1, 前言

我们还是从面试题开始:
1, block的本质是什么?
2, block如何捕获变量?
3, block有哪几种类型? 区别是什么?
4, block的copy有了解吗? 什么情况下需要copy? 或者系统是否调用copy?

2, 探索本质

这里我们从面试题开始, 一步一步开始探索block的本质, 寻找答案.
2.2 block本质是什么?
答: block的本质是个oc对象, 内部也有isa指针.
我们写一个最简单的block, 然后编译成cpp文件, 来一探究竟.
为了简单, 我们新建一个命令行工程, 在main.m文件中写一个最简单的block,
例如写一个下面的block:

#import <Foundation/Foundation.h>

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        // insert code here...
        void (^block00)(void) = ^{
             NSLog(@"Hello, World!");
        };
        block00();
    }
    return 0;
}

然后在终端中打开main.m文件所在的文件夹, 输入编译命令(去掉$符)

$ xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 rewrite-objc main.m

这样我们就在main.m文件夹中得到了编译后的main.cpp文件, 为了方便查看, 我们将其拖到工程目录中

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但如果此时我们运行项目, 会有一堆报错, 编译错误, 是因为xcode会把main.cpp文件也参与了编译, 工程中就会与多个main方法之类的各种各样的报错. 为了不让main.cpp参与编译, 我们可以这样设置:

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2.1.1 编译后的main函数
我们在main.cpp中找到编译后的main函数, 可在main函数中看到编译后我们的代码是这样子的(注释是我加上去了):

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对比上面的两个截图, 我们可以知道, 当调用__main_block_impl_0函数的时候穿进去的__main_block_func_0参数就是block00内部要执行的代码的封装:

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到这里, 我们的block00代码本质就可以看的很清晰了, 其本质是一个结构体对象, 里面包含着两个参数:
struct __block_impl impl: 封装了block的结构体, 里面包含了block要执行的代码;
struct __main_block_desc_0* Desc: block的信息, 主要是block大小.
他们之间的关系可以如下图:

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到这里, block的本质和调用过程就讲解完了.
但上面的例子里面我们发现, 只是个很简单的没有参数的block, 如果有参数的block, 参数是怎样传递进去的呢?接下来一节我们看block变量捕获

3, block变量捕获

为什么要设计block变量捕获机制? 是为了保证block内部能够正常访问外部的变量, 所以设计了block变量捕获机制.
这里先直接贴出一张表格, 并直接说block变量捕获的过程.
block捕获变量分两种情况: 局部变量捕获和全局变量捕获. 局部变量是会被捕获到block内部的, 而且如果是static修饰的变量的访问方式是通过指针传递值, auto修饰的变量访问是值传递; 全局变量是不会被捕获到block内部的, 而且访问方式是直接访问.

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#import <Foundation/Foundation.h>

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        // insert code here...
        auto int age = 11;
        static int height = 21;
        void (^block00)(void) = ^{
             NSLog(@"age = %d, height = %d", age, height);
        };
        age = 20;
        height = 30;
        block00();
    }
    return 0;
}

可能大家都猜出了结果是age = 11, height = 21. 但实际上是这样的打印结果:

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总结起来, block对局部变量的捕获分为主要分为两种情况(register几乎不用, 这里不讲了): auto修饰的和static修饰的局部变量:
在编译block的时候, auto修饰的age=11变量的值已经被直接捕获到block内部, 所以当外部修改age=20值的时候, block内部的age值并没有被改变, 所以打印还是age=11; static修饰的height=21变量, 当block编译的时候, 是取其地址&height赋值到block内部的*block, 当外部修改height=31之后, 调用block的时候, 就会根据指针指向的地址获取到height=31, 所以打印出来的height=31; 前者是值传递, 后者是指针传递.
此外, auto修饰的局部变量age在所处的{}方法内部执行完之后就会被销毁了, 而block此时如果调用age就会引起null崩溃, 所以需要值传递到block内部; 而static修饰的height是一直存在内存中的, 所以可以通过指针传递来获取到. 这也是两种方式的区别的原因.
说完局部变量, 下面讲全局变量.

3.2全局变量的捕获
同样的, 我们写一个block, 也定义了两个全局变量age和height, 然后跑起来看一下打印, 也编译一下看main.cpp代码, 下面的截图包含了所有要讲的东西, 注意看下序号:

总结起来, block里面并没有捕获全局变量, 而是通过直接访问全局变量来获取值的. 因为全局变量在整个程序的生命周期都会存在, 所以没必要捕获到block内部, 而通过直接访问就可以获取到值了.

到这里, block对变量的捕获就讲完了. 接下来我们填上前面挖的坑: block的类型.

4, block的类型

4.1block的三种类型
block有三种类型, 以及他们的继承关系分别是:
NSGlobalBlock → NSConcreteGlobalBlock → NSBlock
NSStackBlock → NSConcreteStackBlock → NSBlock
NSMallocBlock → NSConcreteMallocBlock → NSBlock
它们最终都是继承自NSBlock. 可以通过class方法或者isa指针来查看他们的类型.
举个例子, 我们可以这样查看一个block的类型

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我们怎么知道一个block是什么类型?
这里直接贴出结果, 然后再举个例子来看(这里先忽略NSMallocBlock), 就可以理解的很明白了.

