iOS-Source-Code-Analyse 首發
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深入理解Block之Block的型別
當我在 2012 年剛剛開始從事 iOS 開發工作時，對 Block 的使用開始逐漸在 iOS 開發者中推廣開來(Block 的第一個穩定 ABI 版本是在 Mac OS X 10.6 被引入的。)。作為 iOS 開發中非常吸引我的一個特性，對其的深入分析自然必不可少。
重要宣告：雖然我已經仔細的檢查了自己的相關程式碼和相關的措辭，但是請不要盲目相信本文的正確性。我已經見過非常多的經驗開發者對於 Block 有錯誤的理解（我也不會例外）。請一定保持一顆懷疑的心。
型別簡介
對 block 稍微有所瞭解的人都知道，block 會在編譯過程中，會被當做結構體進行處理。 其結構Block-ABI-Apple大概是這樣的:
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struct Block_literal_1 { void *isa; // initialized to &_NSConcreteStackBlock or &_NSConcreteGlobalBlock int flags; int reserved; void (*invoke)(void *, ...); struct Block_descriptor_1 { unsigned long int reserved; // NULL unsigned long int size; // sizeof(struct Block_literal_1) // optional helper functions void (*copy_helper)(void *dst, void *src); // IFF (1<<25) void (*dispose_helper)(void *src); // IFF (1<<25) // required ABI.2010.3.16 const char *signature; // IFF (1<<30) } *descriptor; // imported variables }; |
isa 指標會指向 block 所屬的型別，用於幫助執行時系統進行處理。
Block 常見的型別有三種，分別是 _NSConcreteStackBlock _NSConcreteMallocBlock _NSConcreteGlobalBlock 。
另外還包括只在GC環境下使用的 _NSConcreteFinalizingBlock _NSConcreteAutoBlock _NSConcreteWeakBlockVariable。
下面摘自 libclosure-65 – Block_private.h-213
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// the raw data space for runtime classes for blocks // class+meta used for stack, malloc, and collectable based blocks BLOCK_EXPORT void * _NSConcreteMallocBlock[32] __OSX_AVAILABLE_STARTING(__MAC_10_6, __IPHONE_3_2); BLOCK_EXPORT void * _NSConcreteAutoBlock[32] __OSX_AVAILABLE_STARTING(__MAC_10_6, __IPHONE_3_2); BLOCK_EXPORT void * _NSConcreteFinalizingBlock[32] __OSX_AVAILABLE_STARTING(__MAC_10_6, __IPHONE_3_2); BLOCK_EXPORT void * _NSConcreteWeakBlockVariable[32] __OSX_AVAILABLE_STARTING(__MAC_10_6, __IPHONE_3_2); // declared in Block.h // BLOCK_EXPORT void * _NSConcreteGlobalBlock[32]; // BLOCK_EXPORT void * _NSConcreteStackBlock[32]; |
_NSConcreteGlobalBlock & _NSConcreteStackBlock
_NSConcreteGlobalBlock & _NSConcreteStackBlock 是 block 初始化時設定的型別(上文中 Block-ABI-Apple 已經提及，並且 CGBlocks_8cpp_source.html#l00141 也提到過）。
在以下情況中，block 會初始化為 _NSConcreteGlobalBlock ：
- 未捕獲外部變數。
在 static void computeBlockInfo(CodeGenModule &CGM, CodeGenFunction *CGF,CGBlockInfo &info) 函式內的 334行 至 339行，通過判斷 block(以及巢狀的block) 是否捕捉了本地儲存(原文為：local storage)，未捕獲時，block 會初始化為
_NSConcreteGlobalBlock。
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if (!block->hasCaptures()) { info.StructureType = llvm::StructType::get(CGM.getLLVMContext(), elementTypes, true); info.CanBeGlobal = true; return; } |
- 當需要佈局（layout）的變數的數量為0時。
在
static void computeBlockInfo(CodeGenModule &CGM, CodeGenFunction *CGF,CGBlockInfo &info)函式內，通過計算 block 的佈局(layout)。當需要佈局的變數為0時，block 會初始化為_NSConcreteGlobalBlock。
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統計需要佈局（layout）的變數： * `this` (為了訪問 `c++` 的成員變數和函式，需要 `this` 指標) * 依次按下列規則處理捕獲的變數： * 不需要計算佈局的變數： * 生命週期為靜態的變數（被 `const` `static` 修飾的變數，不被函式包含的靜態常量，c++中生命週期為靜態的變數） * 函式引數 * 需要計算佈局的變數：被 `__block` 修飾的變數，以上未提到的型別（比如block） **Tips**：當需要佈局（layout）的變數的統計完畢後，會按照以下順序進行一次穩定排序。 * __strong 修飾的變數 * ByRef 型別 * __weak 修飾的變數 * 其它型別 |
