iOS——Block two

Block  的实质究竟是什么呢？类型？变量？还是什么黑科技？
 Blocks 是 带有局部变量的匿名函数

Blocks 由 OC 转 C++ 源码方法

  1. 在项目中添加 blocks.m 文件，并写好 block 的相关代码。
  2. 打开「终端」，执行 cd XXX/XXX 命令，其中 XXX/XXX 为 block.m 所在的目录。
  3. 继续执行clang -rewrite-objc block.m
  4. 执行完命令之后，block.m 所在目录下就会生成一个 block.cpp 文件，这就是我们需要的 block 相关的 C++ 源码。
1. `/* 包含 Block 实际函数指针的结构体 */`
2. `struct __block_impl {`
3. `void *isa;`
4. `int Flags;`               
5. `int Reserved;        // 今后版本升级所需的区域大小`
6. `void *FuncPtr;      // 函数指针`
7. `};`
9. `/* Block 结构体 */`
10. `struct __main_block_impl_0 {`
11. `// impl：Block 的实际函数指针，指向包含 Block 主体部分的 __main_block_func_0 结构体`
12.     `struct __block_impl impl;`
13.     `// Desc：Desc 指针，指向包含 Block 附加信息的 __main_block_desc_0（） 结构体`
14.     `struct __main_block_desc_0* Desc;`
15.     `// __main_block_impl_0：Block 构造函数`
16.     `__main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, int flags=0) {`
17. `impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;`
18.         `impl.Flags = flags;`
19.         `impl.FuncPtr = fp;`
20.         `Desc = desc;`
21.     `}`
22. `};`

23. `/* Block 主体部分结构体 */`
24. `static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {`
25. `printf("myBlock\n");`
26. `}`

27. `/* Block 附加信息结构体：包含今后版本升级所需区域大小，Block 的大小*/`
28. `static struct __main_block_desc_0 {`
29. `size_t reserved;        // 今后版本升级所需区域大小`
30. `size_t Block_size;    // Block 大小`
31. `} __main_block_desc_0_DATA = { 0, sizeof(struct __main_block_impl_0)};`

32. `/* main 函数 */`
33. `int main () {`
34.     `void (*myBlock)(void) = ((void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA));`
35.     `((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)myBlock)->FuncPtr)((__block_impl *)myBlock);`

36.     `return 0;`
37. `}`

Block 结构体

我们先来看看 __main_block_impl_0 结构体（ Block 结构体）

1. `/* Block 结构体 */`
2. `struct __main_block_impl_0 {`
3.     `// impl：Block 的实际函数指针，指向包含 Block 主体部分的 __main_block_func_0 结构体`
4.     `struct __block_impl impl;`
5.     `// Desc：Desc 指针，指向包含 Block 附加信息的 __main_block_desc_0（） 结构体`
6.     `struct __main_block_desc_0* Desc;`
7.     `// __main_block_impl_0：Block 构造函数`
8. `__main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, int flags=0) {`
9.         `impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;`
10.         `impl.Flags = flags;`
11.         `impl.FuncPtr = fp;`
12.         `Desc = desc;`
13.     `}`
14. `};`

从上边我们可以看出，__main_block_impl_0 结构体（Block 结构体）包含了三个部分：

从上述代码可以看出block的本质是个 __main_block_impl_0 的结构体对象，这就是为什么能用 %@ 打印出block的原因了

  1. 成员变量 impl;
  2. 成员变量 Desc 指针;
  3. __main_block_impl_0 构造函数。
  4. 析构函数中所需要的函数：fp传递了具体的block实现__main_block_func_0，然后保存在block结构体的impl中

block捕获变量

这就说明了block声明只是将block实现保存起来，具体的函数实现需要自行调用
值得注意的是，当block为堆block时，block的构造函数会多出来一个参数a，并且在block结构体中多出一个属性a
Pasted image 20230725160455.png

接着把目光转向__main_block_func_0实现

  • __cself是__main_block_impl_0的指针，即block本身
  • int a = __cself->a即int a = block->a
  • 由于a只是个属性，所以是堆block只是值拷贝（值相同，内存地址不同）
  • 这也是为什么捕获的外界变量不能直接进行操作的原因，如a++会报错

