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  • iOS Block的本质（一）

    iOS Block的本质（一）

    1.对block有一个基本的认识

    • block本质上也是一个oc对象，他内部也有一个isa指针。block是封装了函数调用以及函数调用环境的OC对象。

    2.探寻block的本质

    • 首先写一个简单的block
    int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        int age = 10;
        void (^block)(int, int) =  ^(int a , int b){
            NSLog(@"this is a block! -- %d", age);
            NSLog(@"this is a block!");
            NSLog(@"this is a block!");
            NSLog(@"this is a block!");
        };

        block(10, 10);
    }
    return 0;
}

    3.查看其内部结构

    1. 使用命令行将代码转化为c++与OC代码进行比较
      xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m命令代码

      // 编译后代码
  int main(int argc, const char * argv[]) {
    /* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool; 

        int age = 10;
        void (*block)(int, int) = ((void (*)(int, int))&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, age));

        ((void (*)(__block_impl *, int, int))((__block_impl *)block)->FuncPtr)((__block_impl *)block, 10, 10);
    }
    return 0;
}

    2. 从以上c++代码中block的声明和定义分别与oc代码中相对应显示。将c++中block的声明和调用分别取出来查看其内部实现。

    3. 定义block变量代码

          // 定义block变量代码
    void(*block)(int ,int) = ((void (*)(int, int))&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, age));
    // 可以简化为下列
    // void (*block)(int, int) = &__main_block_impl_0(__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, age);

    4. 上述定义代码中，可以发现，block定义中调用了__main_block_impl_0函数，并且将__main_block_impl_0函数的地址赋值给了block。那么我们来看一下__main_block_impl_0函数内部结构。

    5. __main_block_imp_0结构体

      struct __main_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  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;
  }
};

    6. __main_block_imp_0结构体内有一个同名构造函数__main_block_imp_0，构造函数中对一些变量进行了赋值最终会返回一个结构体。

      • 那么也就是说最终将一个__main_block_imp_0结构体的地址赋值给了block变量
      • __main_block_impl_0结构体内可以发现__main_block_impl_0构造函数中传入了四个参数。(void *)__main_block_func_0、&__main_block_desc_0_DATA、age、flags。其中flage有默认值，也就说flage参数在调用的时候可以省略不传。而最后的 age(_age)则表示传入的_age参数会自动赋值给age成员，相当于age = _age。
      • 接下来着重看一下前面三个参数分别代表什么。