_NSConcreteMallocBlock
在非垃圾收集環境下，當 _NSConcreteStackBlock 型別的block 被真正複製時，在 _Block_copy_internal 方法內部，會轉換為 _NSConcreteMallocBlock libclosure-65/runtime.c
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// Its a stack block. Make a copy. if (!isGC) { struct Block_layout *result = malloc(aBlock->descriptor->size); if (!result) return NULL; memmove(result, aBlock, aBlock->descriptor->size); // bitcopy first // reset refcount result->flags &= ~(BLOCK_REFCOUNT_MASK|BLOCK_DEALLOCATING); // XXX not needed result->flags |= BLOCK_NEEDS_FREE | 2; // logical refcount 1 result->isa = _NSConcreteMallocBlock; _Block_call_copy_helper(result, aBlock); return result; } |
_NSConcreteFinalizingBlock&_NSConcreteAutoBlock
在垃圾收集環境下，當 block 被複制時，如果block 有 ctors & dtors 時，則會轉換為 _NSConcreteFinalizingBlock 型別，反之，則會轉換為 _NSConcreteAutoBlock 型別
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if (hasCTOR) { result->isa = _NSConcreteFinalizingBlock; } else { result->isa = _NSConcreteAutoBlock; } |
_NSConcreteWeakBlockVariable
GC環境下，當物件被 __weak __block 修飾，且從棧複製到堆時，block 會被標記為 _NSConcreteWeakBlockVariable 型別。
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bool isWeak = ((flags & (BLOCK_FIELD_IS_BYREF|BLOCK_FIELD_IS_WEAK)) == (BLOCK_FIELD_IS_BYREF|BLOCK_FIELD_IS_WEAK)); // if its weak ask for an object (only matters under GC) struct Block_byref *copy = (struct Block_byref *)_Block_allocator(src->size, false, isWeak); copy->flags = src->flags | _Byref_flag_initial_value; // non-GC one for caller, one for stack copy->forwarding = copy; // patch heap copy to point to itself (skip write-barrier) src->forwarding = copy; // patch stack to point to heap copy copy->size = src->size; if (isWeak) { copy->isa = &_NSConcreteWeakBlockVariable; // mark isa field so it gets weak scanning } |
ARC環境的特殊處理
下面的程式碼均通過新增
objc_retainBlock_Block_copy和_Block_copy_internal符號斷點進行測試
- 在 ARC 下，block 型別通過
=進行傳遞時，會導致呼叫objc_retainBlock->_Block_copy->_Block_copy_internal方法鏈。並導致__NSStackBlock__型別的 block 轉換為__NSMallocBlock__型別。
objc4-680/runtime/NSObject.mm-193 提及到了這一點。
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// // The -fobjc-arc flag causes the compiler to issue calls to objc_{retain/release/autorelease/retain_block} // id objc_retainBlock(id x) { return (id)_Block_copy(x); } ... void *_Block_copy(const void *arg) { return _Block_copy_internal(arg, true); } ``` |
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測試程式碼：
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void test() { __block int i = 0; dispatch_block_t block = ^(){NSLog(@"%@", @(i)); }; dispatch_block_t block1 = block; NSLog(@"初始化為變數後再列印：%@", block1); NSLog(@"直接列印：%@", ^(){NSLog(@"%@", @(i)); }); } |
日誌：
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"objc_retainBlock 函式被呼叫" "_Block_copy 函式被呼叫" "_Block_copy_internal 函式被呼叫" "objc_retainBlock 函式被呼叫" "_Block_copy 函式被呼叫" "_Block_copy_internal 函式被呼叫" 初始化為變數後再列印： 直接列印： |
- 在 ARC 下，不同的屬性修飾符以及不同賦值、取值方式均會對方法呼叫產生影響。下表為測試結果。
