扣丁书屋

iOS下的闭包上篇-Block

Block

题记:用最通俗的语言,描述最难懂的技术

❝最近在学习和迁移Swift方面的代码,正好看到了闭包这部分,看完之后整个人都被着魔了一样,于是便有了这两篇文章

目录表

  • Block是什么

  • Block有什么用

  • 语法

  • 使用场景

  • 原理

  • Block的数据结构及编译过程

  • 关于Block的Copy

  • 关于Block捕获的变量

  • 注意事项

  • 参考文档

  • 结束语

Block是什么

  • BlockObjective-C编程语言下的一个闭包实现,那么什么是闭包?闭包有两个特性,第一某个结构体包含了被引用的局部变量,第二包含了相关的代码块。
  • Apple在线源文件(https://opensource.apple.com/source/libclosure/libclosure-63/Block_private.h.auto.html)可以找到另外的答案,它的结构体中包含了isa指针,所以我们在Objc下可以认为是对象
  • 最后在它让人抓狂的语法(http://fuckingblocksyntax.com/)中,我们也可以发现函数特征,所以在Objc中我们也称之为匿名函数,函数块等。

Block有什么用

  • 综上所述:可选的传递某些参数从而实现某些回调功能

语法

  • 作为局部变量
returnType (^blockName)(parameterTypes) = ^returnType(parameters) {...};
eg:
void (^successBlock)(NSDictionary *params) = ^void(NSDictionary *params) {...};
  • 作为属性
@property (nonatomic, copy, nullability) returnType (^blockName)(parameterTypes);
eg:
@property (nonatomic,copy,nullable) void (^failBlock)(NSError *error);
  • 作为方法参数
- (void)someMethodThatTakesABlock:(returnType (^nullability)(parameterTypes))blockName;
eg:
- (void)URLRequestCompletion:( void (^ _Nullable )(NSDictionary *))successBlock {...}
//  一般在实际项目中我们都会先声明一个全局变量,然后使用这个变量进行使用
// 1.统一进行管理和修改 2.代码可读性
typedef void(^successBlock)(NSDictionary *params);
- (void)URLRequestCompletion2:(_Nullable successBlock)successBlock {...}
  • 作为方法结束后的回调
[someObject someMethodThatTakesABlock:^returnType (parameters) {...}];
eg:
[UIView animateWithDuration:0.5f animations:^(void)(NSDictionary *params){ ... }];
  • 作为C方法的参数
void SomeFunctionThatTakesABlock(returnType (^blockName)(parameterTypes));
eg:
void testCFunc(void (^successBlock)(char *name)) { ... }
  • 作为别名
typedef returnType (^TypeName)(parameterTypes);
eg:
successBlock block = ^void(NSDictionary *params) { ... };

使用场景

  • 1.延迟执行的场景
  • 2.耗时任务的场景
  • 3.后台任务的场景
  • 4.延长某些实例对象的生命周期的场景

原理

Block的数据结构及编译过程

我们要看底层的原理,需要对编译器对这个高级代码片段做了那些操作进行分析,所以我们就需要用到一个关于编译器的命令clang

  • 环境:Apple clang version 12.0.5 (clang-1205.0.22.11),Xcode:Version 12.5.1 (12E507)
  • 测试项目准备工作
  • 创建项目Xcode->File->New->Project

  • 选择macOS->Command Line Tool->Next

  • 填入Product Name和选择LanguageObjective-C完成

代码文件

运行clang命令

  • 选中main.m文件,点击右键选中Show in Finder,把项目拖入到Terminal(终端)或者iTerm(个人喜欢的一款终端工具),进入到main.m所在路径
  • 运行命令

  • 查看是否编译C++文件成功

Block结构体定义

// Block的描述
struct Block_descriptor_1 {
 // Block的保留参数
  uintptr_t reserved;
  // Block的大小
   uintptr_t size;
};
//Block的布局
struct Block_layout {
 // Block的无符号定位指针
 void *isa;
 // 编译器优化参数修饰的Block的包含参数的标志位
 volatile int32_t flags; // contains ref count
 // Block布局的保留字段
 int32_t reserved; 
 // Block布局的触发函数
 void (*invoke)(void *, ...);
 // Block描述结构体指向的指针
 struct Block_descriptor_1 *descriptor;
 // imported variables -- 捕获的变量
};

C++代码分析,这个main.cpp大概有11w行左右,不要怕一点一点来,逐个分析

  • 在代码片段中直接搜索bdBlock,然后定位到该处,bdBlock数据结构的定义和描述
// Block的定义实现
struct __block_impl {
   void *isa;
   int Flags;
   int Reserved;
   void *FuncPtr;
};
// 在main函数内的bdBlock数据结构的描述
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};

