面試題
- block的原理是怎樣的？本質是什麼？
- __block的作用是什麼？有什麼使用注意點？
- block的屬性修飾詞為什麼是copy？使用block有哪些使用注意？
- block在修改NSMutableArray，需不需要新增__block？
首先對block有一個基本的認識
block本質上也是一個oc物件，他內部也有一個isa指標。block是封裝了函式呼叫以及函式呼叫環境的OC物件。
探尋block的本質
首先寫一個簡單的block
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
int age = 10;
void(^block)(int ,int) = ^(int a, int b){
NSLog(@"this is block,a = %d,b = %d",a,b);
NSLog(@"this is block,age = %d",age);
};
block(3,5);
}
return 0;
}
複製程式碼使用命令列將程式碼轉化為c++檢視其內部結構，與OC程式碼進行比較
xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m
上圖中將c++中block的宣告和定義分別與oc程式碼中相對應顯示。將c++中block的宣告和呼叫分別取出來檢視其內部實現。
定義block變數
// 定義block變數程式碼
void(*block)(int ,int) = ((void (*)(int, int))&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, age));
複製程式碼上述定義程式碼中，可以發現，block定義中呼叫了__main_block_impl_0函式，並且將__main_block_impl_0函式的地址賦值給了block。那麼我們來看一下__main_block_impl_0函式內部結構。
__main_block_imp_0結構體
__main_block_imp_0結構體內有一個同名建構函式__main_block_imp_0，建構函式中對一些變數進行了賦值最終會返回一個結構體。
那麼也就是說最終將一個__main_block_imp_0結構體的地址賦值給了block變數
__main_block_impl_0結構體內可以發現__main_block_impl_0建構函式中傳入了四個引數。(void *)__main_block_func_0、&__main_block_desc_0_DATA、age、flags。其中flage有預設值，也就說flage引數在呼叫的時候可以省略不傳。而最後的 age(_age)則表示傳入的_age引數會自動賦值給age成員，相當於age = _age。
接下來著重看一下前面三個引數分別代表什麼。
(void *)__main_block_func_0
在__main_block_func_0函式中首先取出block中age的值，緊接著可以看到兩個熟悉的NSLog，可以發現這兩段程式碼恰恰是我們在block塊中寫下的程式碼。 那麼__main_block_func_0函式中其實儲存著我們block中寫下的程式碼。而__main_block_impl_0函式中傳入的是(void *)__main_block_func_0，也就說將我們寫在block塊中的程式碼封裝成__main_block_func_0函式，並將__main_block_func_0函式的地址傳入了__main_block_impl_0的建構函式中儲存在結構體內。
&__main_block_desc_0_DATA
我們可以看到__main_block_desc_0中儲存著兩個引數，reserved和Block_size，並且reserved賦值為0而Block_size則儲存著__main_block_impl_0的佔用空間大小。最終將__main_block_desc_0結構體的地址傳入__main_block_func_0中賦值給Desc。
age
age也就是我們定義的區域性變數。因為在block塊中使用到age區域性變數，所以在block宣告的時候這裡才會將age作為引數傳入，也就說block會捕獲age，如果沒有在block中使用age，這裡將只會傳入(void *)__main_block_func_0，&__main_block_desc_0_DATA兩個引數。
這裡可以根據原始碼思考一下為什麼當我們在定義block之後修改區域性變數age的值，在block呼叫的時候無法生效。
int age = 10;
void(^block)(int ,int) = ^(int a, int b){
NSLog(@"this is block,a = %d,b = %d",a,b);
NSLog(@"this is block,age = %d",age);
};
age = 20;
block(3,5);
// log: this is block,a = 3,b = 5
// this is block,age = 10
複製程式碼因為block在定義的之後已經將age的值傳入儲存在__main_block_imp_0結構體中並在呼叫的時候將age從block中取出來使用，因此在block定義之後對區域性變數進行改變是無法被block捕獲的。
此時回過頭來檢視__main_block_impl_0結構體
