iOS中block介绍（四）揭开神秘面纱(下)
2013-07-19 14:35 佚名 dreamingwish 字号：T | T
终于有空开始这系列最后一篇的编写。这一篇，我们将看到block的内存管理的内部实现，通过剖析runtime库源码，我们可以更深刻的理解block的内存运作体系。
看此篇时，请大家同时打开两个网址（或者下载它们到本地然后打开）：
http://llvm.org/svn/llvm-project/compiler-rt/trunk/BlocksRuntime/runtime.c
http://llvm.org/svn/llvm-project/compiler-rt/trunk/BlocksRuntime/Block_private.h
内存管理的真面目
objc层面如何区分不同内存区的block
Block_private.h中有这样一组值：
/* the raw data space for runtime classes for blocks */ /* class+meta used for stack, malloc, and collectable based blocks */ BLOCK_EXPORT void * _NSConcreteStackBlock[32]; BLOCK_EXPORT void * _NSConcreteMallocBlock[32]; BLOCK_EXPORT void * _NSConcreteAutoBlock[32]; BLOCK_EXPORT void * _NSConcreteFinalizingBlock[32]; BLOCK_EXPORT void * _NSConcreteGlobalBlock[32]; BLOCK_EXPORT void * _NSConcreteWeakBlockVariable[32];
其用于对block的isa指针赋值
1.栈
struct __OBJ1__of2_block_impl_0 { struct __block_impl impl; struct __OBJ1__of2_block_desc_0* Desc; OBJ1 *self; __OBJ1__of2_block_impl_0(void *fp, struct __OBJ1__of2_block_desc_0 *desc, OBJ1 *_self, int flags=0) : self(_self) { impl.isa = &_NSConcreteStackBlock; impl.Flags = flags; impl.FuncPtr = fp; Desc = desc; } };在栈上创建的block，其isa指针是_NSConcreteStackBlock。
2.全局区
在全局区创建的block，其比较类似，其构造函数会将isa指针赋值为_NSConcreteGlobalBlock。
3.堆
我们无法直接创建堆上的block，堆上的block需要从stack block拷贝得来，在runtime.c中的_Block_copy_internal函数中，有这样几行：
// Its a stack block. Make a copy. if (!isGC) { struct Block_layout *result = malloc(aBlock->descriptor->size); ... result->isa = _NSConcreteMallocBlock; ... return result; }可以看到，栈block复制得来的新block，其isa指针会被赋值为_NSConcreteMallocBlock
4.其余的isa类型
BLOCK_EXPORT void * _NSConcreteAutoBlock[32]; BLOCK_EXPORT void * _NSConcreteFinalizingBlock[32]; BLOCK_EXPORT void * _NSConcreteWeakBlockVariable[32];
其他三种类型是用于gc和arc，我们暂不讨论
复制block
对block调用Block_copy方法，或者向其发送objc copy消息，最终都会调用runtime.c中的_Block_copy_internal函数，其内部实现会检查block的flag，从而进行不同的操作：
static void *_Block_copy_internal(const void *arg, const int flags) { ... aBlock = (struct Block_layout *)arg; ... }1.栈block的复制 // reset refcount result->flags &= ~(BLOCK_REFCOUNT_MASK); // XXX not needed result->flags |= BLOCK_NEEDS_FREE | 1; result->isa = _NSConcreteMallocBlock; if (result->flags & BLOCK_HAS_COPY_DISPOSE) { //printf("calling block copy helper %p(%p, %p)...\n", aBlock->descriptor->copy, result, aBlock); (*aBlock->descriptor->copy)(result, aBlock); // do fixup }除了修改isa指针的值之外，拷贝过程中，还会将BLOCK_NEEDS_FREE置入，大家记住这个值，后面会用到。
最后，如果block有辅助copy/dispose函数，那么辅助的copy函数会被调用。
2.全局block的复制
else if (aBlock->flags & BLOCK_IS_GLOBAL) {
return aBlock;
}全局block进行copy是直接返回了原block，没有任何的其他操作。
全局block进行copy是直接返回了原block，没有任何的其他操作。
3.堆block的复制
if (aBlock->flags & BLOCK_NEEDS_FREE) { // latches on high latching_incr_int(&aBlock->flags); return aBlock; }栈block复制时，置入的BLOCK_NEEDS_FREE标记此时起作用，_Block_copy_internal函数识别当前block是一个堆block，则仅仅增加引用计数，然后返回原block。
辅助copy/dispose函数
1.普通变量的复制
辅助copy函数用于拷贝block所引用的可修改变量，我们这里以 __block int i = 1024为例：
先看看Block_private.h中的定义：
struct Block_byref { void *isa; struct Block_byref *forwarding; int flags; /* refcount; */ int size; void (*byref_keep)(struct Block_byref *dst, struct Block_byref *src); void (*byref_destroy)(struct Block_byref *); /* long shared[0]; */ };而我们的__block int i = 1024的转码：
