_0(struct __ViewController__viewDidLoad_block_impl_0 *__cself) {
		__Block_byref_age_0 *age = __cself->age; // bound by ref
		(age->__forwarding->age) = 28;
		NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_7x_g921y52j5yb_w5hsn3fb3m8r0000gn_T_ViewController_bccea7_mi_1, (age->__forwarding->age), &(age->__forwarding->age));
}

第一行输出 1: age = 27, address is 0x7ff7b0faebf8 是因为此时 age 在栈上，高地址 0x7ff7b0faebf8
第二行输出 2: age = 27, address is 0x600000464938 是因为 block 被拷贝到此对上，内部对于使用到的 __block 变量也会拷贝到堆上，是通过一个结构体对象来实现的。由于在栈上，地址变为 0x600000464938，相较于栈上的地址，地址变低了。
将 block 从栈拷贝到堆上时，block 所捕获的 __block 变量也会从栈拷贝到堆上，但是此时我们在该函数的作用域内（即 block 外）仍然是可以对 age 变量进行修改的
第三行输出 in block: age = 28, address is 0x600000464938 是因为此时 age 在堆上，低地址 0x600000464938。通过结构体 __ViewController__viewDidLoad_block_impl_0的 age 成员变量指向的 __Block_byref_age_0 指针，再通过指针指向的 __forwarding 指向自己，再访问 age 来修改值
为了将上述修改进行同步，在将 __block 变量从栈拷贝到堆上时，栈上的 __Block_byref_val_0 结构体的 __forwarding 指针将会指向堆上的 __Block_byref_val_0 结构体。所以此时，age 变量（即age.__forwarding->age变量）的地址改变了
第四行输出 3: age = 28, address is 0x600000464938 是因为此时 age 在堆上，低地址 0x600000464938，且值为28
第五行输出 4: age = 29, address is 0x600000464938 是因为此时通过栈上的 age 结构体，通过成员变量 __forwarding 指向对上的结构体地址，然后再通过指向堆上的结构体的 age 成员变量已经被修改为 29 了

总结下：

那么 __forwarding 的作用是什么？为什么这么设计

当 block在栈中时，__Block_byref_age_0 结构体内的 __forwarding 指针指向栈上的结构体自己
而当 block 被复制到堆中时，栈中的__Block_byref_age_0 结构体也会被复制到堆中一份，而此时栈中的 __Block_byref_age_0 结构体的成员变量 __forwarding 指针指向的就是堆中的 __Block_byref_age_0结构体，堆中 __Block_byref_age_0结构体内的 __forwarding 指针依然指向自己，此时再访问成员变量 age 就可以修改堆上的值

一言以蔽之，__forwarding 指针是为了在 __block 变量从栈复制到堆上后，在 block 外对 __block 变量的修改也可以同步到堆上实际存储的 __block 变量的结构体上。也就是抹平栈、堆上对变量操作的差异。

不论在

Block 内存引用

对于 __block 修饰的变量进行研究

Demo1

Demo2

分析：

block 结构体里面的针对变量生成的结构体新对象，都是 strong 指针
block 所捕获的对象是 __weak 还是 __strong 决定的是新生成结构体对象里面的对象内存访问修饰符。

int main(int argc, const char * argv[]) {
    /* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool; 
       __attribute__((__blocks__(byref))) __Block_byref_p_0 p = {(void*)0,(__Block_byref_p_0 *)&p, 33554432, sizeof(__Block_byref_p_0), __Block_byref_id_object_copy_131, __Block_byref_id_object_dispose_131, ((Person *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)((Person *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("Person"), sel_registerName("alloc")), sel_registerName("init"))};
        void(*block)(void) = ((void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, (__Block_byref_p_0 *)&p, 570425344));
    }
    return 0;
}


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 __main_block_copy_0(struct __main_block_impl_0*dst, struct __main_block_impl_0*src) {
    _Block_object_assign((void*)&dst->p, (void*)src->p, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);
}

如果 __block 修饰 __strong 则表示 block_impl 结构体中的 person 成员变量指向一个新的结构体 __Block_byref_person_0。这个线是强引用。

__Block_byref_person_0 结构体成员变量 person 真正的 Person 对象的引用关系要看 block 外部 person 的修饰是 __strong 还是 __weak，因为从栈上拷贝到堆上，会调用 block 的 desc 的 __main_block_copy_0，本质上调用的是 _Block_object_assign

__Block_byref_id_object_copy_131 方法里的 40 代表什么?


struct __Block_byref_p_0 {
    void *__isa; 8
__Block_byref_p_0 *__forwarding;    8
    int __flags; 4
    int __size; 4
    void (*__Block_byref_id_object_copy)(void*, void*); 8
    void (*__Block_byref_id_object_dispose)(void*); 8
    Person *p;
};


