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詳解Objective C 中Block如何捕獲外部值

 更新時間：2022年09月05日 10:27:42   作者：小橘爺  
這篇文章主要為大家介紹了詳解Objective C 中Block如何捕獲外部值實現(xiàn)示例，有需要的朋友可以借鑒參考下，希望能夠有所幫助，祝大家多多進步，早日升職加薪

引言

Block 本質上也是一個 Objective-C 對象，它內部也有個 isa指針。Block 是封裝了函數(shù)調用以及函數(shù)調用環(huán)境的 Objective-C 對象。Block 的底層結構如下圖所示：

Block 對于不同類型的值會有不同的捕獲方式，本文將通過代碼展示其對于各種場景下的外部值是如何進行捕獲的。

自動變量

首先展示源代碼：

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        NSInteger value = 0;
        void(^block)(void) = ^{
            NSLog(@"%zd", value);
        };
        block();
    }
    return 0;
}

經(jīng)過 clang -rewrite-objc 之后，得到的代碼如下，可以看到，對于自動變量的捕獲，是會在 Block 結構體中生成一個對應類型的成員變量來實現(xiàn)捕獲的能力，這也解釋了為什么在 Block 中修改捕獲的值的內容，無法對 Block 外的值產(chǎn)生影響。

struct __main_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __main_block_desc_0* Desc;
  NSInteger value; // 捕獲的 NSInteger value
  __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, NSInteger _value, int flags=0) : value(_value) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};
static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
  NSInteger value = __cself->value; // bound by copy
            NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_zz_zyxvpxvq6csfxvn_n0000000000000_T_main_e3ca95_mi_0, value);
        }
static struct __main_block_desc_0 {
  size_t reserved;
  size_t Block_size;
} __main_block_desc_0_DATA = { 0, sizeof(struct __main_block_impl_0)};
int main(int argc, const char * argv[]) {
    /* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool; 
        NSInteger value = 0;
        void(*block)(void) = ((void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, value));
        ((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)block)->FuncPtr)((__block_impl *)block);
    }
    return 0;
}

靜態(tài)變量、靜態(tài)全局變量與全局變量

對于靜態(tài)變量、靜態(tài)全局變量與全局變量的捕獲，會稍有不同，其中：

  • 全局變量與靜態(tài)全局變量：直接使用，因為地址一直是可以直接獲取的。
  • 靜態(tài)變量：捕獲地址使用，因為 block 有可能會傳遞出創(chuàng)建時的作用域。
NSInteger globalValue = 1;
static NSInteger staticGlobalValue = 2;
int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        static NSInteger staticValue = 3;
        void(^block)(void) = ^{
            globalValue += 1;
            staticGlobalValue += 2;
            staticValue += 3;
        };
        block();
    }
    return 0;
}

NSInteger globalValue = 1;
static NSInteger staticGlobalValue = 2;
struct __main_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __main_block_desc_0* Desc;
  NSInteger *staticValue;
  __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, NSInteger *_staticValue, int flags=0) : staticValue(_staticValue) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};
static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
  NSInteger *staticValue = __cself->staticValue; // bound by copy
            globalValue += 1;
            staticGlobalValue += 2;
            (*staticValue) += 3;
        }
static struct __main_block_desc_0 {
  size_t reserved;
  size_t Block_size;
} __main_block_desc_0_DATA = { 0, sizeof(struct __main_block_impl_0)};
int main(int argc, const char * argv[]) {
    /* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool; 
        static NSInteger staticValue = 3;
        void(*block)(void) = ((void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, &staticValue));
        ((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)block)->FuncPtr)((__block_impl *)block);
    }
    return 0;
}

帶 __block 的自動變量

被 __block 修飾的自動變量，可以在 Block 內部對其外部的值進行修改：

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        __block NSInteger value = 0;
        void(^block)(void) = ^{
            value = 10;
        };
        block();
        NSLog(@"%zd", value);
    }
    return 0;
}

這次生成的代碼復雜了一些，不過只關注 value 部分的話可以發(fā)現(xiàn)，Block 為了捕獲 __block 類型的自動變量，會生成 __Block_byref_value_0 結構體，并通過該結構體來實現(xiàn)對外部 __block 自動變量的捕獲。

