block的copy、访问对象类型变量的底层实现

2020-05-20

学习MJ的视频课程，整理总结知识点–block的copy、访问对象类型变量的底层实现

本文结合block的特性，探讨ARC下block自动copy的时机；以及block内访问外部的对象类型变量时底层实现；

block的copy

在上一节的block学习中我们遇到，在ARC环境下，block有时会被自动拷贝到堆空间去，我们可以分析一下原因。

常见的场景就是block里面访问一个局部变量，根据上一节所学，MRC下访问auto变量的block是存储在栈上的，但是我们在ARC环境下演练测试发现它是存储在堆空间上。因为栈空间内存是系统自动做处理的，堆空间才是开发者手动控制。如果让block保留在栈空间，很可能当我们调用block的时候，它已经被系统自动回收了，肯定不是我们想要的结果，所以在ARC下block会被自动copy到堆空间上，有开发者控制它的释放时机(不过这些工作实际是由ARC机制处理了)

ARC下block进行自动copy的根本目的是为了防止block在栈空间上被不合时宜的自动释放，而此时调用被释放的block就会出错，而copy到堆空间就不会自动释放。

从这个根本原因出发，我们可以总结一下在ARC环境下，block在哪些场景会被自动copy到堆上。首先，我们知道需要copy操作的一般是NSStackBlock类型的block，而NSStackBlock类型的block的产生是因为block访问了auto变量。

所以我们可以推出一个关键点：在ARC下，访问了auto变量的block，默认都会进行copy操作，防止它在栈上被自动释放。包括以下几种：

block作为函数返回值时(Masonry中)
将block赋值给__strong指针时
block作为一些函数的参数时(cocoa API useringBlock参数)、（GCD API block参数）

对象类型的auto变量

在之前的测试中，我们更多的是用block访问基本类型的auto变量，现在我们研究block访问对象类型的auto变量的底层。

参见Demo，新建一个自定义类，研究它的实例对象释放时机

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        {
            MJPerson *person = [[MJPerson alloc] init];
            person.age = 10;
        }
        // person dealloc
    }
    return 0;
}

默认情况下，person对象在出了大括号后，就会调用自己的dealloc方法进行释放。

当我们用一个block访问person的属性时

MJBlock block;
{
    MJPerson *person = [[MJPerson alloc] init];
    person.age = 10;
    
    block = ^{
        NSLog(@"---------%d", person.age);
    };
}
// person not dealloc

此时发现person出了大括号的作用域，没有调用dealloc，直到block销毁时，person才销毁。

我们简化一下代码如下

MJBlock block;
MJPerson *person = [[MJPerson alloc] init];
            person.age = 10;
block = ^{
    NSLog(@"---------%d", person.age);
};

我们研究此时的block源码，分析为什么会是这样。clang编译后的block源码如下

struct __main_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __main_block_desc_0* Desc;
  MJPerson *person;
  __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, MJPerson *_person, int flags=0) : person(_person) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};

block结构体里面有person的指针，而block在堆空间，在ARC下，block会强引用着person，所以当block销毁时person才会销毁。

我们还可以验证在MRC环境下person的释放时机，此时block是在栈空间的。会发现在MRC下，person出了自己的大括号作用域后，就销毁了。

我们可与得出一个结论：栈空间上的block是不会对对象类型的auto变量强引用，堆空间上的block会对对象类型的auto变量强引用。

我们再使用weak类型的person实验一下此时person的释放时机

MJBlock block;
{
    MJPerson *person = [[MJPerson alloc] init];
    person.age = 10;

    __weak MJPerson *weakPerson = person;
    block = ^{
        NSLog(@"---------%d", person.age);
    };
}
NSLog(@"------");

会发现person在出了自己的大括号作用域后就销毁了，说明此时block是没有强引用着person对象，我们看下使用__weak时的block源码
此时用clang命令会报错cannot create __weak reference because the current deployment target does
因为__weak是属于运行时的特性，clang默认是编译期，我们要指定clang的runtime环境才能导出源文件。
修改clang命令如下：

1	clang -rewrite-objc -fobjc-arc -fobjc-runtime=ios-9.0.0 main.m -o main2.cpp

我们看此时的block源码如下

struct __main_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __main_block_desc_0* Desc;
  MJPerson *__weak weakPerson;
  __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, MJPerson *__weak _weakPerson, int flags=0) : weakPerson(_weakPerson) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};

会发现block里面的person对象是MJPerson *__weak weakPerson;类型，从字面意思上理解就是block不强引用这个person对象了，这也就解释了为什么__weak的person对象在出了自己的大括号作用域后就销毁了，因为没有别的对象对它强引用了。

我们再看下此时block的desc结构体

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};

会发现此时的__main_block_desc_0结构体，相对于访问基本类型的auto变量时多了两个函数指针void (*copy)(struct __main_block_impl_0*, struct __main_block_impl_0*); void (*dispose)(struct __main_block_impl_0*);而这两个函数的实现如下

static void __main_block_copy_0(struct __main_block_impl_0*dst, struct __main_block_impl_0*src) {
    _Block_object_assign((void*)&dst->weakPerson, (void*)src->weakPerson, 3/*BLOCK_FIELD_IS_OBJECT*/);
}

static void __main_block_dispose_0(struct __main_block_impl_0*src) {
    _Block_object_dispose((void*)src->weakPerson, 3/*BLOCK_FIELD_IS_OBJECT*/);
}

说明当BLOCK_FIELD_IS_OBJECT时，会多两个函数实现，分别是_Block_object_assign、_Block_object_dispose。

实际上_Block_object_assign就是block决定是否引用person对象的关键，当block内部的person是MJPerson *__weak weakPerson;，_Block_object_assign就也是用__weak关联这个person

小结

关于block访问对象类型的auto变量，做一个总结

如果block是在栈上，将不会对auto变量产生强引用
如果block被拷贝到堆上
会调用block内部的copy函数
copy函数内部会调用_Block_object_assign函数
_Block_object_assign函数会根据auto变量的修饰符（strong、weak、__unsafe_unretained）做出相应的操作，形成强引用（retain）或者弱引用
如果block从堆上移除
会调用block内部的dispose函数
dispose函数内部会调用_Block_object_dispose函数
_Block_object_dispose函数会自动释放引用的auto变量（release）