      1. (void *)__main_block_func_0参数

         ```C++
 static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself, int a, int b) {
     int age = __cself->age; // bound by copy
         NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_2r__m13fp2x2n9dvlr8d68yry500000gn_T_main_3f4c4a_mi_0, age);
         NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_2r__m13fp2x2n9dvlr8d68yry500000gn_T_main_3f4c4a_mi_1);
         NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_2r__m13fp2x2n9dvlr8d68yry500000gn_T_main_3f4c4a_mi_2);
         NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_2r__m13fp2x2n9dvlr8d68yry500000gn_T_main_3f4c4a_mi_3);
     }
 ```
        • 在__main_block_func_0函数中首先取出block中age的值，紧接着可以看到四个熟悉的NSLog，可以发现这段代码恰恰是我们在block块中写下的代码。
        • 那么__main_block_func_0函数中其实存储着我们block中写下的代码。而__main_block_impl_0函数中传入的是(void *)__main_block_func_0，也就说将我们写在block块中的代码封装成__main_block_func_0函数，并将__main_block_func_0函数的地址传入了__main_block_impl_0的构造函数中保存在结构体内。

      2. &__main_block_desc_0_DATA参数

                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)};
    ```

- 我们可以看到\_\_main\_block\_desc\_0中存储着两个参数，reserved和Block\_size，并且reserved赋值为0而Block\_size则存储着\_\_main\_block\_impl\_0的占用空间大小。最终将\_\_main\_block\_desc\_0结构体的地址传入\_\_main\_block\_func\_0中赋值给Desc。

      3. age参数

        • age也就是我们定义的局部变量。因为在block块中使用到age局部变量，所以在block声明的时候这里才会将age作为参数传入，也就说block会捕获age，如果没有在block中使用age，这里将只会传入(void *)__main_block_func_0，&__main_block_desc_0_DATA两个参数。
          这里可以根据源码思考一下为什么当我们在定义block之后修改局部变量age的值，在block调用的时候无法生效。
        • 因为block在定义的之后已经将age的值传入存储在__main_block_imp_0结构体中并在调用的时候将age从block中取出来使用，因此在block定义之后对局部变量进行改变是无法被block捕获的。

    7. 此时回过头来查看__main_block_impl_0结构体

          struct __main_block_impl_0 {
      struct __block_impl impl;
      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;// block 内部代码块地址
        Desc = desc;// 存储block 对象占用的内存大小
      }
    };

    8. 首先我们看一下__block_impl第一个变量就是__block_impl结构体。

          // __block_impl结构体内部
    struct __block_impl {
      void *isa;
      int Flags;
      int Reserved;
      void *FuncPtr;
    };

    9. 我们可以发现__block_impl结构体内部就有一个isa指针。因此可以证明block本质上就是一个oc对象。而在构造函数中将函数中传入的值分别存储在__main_block_impl_0结构体实例中，最终将结构体的地址赋值给block。

    10. 接着通过上面对__main_block_impl_0结构体构造函数三个参数的分析我们可以得出结论：

      1. __block_impl结构体中isa指针存储着&_NSConcreteStackBlock地址，可以暂时理解为其类对象地址，block就是_NSConcreteStackBlock类型的。
      2. block代码块中的代码被封装成__main_block_func_0函数，FuncPtr则存储着__main_block_func_0函数的地址。
      3. Desc指向__main_block_desc_0结构体对象，其中存储__main_block_impl_0结构体所占用的内存。

    11. 调用block执行内部代码

          ((void (*)(__block_impl *, int, int))((__block_impl *)block)->FuncPtr)((__block_impl *)block, 10, 10);

    12. 通过上述代码可以发现调用block是通过block找到FunPtr直接调用，通过上面分析我们知道block指向的是__main_block_impl_0类型结构体，但是我们发现__main_block_impl_0结构体中并不直接就可以找到FunPtr，而FunPtr是存储在__block_impl中的，为什么block可以直接调用__block_impl中的FunPtr呢？

    13. 重新查看上述源代码可以发现，(__block_impl *)block将block强制转化为__block_impl类型的，因为__block_impl是__main_block_impl_0结构体的第一个成员，相当于将__block_impl结构体的成员直接拿出来放在__main_block_impl_0中，那么也就说明__block_impl的内存地址就是__main_block_impl_0结构体的内存地址开头。所以可以转化成功。并找到FunPtr成员。

    14. 上面我们知道，FunPtr中存储着通过代码块封装的函数地址，那么调用此函数，也就是会执行代码块中的代码。并且回头查看__main_block_func_0函数，可以发现第一个参数就是__main_block_impl_0类型的指针。也就是说将block传入__main_block_func_0函数中，便于重中取出block捕获的值。

    3.验证block的本质

    • 验证block的本质是__main_block_impl_0结构体类型。

    1. 通过代码证明一下上述内容：

      #import <Foundation/Foundation.h>

struct __main_block_desc_0 {
    size_t reserved;
    size_t Block_size;
};

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

struct __main_block_impl_0 {
    struct __block_impl impl;
    struct __main_block_desc_0* Desc;
    int age;
};

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        int age = 10;
        void (^block)(int, int) =  ^(int a , int b){
            NSLog(@"this is a block! -- %d", age);
            NSLog(@"this is a block!");
            NSLog(@"this is a block!");
            NSLog(@"this is a block!");
        };
        // 将底层的结构体强制转化为我们自己写的结构体，通过我们自定义的结构体探寻block底层结构体
        struct __main_block_impl_0 *blockStruct = (__bridge struct __main_block_impl_0 *)block;
        block(10, 10);
    }
    return 0;
}

    2. 通过打断点可以看出我们自定义的结构体可以被赋值成功，以及里面的值。

    3. 接下来断点来到block代码块中，看一下堆栈信息中的函数调用地址。Debuf workflow -> always show Disassembly

    4. 通过上图可以看到地址确实和FuncPtr中的代码块地址一样。

    总结

    • block的原理是怎样的？本质是什么？
      • block本质上也是一个OC对象，它内部也有个isa指针
      • block是封装了函数调用以及函数调用环境的OC对象
      • block的底层结构如下图所示

    引用
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