首先我們看一下__block_impl第一個變數就是__block_impl結構體。 來到__block_impl結構體內部
我們可以發現__block_impl結構體內部就有一個isa指標。因此可以證明block本質上就是一個oc物件。而在建構函式中將函式中傳入的值分別儲存在__main_block_impl_0結構體例項中，最終將結構體的地址賦值給block。
接著通過上面對__main_block_impl_0結構體建構函式三個引數的分析我們可以得出結論：
1. __block_impl結構體中isa指標儲存著&_NSConcreteStackBlock地址，可以暫時理解為其類物件地址，block就是_NSConcreteStackBlock型別的。
2. block程式碼塊中的程式碼被封裝成__main_block_func_0函式，FuncPtr則儲存著__main_block_func_0函式的地址。
3. Desc指向__main_block_desc_0結構體物件，其中儲存__main_block_impl_0結構體所佔用的記憶體。
呼叫block執行內部程式碼
// 執行block內部的程式碼
((void (*)(__block_impl *, int, int))((__block_impl *)block)->FuncPtr)((__block_impl *)block, 3, 5);
複製程式碼通過上述程式碼可以發現呼叫block是通過block找到FunPtr直接呼叫，通過上面分析我們知道block指向的是__main_block_impl_0型別結構體，但是我們發現__main_block_impl_0結構體中並不直接就可以找到FunPtr，而FunPtr是儲存在__block_impl中的，為什麼block可以直接呼叫__block_impl中的FunPtr呢？
重新檢視上述原始碼可以發現，(__block_impl *)block將block強制轉化為__block_impl型別的，因為__block_impl是__main_block_impl_0結構體的第一個成員，相當於將__block_impl結構體的成員直接拿出來放在__main_block_impl_0中，那麼也就說明__block_impl的記憶體地址就是__main_block_impl_0結構體的記憶體地址開頭。所以可以轉化成功。並找到FunPtr成員。
上面我們知道，FunPtr中儲存著通過程式碼塊封裝的函式地址，那麼呼叫此函式，也就是會執行程式碼塊中的程式碼。並且回頭檢視__main_block_func_0函式，可以發現第一個引數就是__main_block_impl_0型別的指標。也就是說將block傳入__main_block_func_0函式中，便於重中取出block捕獲的值。
如何驗證block的本質確實是__main_block_impl_0結構體型別。
通過程式碼證明一下上述內容： 同樣使用之前的方法，我們按照上面分析的block內部結構自定義結構體，並將block內部的結構體強制轉化為自定義的結構體，轉化成功說明底層結構體確實如我們之前分析的一樣。
struct __main_block_desc_0 {
size_t reserved;
size_t Block_size;
};
struct __block_impl {
void *isa;
int Flags;
int Reserved;
void *FuncPtr;
};
// 模仿系統__main_block_impl_0結構體
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 block,a = %d,b = %d",a,b);
NSLog(@"this is block,age = %d",age);
};
// 將底層的結構體強制轉化為我們自己寫的結構體，通過我們自定義的結構體探尋block底層結構體
struct __main_block_impl_0 *blockStruct = (__bridge struct __main_block_impl_0 *)block;
block(3,5);
}
return 0;
}
複製程式碼通過打斷點可以看出我們自定義的結構體可以被賦值成功，以及裡面的值。
接下來斷點來到block程式碼塊中，看一下堆疊資訊中的函式呼叫地址。Debuf workflow -> always show Disassembly
通過上圖可以看到地址確實和FuncPtr中的程式碼塊地址一樣。
總結
此時已經基本對block的底層結構有了基本的認識，上述程式碼可以通過一張圖展示其中各個結構體之間的關係。
block底層的資料結構也可以通過一張圖來展示
block的變數捕獲
為了保證block內部能夠正常訪問外部的變數，block有一個變數捕獲機制。
區域性變數
auto變數
上述程式碼中我們已經瞭解過block對age變數的捕獲。 auto自動變數，離開作用域就銷燬，通常區域性變數前面自動新增auto關鍵字。自動變數會捕獲到block內部，也就是說block內部會專門新增加一個引數來儲存變數的值。 auto只存在於區域性變數中，訪問方式為值傳遞，通過上述對age引數的解釋我們也可以確定確實是值傳遞。
static變數
static 修飾的變數為指標傳遞，同樣會被block捕獲。
接下來分別新增aotu修飾的區域性變數和static修飾的區域性變數，重看原始碼來看一下他們之間的差別。