// 在main方法中的bdBlock的数据结构的定义
struct __main_block_impl_0 {
   struct __block_impl impl;
   struct __main_block_desc_0* Desc;
   int x;
   NSNumber *number;
   __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, int _x, NSNumber *_number, int flags=0) : x(_x), number(_number) {
     impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
     impl.Flags = flags;
     impl.FuncPtr = fp;
     Desc = desc;
   }
};
static float __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
   int x = __cself->x; // bound by copy
  NSNumber *number = __cself->number; // bound by copy
         return x * ((float (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend_fpret)((id)number, sel_registerName("floatValue"));
    }
// bdBlock中的copy方法
static void __main_block_copy_0(struct __main_block_impl_0*dst, struct __main_block_impl_0*src) {
 _Block_object_assign((void*)&dst->number, (void*)src->number, 3/*BLOCK_FIELD_IS_OBJECT*/);
}
// bdBlock中的dispose方法
static void __main_block_dispose_0(struct __main_block_impl_0*src) {
  _Block_object_dispose((void*)src->number, 3/*BLOCK_FIELD_IS_OBJECT*/);}

代码分析

  • 当前编译器会根据bdBlock捕获的变量,生成具体的结构体的定义,对应到代码就是上述中的__main_block_desc_0__main_block_impl_0
  • bdBlock中的块函数也会被编译器生成一个C函数,对应到上述中的__main_block_func_0,同理可得,执行bdBlock其实也就是执行这个C函数。‍‍‍‍‍‍‍‍‍

关于Block的Copy

  • 在上述代码片段的__main_block_impl_0中我们也不难发现,定义完bdBlock之后Block存储在当前函数的_NSConcreteStackBlock上面,也就是bdBlock中的isa指向的是该BlockClass的类型是_NSConcreteStackBlock,在run time中定义了6种关于Block的类
_NSConcreteStackBlock  // 栈上创建的block
_NSConcreteMallocBlock // 堆上创建的block
_NSConcreteGlobalBlock //作为全局变量的block
_NSConcreteWeakBlockVariable
_NSConcreteAutoBlock
_NSConcreteFinalizingBlock

关于后三种是用于垃圾回收(Garbage Collection)机制下的,我们在此不作分析

  • bdBlock初始化完成之后在栈上面,捕获的变量会被赋值到结构体的成员上,所以初始化完成捕获到的局部变量不能修改。当main函数返回时,函数的栈被销毁,bdBlock的内存也会被清除,如果在函数结束后仍然引用这个Block的时候,就需要将它拷贝到堆上,详细逻辑点这:https://opensource.apple.com/source/libclosure/libclosure-63/runtime.c

  • Block_copy伪代码 ‍‍‍‍

  • // 申请跟现有block size一样的内存
    struct Block_layout *result = malloc(aBlock->descriptor->size);
    // 将现有的block中的数据复制过去
    memmove(result, aBlock, aBlock->descriptor->size);
    // 更新isa指针指向堆
    result->isa = _NSConcreteMallocBlock;
    // 向捕获的对象发送retian,增加新的block的引用计数
    _Block_call_copy_helper(result, aBlock);
    return result; 

关于Block捕获的变量

Objective-C中的变量分为

  • 全局静态变量
  • 全局变量
  • 局部静态变量
  • 局部变量(自动变量)
  • 留个小问题大家知道为啥又被称作自动变量么

Block对变量的捕获

  • 全局静态变量,从代码和打印结果看出变量始终在全局数据区,内存地址不变

  • 全局变量,从代码和打印结果观察和上述一样,也在全局数据区,内存地址不变

  • 局部静态变量,static延长了局部变量的生命周期

  • 局部变量,很显然,这就是刚才对提到的,局部变量完成之后存储在栈上,也被结构体进行了赋值,不允许跨存储范围进行修改在内存中的地址

解决捕获局部变量的问题

方法1:目前的Xcode编译器已经变得很强大,从上面的提示看出可以使用__block关键字,可是你知道它的原理么?正所谓,知道问题的原因,才能相处对应的处理办法,我们可以逆推也不难猜出肯定是关于对存储域的处理,接下来我们通过代码具体分析下

  • 刺激不,很明显__block把变量从栈存储位置移动到了堆位置,你肯定说,你说堆就是堆?那肯定不啊?所有的技术都有原因,所以我们再次可以借用clang命令,把上述的__block的例子进行编译,我都帮你弄好了,接下来我们继续看代码