| \ | STRONG | RETAIN | COPY | |
|---|---|---|---|---|
| 直接賦值 | _Block_copy->_Block_copy_internal |
_Block_copy->_Block_copy_internal |
無 | |
| 間接賦值 | _Block_copy->_Block_copy_internal |
_Block_copy->_Block_copy_internal |
_Block_copy->_Block_copy_internal |
|
| 通過屬性取值 | _Block_copy->_Block_copy_internal-> _Block_copy->_Block_copy_internal |
_Block_copy->_Block_copy_internal-> _Block_copy->_Block_copy_internal |
_Block_copy->_Block_copy_internal-> _Block_copy->_Block_copy_internal |
_Block_copy->_Block_copy_internal-> _Block_copy->_Block_copy_internal |
| 通過變數取值 | 無 | 無 | 無 |
直接賦值：
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NSString *str = @"sun"; dispatch_block_t block = ^(){ NSLog(@"%@", str); }; self.block = block; |
間接賦值：
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1 2 3 |
self.block = ^(){ NSLog(@"%@", str); }; |
通過屬性取值
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1 |
self.block |
通過變數取值
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1 |
self->_block |
測試程式碼:
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- (void)test { NSString *str = @"sun"; { NSLog(@"直接賦值開始"); { self.copyBlock = ^(){ NSLog(@"%@", str); }; NSLog(@"copy 屬性修飾的 block：%@", self->_copyBlock); } { self.strongBlock = ^(){ NSLog(@"%@", str); }; NSLog(@"strong 屬性修飾的 block：%@", self->_strongBlock); } { self.retainBlock = ^(){ NSLog(@"%@", str); }; NSLog(@"retain 屬性修飾的 block：%@", self->_retainBlock); } NSLog(@"直接賦值結束"); } { dispatch_block_t copyBlock = ^(){ NSLog(@"%@", str); }; dispatch_block_t strongBlock = ^(){ NSLog(@"%@", str); }; dispatch_block_t retainBlock = ^(){ NSLog(@"%@", str); }; NSLog(@"間接賦值開始"); { self.copyBlock = copyBlock; NSLog(@"copy 屬性修飾的 block：%@", self->_copyBlock); } { self.strongBlock = strongBlock; NSLog(@"strong 屬性修飾的 block：%@", self->_strongBlock); } { self.retainBlock = retainBlock; NSLog(@"retain 屬性修飾的 block：%@", self->_retainBlock); } NSLog(@"間接賦值結束"); } { NSLog(@"通過屬性獲取開始"); { NSLog(@"copy 屬性修飾的 block：%@", self.copyBlock); NSLog(@"strong 屬性修飾的 block：%@", self.strongBlock); NSLog(@"retain 屬性修飾的 block：%@", self.retainBlock); } NSLog(@"獲取結束"); } { NSLog(@"通過變數獲取開始"); { NSLog(@"copy 屬性修飾的 block：%@", self->_copyBlock); NSLog(@"strong 屬性修飾的 block：%@", self->_strongBlock); NSLog(@"retain 屬性修飾的 block：%@", self->_retainBlock); } NSLog(@"獲取結束"); } } |
日誌：
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間接賦值開始 "_Block_copy 函式被呼叫" "_Block_copy_internal 函式被呼叫" copy 屬性修飾的 block： "_Block_copy 函式被呼叫" "_Block_copy_internal 函式被呼叫" strong 屬性修飾的 block： "_Block_copy 函式被呼叫" "_Block_copy_internal 函式被呼叫" retain 屬性修飾的 block： 間接賦值結束 通過屬性獲取開始 "_Block_copy 函式被呼叫" "_Block_copy_internal 函式被呼叫" "_Block_copy 函式被呼叫" "_Block_copy_internal 函式被呼叫" copy 屬性修飾的 block： "_Block_copy 函式被呼叫" "_Block_copy_internal 函式被呼叫" "_Block_copy 函式被呼叫" "_Block_copy_internal 函式被呼叫" strong 屬性修飾的 block： "_Block_copy 函式被呼叫" "_Block_copy_internal 函式被呼叫" "_Block_copy 函式被呼叫" "_Block_copy_internal 函式被呼叫" retain 屬性修飾的 block： 獲取結束 通過變數獲取開始 copy 屬性修飾的 block： strong 屬性修飾的 block： retain 屬性修飾的 block： 獲取結束 (lldb) |