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
auto int a = 10;
static int b = 11;
void(^block)(void) = ^{
NSLog(@"hello, a = %d, b = %d", a,b);
};
a = 1;
b = 2;
block();
}
return 0;
}
// log : block本質[57465:18555229] hello, a = 10, b = 2
// block中a的值沒有被改變而b的值隨外部變化而變化。
複製程式碼重新生成c++程式碼看一下內部結構中兩個引數的區別。
從上述原始碼中可以看出，a,b兩個變數都有捕獲到block內部。但是a傳入的是值，而b傳入的則是地址。
為什麼兩種變數會有這種差異呢，因為自動變數可能會銷燬，block在執行的時候有可能自動變數已經被銷燬了，那麼此時如果再去訪問被銷燬的地址肯定會發生壞記憶體訪問，因此對於自動變數一定是值傳遞而不可能是指標傳遞了。而靜態變數不會被銷燬，所以完全可以傳遞地址。而因為傳遞的是值得地址，所以在block呼叫之前修改地址中儲存的值，block中的地址是不會變得。所以值會隨之改變。
全域性變數
我們同樣以程式碼的方式看一下block是否捕獲全域性變數
int a = 10;
static int b = 11;
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
void(^block)(void) = ^{
NSLog(@"hello, a = %d, b = %d", a,b);
};
a = 1;
b = 2;
block();
}
return 0;
}
// log hello, a = 1, b = 2
複製程式碼同樣生成c++程式碼檢視全域性變數呼叫方式
通過上述程式碼可以發現，__main_block_imp_0並沒有新增任何變數，因此block不需要捕獲全域性變數，因為全域性變數無論在哪裡都可以訪問。
區域性變數因為跨函式訪問所以需要捕獲，全域性變數在哪裡都可以訪問 ，所以不用捕獲。
最後以一張圖做一個總結
總結：區域性變數都會被block捕獲，自動變數是值捕獲，靜態變數為地址捕獲。全域性變數則不會被block捕獲
疑問：以下程式碼中block是否會捕獲變數呢？
#import "Person.h"
@implementation Person
- (void)test
{
void(^block)(void) = ^{
NSLog(@"%@",self);
};
block();
}
- (instancetype)initWithName:(NSString *)name
{
if (self = [super init]) {
self.name = name;
}
return self;
}
+ (void) test2
{
NSLog(@"類方法test2");
}
@end
複製程式碼同樣轉化為c++程式碼檢視其內部結構
上圖中可以發現，self同樣被block捕獲，接著我們找到test方法可以發現，test方法預設傳遞了兩個引數self和_cmd。而類方法test2也同樣預設傳遞了類物件self和方法選擇器_cmd。
不論物件方法還是類方法都會預設將self作為引數傳遞給方法內部，既然是作為引數傳入，那麼self肯定是區域性變數。上面講到區域性變數肯定會被block捕獲。
接著我們來看一下如果在block中使用成員變數或者呼叫例項的屬性會有什麼不同的結果。
- (void)test
{
void(^block)(void) = ^{
NSLog(@"%@",self.name);
NSLog(@"%@",_name);
};
block();
}
複製程式碼上圖中可以發現，即使block中使用的是例項物件的屬性，block中捕獲的仍然是例項物件，並通過例項物件通過不同的方式去獲取使用到的屬性。
block的型別
block物件是什麼型別的，之前稍微提到過，通過原始碼可以知道block中的isa指標指向的是_NSConcreteStackBlock類物件地址。那麼block是否就是_NSConcreteStackBlock型別的呢？
我們通過程式碼用class方法或者isa指標檢視具體型別。
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
// __NSGlobalBlock__ : __NSGlobalBlock : NSBlock : NSObject
void (^block)(void) = ^{
NSLog(@"Hello");
};
NSLog(@"%@", [block class]);
NSLog(@"%@", [[block class] superclass]);
NSLog(@"%@", [[[block class] superclass] superclass]);
NSLog(@"%@", [[[[block class] superclass] superclass] superclass]);
}
return 0;
}
複製程式碼列印內容
從上述列印內容可以看出block最終都是繼承自NSBlock型別，而NSBlock繼承於NSObjcet。那麼block其中的isa指標其實是來自NSObject中的。這也更加印證了block的本質其實就是OC物件。
block的3種型別
block有3中型別