__attribute__((__blocks__(byref))) __Block_byref_p_0 p = {
    0,
    &p,
    33554432,
    sizeof(__Block_byref_p_0),
    __Block_byref_id_object_copy_131,
    __Block_byref_id_object_dispose_131,
    ((Person *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)((Person *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("Person"), sel_registerName("alloc")), sel_registerName("init"))
    
};

__Block_byref_p_0 结构体地址上偏移40就是 p 对象。

循环引用

self 是一个局部变量，block 访问 self，即存在捕获变量的效果。

为什么会存在循环引用？block 会对截获的变量是对象类型，会把所有权也进行捕获。为什么 strong 类型的对象，会造成对象和 block 的循环引用

ARC 下

__weak、__unsafe_unretained 修饰 __block 所修饰的变量。区别在于：

__weak 不会产生强引用，指向的对象销毁时，会自动给指针置为 nil
__unsafe_retained 不会产生强引用，不安全。当指向的对象销毁时，指针地址值不变。

@interface Person : NSObject
@property (nonatomic, assign) NSInteger age;
@property (nonatomic, copy) void (^block)(void);
- (void)test;
@end

@implementation Person
- (void)dealloc
{
    NSLog(@"%s", __func__);
}
- (void)test
{
    __weak typeof(self) weakself = self;
    self.block = ^{
        weakself.age = 23;
    };
    self.block();
    NSLog(@"age:%ld",  (long)self.age);
}
@end

Person *p = [[Person alloc] init];
[p test];

方法1: __weak 修饰。__weak typeof(self) weakself = self;

方法2: __unsafe_retained 修饰。__unsafe_unretained typeof(self) weakself = self;

方法3: __block 修饰。因为此时会构成3角关系。所以需要调用 block，block 内部需要将对象设置为 nil。虽然 __block 方案也可以解决循环引用的问题，但是缺点是该 block 需要执行，方案会有限制。

__block Person *weakself = [[Person alloc] init];
p.block = ^{
    weakself.age = 23;
    NSLog(@"%ld", weakself.age);
    weakself = nil;
};
p.block();

__unsafe_retained 因为不安全所以不推荐，__block 因为使用繁琐，且必须等到调用 block 才会释放内存，所以不推荐。ARC 下最佳用 __weak

MRC 下

方法1: __unsafe_retained 修饰。__unsafe_unretained typeof(self) weakself = self;

方法2: __block 修饰。MRC 下不会对 block 内部的对象引用计数 +1

总结

block 本质是什么？封装了函数调用及其调用环境的 OC 对象。本质实现是一个结构体。
__block 的作用是什么？可以对 block 外部的变量进行捕获，可以修改。但是需要注意内存管理相关问题。比如__weak、__unsafe_unretained、__block
修改 NSMutableArray 不需要加 __block? 是的，如果修改 NSMutableArray 指针比如array = nil 则需要加__block
block 属性修饰词为什么是 copy？没有进行 copy 操作的时候，block 就不会在堆上，对于 block 生命周期以及所使用到的内存，没办法灵活控制（由栈控制，出栈就死）。因为 block 的高频使用场景就是作为方法参数传递、作为类的属性值，所以最常见的场景是：赋值的地方不是使用的地方，所以要捕获周围环境参数和管理所捕获的内存、以及自身内存。
为什么会产生循环引用？
1. 如果当前当前 block 对于某个变量进行捕获，变量也是强引用类型的，block 捕获变量后，block 对变量是强引用关系，当前对象（VC）对 block 是强引用关系，变量也是 VC 强引用的，就产生了循环引用。
2. 用 __block 修饰：
  - MRC 下不会产生循环引用
  - ARC 下会产生循环引用，可以采用断环的方式解决。

50 KiB Raw Blame History Unescape Escape

block 底层原理

block 本质探索

实验探索

结论

block 变量捕获

auto 变量捕获

static 变量捕获

全局变量捕获

变量捕获总结

block 类型

类型划分

如何判断 block 属于什么类型

总结

内存管理

ARC 针对 block 的优化

block 作为函数返回值，并且捕获了 auto 变量

ARC 针对强指针指向的 block 会调用 copy

总结

block 的 copy、dispose

block 如何修改变量

__block 修饰基本数据类型

__block 修饰对象

什么情况下需要 __block

什么情况下不需要 __block

__forwarding 的设计

Block 内存引用

循环引用

ARC 下

MRC 下

总结

50 KiB

Raw Blame History

`__forwarding` 的设计