    // __block a 的定义
    struct __Block_byref_a_0 {
     void *__isa;
    __Block_byref_a_0 *__forwarding;
    int __flags;
    int __size;
    int a;
    };
    // __block a的实现
    struct __main_block_impl_0 {
    struct __block_impl impl;
    struct __main_block_desc_0* Desc;
    __Block_byref_a_0 *a; // by ref
    __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, __Block_byref_a_0 *_a, int flags=0) : a(_a->__forwarding) {
      impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
      impl.Flags = flags;
      impl.FuncPtr = fp;
      Desc = desc;
    }
    };
    //__block中代码块中的方法实现
    static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
    __Block_byref_a_0 *a = __cself->a; // bound by ref
         (a->__forwarding->a) = 12;
      }
  • 就一个__block便让一个int的值处理为一个结构体,通过观察可以发现,这个结构体的首地址同样也是*isa,所以这个值是相当于被处理后变成了bdBlock的一部分,随着bdBlockcopy到堆上面也存储到了堆上面,通过代码发现对a的操作其实是对指针的操作,是不是有豁然开朗的感觉?哈哈哈

方法2:把需要更新的局部变量变成Block的参数,进行传参调用

方法总结:我个人更倾向于方法2,因为我实践了__block的原理之后明白,如果__block修饰的值size过大,那么在此引用过程中会对程序的内存有影响,有可能会有一些未知的问题,所以我更愿意求稳,使用更保守的传参方式,当然在实际的工作中,可以根据业务需求进行灵活使用。

注意事项

引用循环,不管是Block还是Closure我们都可以把它当作对象来对待,然后它捕获的变量是显示的,也就是是强引用,如果外部有对该闭包也有一个强引用,那么就会造成引用循环。这也考验我们在实际开发中需要及时对引用关系进行准确的梳理,然后对一方的引用进行弱引用修饰,打破循环即可,原理都是一样的,表现方式不同Block下的引用循环

  • __weak
  • 对其中一方的引用循环对象使用__weak修饰,然后__weak就会进行自动管理弱引用,表现为当对象引用计数为0时候的会自动清对象所占内存,具体原理是系统在底层维护了一系列的哈希结构,请自行搜索相关关键词进行查阅,在此不做过多分析
__weak typeof(self)weakSelf = self;
    self.print_name = ^(NSString *name) {

    // A have cycle
 //  self.view.backgroundColor = [UIColor redColor];
   // Use weakSelf to weak of block to strong self
    weakSelf.view.backgroundColor = [UIColor redColor];
   NSLog(@"name is %@",name);
       };

 self.print_name(@"Augus");
  • __Block
  • __block这种方式修饰的原理就是把其中一方的引用创建一份到Block的栈,随着Block拷贝到堆上,使用完成之后进行销毁,这种方法的利弊也在Block的部分进行了说明,请查看Block对变量的捕获部分的内容
__block ViewController *blockSelf = self;
    self.print_name = ^(NSString *name) {
     // A have cycle
     //  self.view.backgroundColor = [UIColor redColor];
      // Use __block capture self to belong to block,then destory the variable after finish work
      blockSelf.view.backgroundColor = [UIColor redColor];
      blockSelf = nil;
      NSLog(@"name is %@",name);
    };
    self.print_name(@"Augus");

结束语

好了,关于iOS下的block闭包说了很多,也有一些底层的东西需要去理解和动手,困难肯定是有的,希望一起乘风破浪,所向披靡,我也尽快完稿下一篇姐妹篇closure的开发

参考文档

  • https://blog.ibireme.com/2013/11/27/objc-block/)
  • https://developer.apple.com/library/archive/documentation/Cocoa/Conceptual/Blocks/Articles/00_Introduction.html
  • https://developer.apple.com/library/archive/documentation/Cocoa/Conceptual/ProgrammingWithObjectiveC/WorkingwithBlocks/WorkingwithBlocks.html

https://mp.weixin.qq.com/s/LdaQxl3ZI1uXN9GvoH2sXg

最多阅读

快速配置 Sign In with Apple 2年以前  |  4751次阅读
APP适配iOS11 2年以前  |  3550次阅读
使用 GPUImage 实现一个简单相机 2年以前  |  3446次阅读
App Store 审核指南[2017年最新版本] 2年以前  |  3398次阅读
所有iPhone设备尺寸汇总 2年以前  |  3315次阅读
开篇 关于iOS越狱开发 2年以前  |  3219次阅读
在越狱的iPhone设置上使用lldb调试 2年以前  |  3175次阅读
给数组NSMutableArray排序 2年以前  |  3126次阅读
UITableViewCell高亮效果实现 2年以前  |  2899次阅读
使用ssh访问越狱iPhone的两种方式 2年以前  |  2892次阅读
关于Xcode不能打印崩溃日志 2年以前  |  2743次阅读
使用ssh 访问越狱iPhone的两种方式 2年以前  |  2639次阅读
使用最高权限操作iPhone手机 2年以前  |  2390次阅读
为对象添加一个释放时触发的block 2年以前  |  2386次阅读
iOS14 隐私适配及部分解决方案 1年以前  |  2361次阅读

手机扫码阅读