__NSGlobalBlock__ （ _NSConcreteGlobalBlock ）
__NSStackBlock__ （ _NSConcreteStackBlock ）
__NSMallocBlock__ （ _NSConcreteMallocBlock ）
複製程式碼通過程式碼檢視一下block在什麼情況下其型別會各不相同
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
// 1. 內部沒有呼叫外部變數的block
void (^block1)(void) = ^{
NSLog(@"Hello");
};
// 2. 內部呼叫外部變數的block
int a = 10;
void (^block2)(void) = ^{
NSLog(@"Hello - %d",a);
};
// 3. 直接呼叫的block的class
NSLog(@"%@ %@ %@", [block1 class], [block2 class], [^{
NSLog(@"%d",a);
} class]);
}
return 0;
}
複製程式碼通過列印內容確實可以發現block的三種型別
但是我們上面提到過，上述程式碼轉化為c++程式碼檢視原始碼時卻發現block的型別與列印出來的型別不一樣，c++原始碼中三個block的isa指標全部都指向_NSConcreteStackBlock型別地址。
我們可以猜測runtime執行時過程中也許對型別進行了轉變。最終型別當然以runtime執行時型別也就是我們列印出的型別為準。
block在記憶體中的儲存
通過下面一張圖看一下不同block的存放區域
上圖中可以發現，根據block的型別不同，block存放在不同的區域中。
資料段中的__NSGlobalBlock__直到程式結束才會被回收，不過我們很少使用到__NSGlobalBlock__型別的block，因為這樣使用block並沒有什麼意義。
__NSStackBlock__型別的block存放在棧中，我們知道棧中的記憶體由系統自動分配和釋放，作用域執行完畢之後就會被立即釋放，而在相同的作用域中定義block並且呼叫block似乎也多此一舉。
__NSMallocBlock__是在平時編碼過程中最常使用到的。存放在堆中需要我們自己進行記憶體管理。
block是如何定義其型別
block是如何定義其型別，依據什麼來為block定義不同的型別並分配在不同的空間呢？首先看下面一張圖
接著我們使用程式碼驗證上述問題，首先關閉ARC回到MRC環境下，因為ARC會幫助我們做很多事情，可能會影響我們的觀察。
// MRC環境！！！
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
// Global：沒有訪問auto變數：__NSGlobalBlock__
void (^block1)(void) = ^{
NSLog(@"block1---------");
};
// Stack：訪問了auto變數： __NSStackBlock__
int a = 10;
void (^block2)(void) = ^{
NSLog(@"block2---------%d", a);
};
NSLog(@"%@ %@", [block1 class], [block2 class]);
// __NSStackBlock__呼叫copy ： __NSMallocBlock__
NSLog(@"%@", [[block2 copy] class]);
}
return 0;
}
複製程式碼檢視列印內容
通過列印的內容可以發現正如上圖中所示。
沒有訪問auto變數的block是__NSGlobalBlock__型別的，存放在資料段中。
訪問了auto變數的block是__NSStackBlock__型別的，存放在棧中。
__NSStackBlock__型別的block呼叫copy成為__NSMallocBlock__型別並被複制存放在堆中。
上面提到過__NSGlobalBlock__型別的我們很少使用到，因為如果不需要訪問外界的變數，直接通過函式實現就可以了，不需要使用block。
但是__NSStackBlock__訪問了aotu變數，並且是存放在棧中的，上面提到過，棧中的程式碼在作用域結束之後記憶體就會被銷燬，那麼我們很有可能block記憶體銷燬之後才去呼叫他，那樣就會發生問題，通過下面程式碼可以證實這個問題。
void (^block)(void);
void test()
{
// __NSStackBlock__
int a = 10;
block = ^{
NSLog(@"block---------%d", a);
};
}
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
test();
block();
}
return 0;
}
複製程式碼此時檢視列印內容
可以發現a的值變為了不可控的一個數字。為什麼會發生這種情況呢？因為上述程式碼中建立的block是__NSStackBlock__型別的，因此block是儲存在棧中的，那麼當test函式執行完畢之後，棧記憶體中block所佔用的記憶體已經被系統回收，因此就有可能出現亂得資料。檢視其c++程式碼可以更清楚的理解。
為了避免這種情況發生，可以通過copy將__NSStackBlock__型別的block轉化為__NSMallocBlock__型別的block，將block儲存在堆中，以下是修改後的程式碼。