当__block修饰外界变量的时候


[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-Q6SlRlhS-1690945388106)(https://raw.githubusercontent.com/ArnoVD97/PhotoBed/master/photo202307281627162.png)]
__block修饰的属性在底层会生成响应的结构体，保存原始变量的指针，并传递一个指针地址给block——因此是指针拷贝
Pasted image 20230726093723.png
源码中增加了一个名为_Block_byref_a_0的结构体，用来保存我们要capture并且修改的变量i
__main_block_impl_0引用的是_Block_byref_a_0结构体指针，起到修改外部变量的作用
_ Block_byref_a_0里面有isa，也是一个对象
我们需要负责_Block_byref_a_0结构体相关的内存管理，所以_main_block_desc_0中增加了copy和dispose的函数指针，用于在抵用前后修改相应变量的引用计数

struct __block_impl impl 说明

第一部分 impl 是 __block_impl 结构体类型的成员变量。__block_impl 包含了 Block 实际函数指针 FuncPtr，FuncPtr 指针指向 Block 的主体部分，也就是 Block 对应 OC 代码中的 ^{ printf("myBlock\n"); }; 部分。还包含了标志位 Flags，今后版本升级所需的区域大小  Reserved，__block_impl 结构体的实例指针 isa。

1. `/* 包含 Block 实际函数指针的结构体 */`
2. `struct __block_impl {`
3. `void *isa;               // 用于保存 Block 结构体的实例指针`
4.   `int Flags;               // 标志位`
5.   `int Reserved;        // 今后版本升级所需的区域大小`
6.   `void *FuncPtr;      // 函数指针`
7. `};`

struct __main_block_desc_0* Desc 说明

第二部分 Desc 是指向的是 __main_block_desc_0 类型的结构体的指针型成员变量，__main_block_desc_0 结构体用来描述该 Block 的相关附加信息：

  1. 今后版本升级所需区域大小： reserved 变量。
  2. Block 大小：Block_size 变量。
1. `/* Block 附加信息结构体：包含今后版本升级所需区域大小，Block 的大小*/`
2. `static struct __main_block_desc_0 {`
3. `size_t reserved;      // 今后版本升级所需区域大小`
4. `size_t Block_size;  // Block 大小`
5. `} __main_block_desc_0_DATA = { 0, sizeof(struct __main_block_impl_0)};`

__main_block_impl_0 构造函数说明

第三部分是 __main_block_impl_0 结构体（Block 结构体） 的构造函数，负责初始化 __main_block_impl_0 结构体（Block 结构体） 的成员变量。

1. `__main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, int flags=0) {`
2. `impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;`
3.     `impl.Flags = flags;`
4.     `impl.FuncPtr = fp;`
5.     `Desc = desc;`
6. `}`

关于结构体构造函数中对各个成员变量的赋值，我们需要先来看看 main() 函数中，对该构造函数的调用。

void (*myBlock)(void) = ((void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA));

我们可以把上面的代码稍微转换一下，去掉不同类型之间的转换，使之简洁一点：

1. `struct __main_block_impl_0 temp = __main_block_impl_0(__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA);`
2. `struct __main_block_impl_0 myBlock = &temp;`

这样，就容易看懂了。该代码将通过 __main_block_impl_0 构造函数，生成的 __main_block_impl_0 结构体（Block 结构体）类型实例的指针，赋值给 __main_block_impl_0 结构体（Block 结构体）类型的指针变量 myBlock。

可以看到， 调用 __main_block_impl_0 构造函数的时候，传入了两个参数。

  1. 第一个参数：__main_block_func_0。
        - 其实就是 Block 对应的主体部分，可以看到下面关于 __main_block_func_0 结构体的定义 ，和 OC 代码中 ^{ printf("myBlock\n"); }; 部分具有相同的表达式。
        - 这里参数中的 __cself 是指向 Block 的值的指针变量，相当于 OC 中的 self。

c++ /* Block 主体部分结构体 */ static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {      printf("myBlock\n"); }

  1. 第二个参数：__main_block_desc_0_DATA：__main_block_desc_0_DATA 包含该 Block 的相关信息。
    我们再来结合之前的 __main_block_impl_0 结构体定义。
    - __main_block_impl_0 结构体（Block 结构体）可以表述为：
1. `struct __main_block_impl_0 {`
2.      `void *isa;               // 用于保存 Block 结构体的实例指针`
3.     `int Flags;               // 标志位`
4.     `int Reserved;        // 今后版本升级所需的区域大小`
5.     `void *FuncPtr;      // 函数指针`
6.     `struct __main_block_desc_0* Desc;      // Desc：Desc 指针`
7. `};`

- __main_block_impl_0 构造函数可以表述为：

1. `impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;    // isa 保存 Block 结构体实例`
2. `impl.Flags = 0;        // 标志位赋值`
3. `impl.FuncPtr = __main_block_func_0;    // FuncPtr 保存 Block 结构体的主体部分`
4. `Desc = &__main_block_desc_0_DATA;    // Desc 保存 Block 结构体的附加信息`