struct __Block_byref_value_0 { // 為捕獲 __block 的自動變量，生成的結構體。為的是方便多個 Block 同時捕獲一個自動變量時使用。
  void *__isa; // isa 指針
__Block_byref_value_0 *__forwarding; // 在 Block 單純在棧上是，指向的是自己，拷貝到堆上后，指向的是在堆上的 Block。之所以需要這樣的指針是因為當 Block 拷貝到堆上時，調用方式是統(tǒng)一的。
 int __flags;
 int __size;
 NSInteger value; // 具體的值
};
struct __main_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __main_block_desc_0* Desc;
  __Block_byref_value_0 *value; // 通過引用的方式捕獲 value，其中變量類型為 __Block_byref_value_0
  __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, __Block_byref_value_0 *_value, int flags=0) : value(_value->__forwarding) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};
static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
  __Block_byref_value_0 *value = __cself->value; // bound by ref
            (value->__forwarding->value) = 10; // 賦值代碼
        }
static void __main_block_copy_0(struct __main_block_impl_0*dst, struct __main_block_impl_0*src) {_Block_object_assign((void*)&dst->value, (void*)src->value, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);}
static void __main_block_dispose_0(struct __main_block_impl_0*src) {_Block_object_dispose((void*)src->value, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);}
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};
int main(int argc, const char * argv[]) {
    /* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool; 
        __attribute__((__blocks__(byref))) __Block_byref_value_0 value = {(void*)0,(__Block_byref_value_0 *)&value, 0, sizeof(__Block_byref_value_0), 0};
        void(*block)(void) = ((void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, (__Block_byref_value_0 *)&value, 570425344));
        ((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)block)->FuncPtr)((__block_impl *)block);
        NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_zz_zyxvpxvq6csfxvn_n0000000000000_T_main_6bf1c6_mi_0, (value.__forwarding->value));
    }
    return 0;
}

__block 可以用于解決 block 內部無法修改 auto 變量值的問題，__block 不能修飾全局變量、靜態(tài)變量（static），編譯器會將 __block 變量包裝成一個對象。

當 block 在棧上時，并不會對 __block 變量產(chǎn)生強引用。

當 block 被 copy 到堆時，會調用 block 內部的 copy 函數(shù)，copy 函數(shù)內部會調用 _Block_object_assign 函數(shù)，_Block_object_assign 函數(shù)會對 __block 變量形成強引用（retain）。

當 block 從堆中移除時，會調用 block 內部的 dispose 函數(shù)，dispose 函數(shù)內部會調用 _Block_object_dispose 函數(shù)，_Block_object_dispose 函數(shù)會自動釋放引用的 __block 變量（release）。

捕獲對象

在探究完對標量類型的捕獲之后，讓我們看一下對對象類型的捕獲：

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        NSArray *array = [NSArray array];
        void(^block)(void) = ^{
            NSLog(@"%@", array);
        };
        block();
    }
    return 0;
}

通過轉譯的代碼可以看出，因為對象類型本身已經(jīng)是存儲在堆上的值了，所以直接獲取其地址即可，同時其新增了兩個函數(shù) __main_block_copy_0 和 __main_block_dispose_0，這兩個函數(shù)是用來將對象拷貝到堆上和被從堆上移除時調用的，其內部又分別調用了 _Block_object_assign 和 _Block_object_dispose 用來對捕獲的對象進行引用計數(shù)的增加和減少。

struct __main_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __main_block_desc_0* Desc;
  NSArray *array;
  __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, NSArray *_array, int flags=0) : array(_array) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};
static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
  NSArray *array = __cself->array; // bound by copy
            NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_zz_zyxvpxvq6csfxvn_n0000000000000_T_main_8ba4f7_mi_0, array);
        }
static void __main_block_copy_0(struct __main_block_impl_0*dst, struct __main_block_impl_0*src) {_Block_object_assign((void*)&dst->array, (void*)src->array, 3/*BLOCK_FIELD_IS_OBJECT*/);}
static void __main_block_dispose_0(struct __main_block_impl_0*src) {_Block_object_dispose((void*)src->array, 3/*BLOCK_FIELD_IS_OBJECT*/);}
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};
int main(int argc, const char * argv[]) {
    /* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool; 
        NSArray *array = ((NSArray * _Nonnull (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("NSArray"), sel_registerName("array"));
        void(*block)(void) = ((void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, array, 570425344));
        ((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)block)->FuncPtr)((__block_impl *)block);
    }
    return 0;
}

Block 對象本身分為三種類型：

  • NSGlobalBlock：沒有訪問 auto 變量，調用 copy 方法之后不會發(fā)生變化。
  • NSStackBlock：訪問了 auto 變量，調用 copy 方法之后存儲位置從棧變?yōu)槎选?/li>
  • NSMallocBlock：__NSStackBlock__ 調用了 copy 方法之后，引用計數(shù)增加。

在 ARC 環(huán)境下，編譯器會根據(jù)情況自動將棧上的 block 復制到堆上，比如以下情況：

  • Block 作為函數(shù)返回值時
  • 將 Block 賦值給 __strong 指針時
  • Block 作為 Cocoa API 中方法名含有 usingBlock 的方法參數(shù)時
  • Block 作為 GCD API 的方法參數(shù)時