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图中方框部分可以看到, block01打印出来却是NSMallocBlock类型, 这是为什么呢? 是因为目前我们arc下编译器会自动帮我们做一些操作, 比如对block01就自动进行了copy操作, 所以我么要切换成mrc模式才能看得出本质.

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这时候打印出来的结果是这样的

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怎么解决NSStaticBlock在栈区被销毁的风险呢? 思路就是想办法把block放到堆区, 调用copy方法, 调用了copy方法之后的block也就变成了NSMallocBlock类型了. 看下面的代码和打印结果:

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5, block的copy操作

前面有提到过一下在ARC模式下, 编译器会根据需要对block进行copy操作, 那么具体是哪些情况下会有copy呢? 这一小节我们就回答这个问题并且给出声明block的建议. 另外, 关于对象类型的auto变量, 单独开一节来讨论.

5.1 ARC下的block会有自动的copy操作

在ARC环境下, 编译器会根据情况对block进行copy操作, 比如以下情况:
1, block作为函数的返回值时;
2, 将block赋值给__strong修饰的指针时;
3, block作为cocoa API中方法名中含有usingBlock的参数时;
4, block作为GCD中方法的参数时.

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验证上面的几种情况
接下来我们验证一下上面的第一种情况. 分ARC和MRC情况下讨论.
ARC下代码和注释里面都进行了解释, 按照标号的顺序看下去:

第三和第四种情况, 这里就不进行验证了, 相信大家平时敲代码的时候都已经知道了.下面是建议

5.2 ARC和MRC下声明block的建议

#warning MRC模式下声明block
@property (nonatomic, copy) void (^block)(void);

#warning ARC模式下声明block
@property (nonatomic, copy) void (^block)(void);
@property (nonatomic, strong) void (^block)(void);

上面我们的所有例子里, block引用的变量都是基本数据类型int的变量, 但实际开发中, 我们写的block更多是引用对象类型的变量. auto修饰的对象类型的变量在block中的引用跟基本数据类型是有很大不同的, 这里也涉及到了copy和内存管理知识, 是比较复杂,下面单独开一节来讲这种情况.

6, auto修饰的对象变量的copy

这里先贴出一张截图, 总结了block对auto变量的copy操作:

xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc -fobjc-arc -fobjc-runtime=ios-8.0.0 main.m

接下来, 我们讲下一个知识点, 变量的修改.

7, __block之中变量的修改

在开发中, 我们经常需要在block中修改变量, 有一定的开发经验的小伙伴都知道在开发中怎么修改变量了. 但block内部是如何实现变量的修改的, 可能很多人还是不知道. 现在我们就来一探究竟.
在开始之前, 照例先来一个___block修饰符特点的小总结:
1,__block修饰符可以用于解决block内部无法修改auto变量值的问题;
2, __block修饰符不能修饰全局变量和静态变量(static);
3, 编译器会将__block修饰的auto变量包装成一个对象.
在开始之前, 我们不如先知道一个相反的问题:
为什么block内部不能直接修改变量?
先看下面的代码, 如果在block中直接修改变量, 编译就直接报错了:

如何在block中修改变量
在一般的开发中, 我们要在block内部修改变量的话主要有三种方式:
1, 把要修改的变量设置成全局变量, 比如static修饰;
2, __block修饰要修改的变量.
我们常用的是方法2, 接下来我们就探究一下方法2的本质. 同样的, 我们看截图:

相比于基本数据类型, __block修饰对象类型的变量的时候, 主要区别是:
1, 会在__Block_byref_person_0结构体里面多调用copy和dispose方法, 并且内部的*person指针会指向Person类, 内部是弱引用还是强引用是根据外部是否有__weak来决定的;

__Block_byref_person_0、
原来的Person类.

到这里, __block修饰的变量的访问和实现原理我们已经讲完了. 接下来我们讲block的另一个超热门面试题: 循环引用

9,block的循环引用

经过前面的讲解, 相信大家已经知道循环引用产生的原因和解决的办法了.
block循环引用的原因
先看截图里的代码, 这是会产生循环引用的代码, 产生的原因在截图的方框部分已经说明了: Person持有block变量, 而block变量会通过self指针持有Person对象, 这就产生了循环引用.

__weak typeof(self) weakSelf = self;

2,__unsafe_unretained方法(不推荐, 可能引起野指针错误)

__unsafe_unretained id weakSelf = self;
self.block = ^{
NSLog(@"age=%d",weakSelf.age);
};

3, 使用__block方法(block必须执行一次才有效)

__block id weakSelf = self;
self.block = ^{
NSLog(@"age=%d", weakSelf.age);
weakSelf = nil;
};
self.block();

综合来说, 还是最推荐__weak的方法.
MRC下循环引用的解决(可以不看)
下面简单说下MRC下的循环引用解决方法:
1,__unsafe_unretained方法

__unsafe_unretained id weakSelf = self;
self.block = ^{
NSLog(@"age=%d",weakSelf.age);
};

2, 使用__block方法(不需要执行也可以)

__block id weakSelf = self;
self.block = ^{
NSLog(@"age=%d", weakSelf.age);
weakSelf = nil;
};

到这里, block的知识已经讲完了, 过程也是煞费了一点时间, 如果有错误的地方, 环境指正.

end