[[Block签名]]
__main_block_impl_0 结构体（Block 结构体）相当于 Objective-C 类对象的结构体，isa 指针保存的是所属类的结构体的实例的指针。_NSConcreteStackBlock 相当于 Block 的结构体实例。对象 impl.isa = &_NSConcreteStackBlock; 语句中，将 Block 结构体的指针赋值给其成员变量 isa，相当于 Block 结构体的成员变量 保存了 Block 结构体的指针，这里和 Objective-C 中的对象处理方式是一致的。

也就是说明： Block 的实质就是对象。

block的copy分析

接下来就来研究下栈block转换成到堆block的过程——_Block_copy

void *_Block_copy(const void *arg) {
    struct Block_layout *aBlock;

    if (!arg) return NULL;
    
    // The following would be better done as a switch statement
    aBlock = (struct Block_layout *)arg;
    if (aBlock->flags & BLOCK_NEEDS_FREE) {
        // latches on high
        latching_incr_int(&aBlock->flags);
        return aBlock;
    }
    else if (aBlock->flags & BLOCK_IS_GLOBAL) {
        return aBlock;
    }
    else {
        // Its a stack block.  Make a copy.
        struct Block_layout *result =
            (struct Block_layout *)malloc(aBlock->descriptor->size);
        if (!result) return NULL;
        memmove(result, aBlock, aBlock->descriptor->size); // bitcopy first
#if __has_feature(ptrauth_calls)
        // Resign the invoke pointer as it uses address authentication.
        result->invoke = aBlock->invoke;
#endif
        // reset refcount
        result->flags &= ~(BLOCK_REFCOUNT_MASK|BLOCK_DEALLOCATING);    // XXX not needed
        result->flags |= BLOCK_NEEDS_FREE | 2;  // logical refcount 1
        _Block_call_copy_helper(result, aBlock);
        // Set isa last so memory analysis tools see a fully-initialized object.
        result->isa = _NSConcreteMallocBlock;
        return result;
    }
}

整段代码主要分成三个逻辑分支

  1. 通过flags标识位——存储引用计数的值是否有效

block的引用计数不受runtime处理的，是由自己管理的

static int32_t latching_incr_int(volatile int32_t *where) {
    while (1) {
        int32_t old_value = *where;
        if ((old_value & BLOCK_REFCOUNT_MASK) == BLOCK_REFCOUNT_MASK) {
            return BLOCK_REFCOUNT_MASK;
        }
        if (OSAtomicCompareAndSwapInt(old_value, old_value+2, where)) {
            return old_value+2;
        }
    }
}

这里可能有个疑问
为什么引用计数是 +2 而不是 +1 ？
因为flags的第一号位置已经存储着释放标记

else if (aBlock->flags & BLOCK_IS_GLOBAL) {
    return aBlock;
}
  1. 是否是全局block——
else {
    // Its a stack block.  Make a copy.
    size_t size = Block_size(aBlock);
    struct Block_layout *result = (struct Block_layout *)malloc(size);
    // 开辟堆空间
    if (!result) return NULL;
    memmove(result, aBlock, size); // bitcopy first
#if __has_feature(ptrauth_calls)
    // Resign the invoke pointer as it uses address authentication.
    result->invoke = aBlock->invoke;

#if __has_feature(ptrauth_signed_block_descriptors)
    if (aBlock->flags & BLOCK_SMALL_DESCRIPTOR) {
        uintptr_t oldDesc = ptrauth_blend_discriminator(
                    &aBlock->descriptor,
                    _Block_descriptor_ptrauth_discriminator);
        uintptr_t newDesc = ptrauth_blend_discriminator(
                    &result->descriptor,
                    _Block_descriptor_ptrauth_discriminator);

        result->descriptor =
                    ptrauth_auth_and_resign(aBlock->descriptor,
                                            ptrauth_key_asda, oldDesc,
                                            ptrauth_key_asda, newDesc);
    }
#endif
#endif
    // reset refcount
    result->flags &= ~(BLOCK_REFCOUNT_MASK|BLOCK_DEALLOCATING);    // XXX not needed
    result->flags |= BLOCK_NEEDS_FREE | 2;  // logical refcount 1
    _Block_call_copy_helper(result, aBlock);
    // Set isa last so memory analysis tools see a fully-initialized object.
    result->isa = _NSConcreteMallocBlock;
    return result;
}
  1. 栈block -> 堆block的过程
  • 先通过malloc在堆区开辟一片空间
  • 再通过memmove将数据从栈区拷贝到堆区
  • invoke、flags同时进行修改
  • block的isa标记成_NSConcreteMallocBlock
    [[__block的深入研究]]

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