void (^block)(void);
void test()
{
// __NSStackBlock__ 呼叫copy 轉化為__NSMallocBlock__
int age = 10;
block = [^{
NSLog(@"block---------%d", age);
} copy];
[block release];
}
複製程式碼此時在列印就會發現資料正確
那麼其他型別的block呼叫copy會改變block型別嗎？下面表格已經展示的很清晰了。
所以在平時開發過程中MRC環境下經常需要使用copy來儲存block，將棧上的block拷貝到堆中，即使棧上的block被銷燬，堆上的block也不會被銷燬，需要我們自己呼叫release操作來銷燬。而在ARC環境下系統會自動呼叫copy操作，使block不會被銷燬。
ARC幫我們做了什麼
在ARC環境下，編譯器會根據情況自動將棧上的block進行一次copy操作，將block複製到堆上。
什麼情況下ARC會自動將block進行一次copy操作？ 以下程式碼都在RAC環境下執行。
1. block作為函式返回值時
typedef void (^Block)(void);
Block myblock()
{
int a = 10;
// 上文提到過，block中訪問了auto變數，此時block型別應為__NSStackBlock__
Block block = ^{
NSLog(@"---------%d", a);
};
return block;
}
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
Block block = myblock();
block();
// 列印block型別為 __NSMallocBlock__
NSLog(@"%@",[block class]);
}
return 0;
}
複製程式碼看一下列印的內容
上文提到過，如果在block中訪問了auto變數時，block的型別為__NSStackBlock__，上面列印內容發現blcok為__NSMallocBlock__型別的，並且可以正常列印出a的值，說明block記憶體並沒有被銷燬。
上面提到過，block進行copy操作會轉化為__NSMallocBlock__型別，來講block複製到堆中，那麼說明RAC在 block作為函式返回值時會自動幫助我們對block進行copy操作，以儲存block，並在適當的地方進行release操作。
2. 將block賦值給__strong指標時
block被強指標引用時，RAC也會自動對block進行一次copy操作。
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
// block內沒有訪問auto變數
Block block = ^{
NSLog(@"block---------");
};
NSLog(@"%@",[block class]);
int a = 10;
// block內訪問了auto變數，但沒有賦值給__strong指標
NSLog(@"%@",[^{
NSLog(@"block1---------%d", a);
} class]);
// block賦值給__strong指標
Block block2 = ^{
NSLog(@"block2---------%d", a);
};
NSLog(@"%@",[block1 class]);
}
return 0;
}
複製程式碼檢視列印內容可以看出，當block被賦值給__strong指標時，RAC會自動進行一次copy操作。
3. block作為Cocoa API中方法名含有usingBlock的方法引數時
例如：遍歷陣列的block方法，將block作為引數的時候。
NSArray *array = @[];
[array enumerateObjectsUsingBlock:^(id _Nonnull obj, NSUInteger idx, BOOL * _Nonnull stop) {
}];
複製程式碼4. block作為GCD API的方法引數時
例如：GDC的一次性函式或延遲執行的函式，執行完block操作之後系統才會對block進行release操作。
static dispatch_once_t onceToken;
dispatch_once(&onceToken, ^{
});
dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(1.0 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
});
複製程式碼block宣告寫法
通過上面對MRC及ARC環境下block的不同型別的分析，總結出不同環境下block屬性建議寫法。
MRC下block屬性的建議寫法
@property (copy, nonatomic) void (^block)(void);
ARC下block屬性的建議寫法
@property (strong, nonatomic) void (^block)(void);
@property (copy, nonatomic) void (^block)(void);
底層原理文章專欄
文中如果有不對的地方歡迎指出。我是xx_cc，一隻長大很久但還沒有二夠的傢伙。需要視訊一起探討學習的coder可以加我Q：2336684744