所以，當 Block 內部訪問了對象類型的 auto 變量時。如果 Block 是在棧上，將不會對 auto 變量產(chǎn)生強引用。

如果 Block 被拷貝到堆上，會調用 Block 內部的 copy 函數(shù)，copy 函數(shù)內部會調用 _Block_object_assign 函數(shù)，_Block_object_assign 函數(shù)會根據(jù) auto 變量的修飾符（__strong、__weak、__unsafe_unretained）做出相應的操作，形成強引用或者弱引用。

如果 Block 從堆上移除，會調用 Block 內部的 dispose 函數(shù)，dispose 函數(shù)內部會調用 _Block_object_dispose 函數(shù)。_Block_object_dispose 函數(shù)會自動釋放引用的 auto 變量（release）。

__block 對象類型的捕獲

如果想在 Block 中，對捕獲的對象的指針指向進行修改，則需要添加 __block 關鍵字：

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        __block NSArray *array = [NSArray array];
        void(^block)(void) = ^{
            array = [NSArray array];
            NSLog(@"%@", array);
        };
        block();
    }
    return 0;
}

通過轉譯我們可以看出，跟 __block 修飾的標量類型相似，同樣會生成 __Block_byref_array_0 結構體來捕獲對象類型。同時其內部生成了 __Block_byref_id_object_copy 和 __Block_byref_id_object_dispose 兩個函數(shù)指針，用于對被結構體包裝的對象進行內存管理。

static void __Block_byref_id_object_copy_131(void *dst, void *src) {
 _Block_object_assign((char*)dst + 40, *(void * *) ((char*)src + 40), 131);
}
static void __Block_byref_id_object_dispose_131(void *src) {
 _Block_object_dispose(*(void * *) ((char*)src + 40), 131);
}
struct __Block_byref_array_0 {
  void *__isa;
__Block_byref_array_0 *__forwarding;
 int __flags;
 int __size;
 void (*__Block_byref_id_object_copy)(void*, void*);
 void (*__Block_byref_id_object_dispose)(void*);
 NSArray *array;
};
struct __main_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __main_block_desc_0* Desc;
  __Block_byref_array_0 *array; // by ref
  __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, __Block_byref_array_0 *_array, int flags=0) : array(_array->__forwarding) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};
static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
  __Block_byref_array_0 *array = __cself->array; // bound by ref
            (array->__forwarding->array) = ((NSArray * _Nonnull (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("NSArray"), sel_registerName("array"));
            NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_zz_zyxvpxvq6csfxvn_n0000000000000_T_main_3593f0_mi_0, (array->__forwarding->array));
        }
static void __main_block_copy_0(struct __main_block_impl_0*dst, struct __main_block_impl_0*src) {_Block_object_assign((void*)&dst->array, (void*)src->array, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);}
static void __main_block_dispose_0(struct __main_block_impl_0*src) {_Block_object_dispose((void*)src->array, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);}
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};
int main(int argc, const char * argv[]) {
    /* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool; 
        __attribute__((__blocks__(byref))) __Block_byref_array_0 array = {(void*)0,(__Block_byref_array_0 *)&array, 33554432, sizeof(__Block_byref_array_0), __Block_byref_id_object_copy_131, __Block_byref_id_object_dispose_131, ((NSArray * _Nonnull (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("NSArray"), sel_registerName("array"))};
        void(*block)(void) = ((void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, (__Block_byref_array_0 *)&array, 570425344));
        ((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)block)->FuncPtr)((__block_impl *)block);
    }
    return 0;
}

當 block 在棧上時，對它們都不會產(chǎn)生強引用。

當 block 拷貝到堆上時，都會通過 copy 函數(shù)來處理它們，__block 變量（假設變量名叫做 a）：

_Block_object_assign((void*)&dst->a, (void*)src->a, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);

對象類型的 auto 變量（假設變量名叫做 p）:

_Block_object_assign((void*)&dst->p, (void*)src->p, 3/*BLOCK_FIELD_IS_OBJECT*/);

當 block 從堆上移除時，都會通過 dispose 函數(shù)來釋放它們，__block 變量（假設變量名叫做 a）：

_Block_object_dispose((void*)src->a, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);

對象類型的 auto 變量（假設變量名叫做 p）:

_Block_object_dispose((void*)src->p, 3/*BLOCK_FIELD_IS_OBJECT*/);

以上就是詳解Objective C 中Block如何捕獲外部值的詳細內容，更多關于Objective C Block捕獲外部值的資料請關注腳本之家其它相關文章！

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