struct __Block_byref_i_0 { void *__isa; __Block_byref_i_0 *__forwarding; int __flags; int __size; int i; };//所以我们知道，当此结构体被类型强转为Block_byref时，前四个成员是一致的，访问flags就相当于访问__flags，而内部实现就是这样使用的 ... __attribute__((__blocks__(byref))) __Block_byref_i_0 i = {(void*)0,(__Block_byref_i_0 *)&i, 0, sizeof(__Block_byref_i_0), 1024};//i初始化时__flags为0static void __main_block_copy_0(struct __main_block_impl_0*dst, struct __main_block_impl_0*src) {_Block_object_assign((void*)&dst->i, (void*)src->i, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);}此时，复制时调用的辅助函数：
void _Block_object_assign(void *destAddr, const void *object, const int flags) {//此处flags为8，即BLOCK_FIELD_IS_BYREF ... if ((flags & BLOCK_FIELD_IS_BYREF) == BLOCK_FIELD_IS_BYREF) { // copying a __block reference from the stack Block to the heap // flags will indicate if it holds a __weak reference and needs a special isa _Block_byref_assign_copy(destAddr, object, flags); } ... } static void _Block_byref_assign_copy(void *dest, const void *arg, const int flags) {//此处flags为8，即BLOCK_FIELD_IS_BYREF struct Block_byref **destp = (struct Block_byref **)dest; struct Block_byref *src = (struct Block_byref *)arg; ... else if ((src->forwarding->flags & BLOCK_REFCOUNT_MASK) == 0) {//当初次拷贝i时，flags为0，进入此分支会进行复制操作并改变flags值，置入BLOCK_NEEDS_FREE和初始的引用计数 ... } // already copied to heap else if ((src->forwarding->flags & BLOCK_NEEDS_FREE) == BLOCK_NEEDS_FREE) {//当再次拷贝i时，则仅仅增加其引用计数 latching_incr_int(&src->forwarding->flags); } // assign byref data block pointer into new Block _Block_assign(src->forwarding, (void **)destp);//这句仅仅是直接赋值，其函数实现只有一行赋值语句，查阅runtime.c可知 }所以，我们知道，当我们多次copy一个block时，其引用的__block变量只会被拷贝一次。
2.objc变量的复制
当objc变量没有__block修饰时：
static void __OBJ1__of2_block_copy_0(struct __OBJ1__of2_block_impl_0*dst, struct __OBJ1__of2_block_impl_0*src) {_Block_object_assign((void*)&dst->self, (void*)src->self, 3/*BLOCK_FIELD_IS_OBJECT*/);}void _Block_object_assign(void *destAddr, const void *object, const int flags) { ... else if ((flags & BLOCK_FIELD_IS_OBJECT) == BLOCK_FIELD_IS_OBJECT) { //printf("retaining object at %p\n", object); _Block_retain_object(object);//当我们没有开启arc时，这个函数会retian此object //printf("done retaining object at %p\n", object); _Block_assign((void *)object, destAddr); } .... }当objc变量有__block修饰时：
struct __Block_byref_bSelf_0 { void *__isa; __Block_byref_bSelf_0 *__forwarding; int __flags; int __size; void (*__Block_byref_id_object_copy)(void*, void*); void (*__Block_byref_id_object_dispose)(void*); OBJ1 *bSelf; }; static void __Block_byref_id_object_copy_131(void *dst, void *src) { _Block_object_assign((char*)dst + 40, *(void * *) ((char*)src + 40), 131);//131即为BLOCK_FIELD_IS_OBJECT|BLOCK_BYREF_CALLER } static void __Block_byref_id_object_dispose_131(void *src) { _Block_object_dispose(*(void * *) ((char*)src + 40), 131); } ... //33554432即为BLOCK_HAS_COPY_DISPOSE __block __Block_byref_bSelf_0 bSelf = {(void*)0,(__Block_byref_bSelf_0 *)&bSelf, 33554432, sizeof(__Block_byref_bSelf_0), __Block_byref_id_object_copy_131, __Block_byref_id_object_dispose_131, self};BLOCK_HAS_COPY_DISPOSE告诉内部实现，这个变量结构体具有自己的copy/dispose辅助函数，而此时我们的内部实现不会进行默认的复制操作：
void _Block_object_assign(void *destAddr, const void *object, const int flags) { //printf("_Block_object_assign(*%p, %p, %x)\n", destAddr, object, flags); if ((flags & BLOCK_BYREF_CALLER) == BLOCK_BYREF_CALLER) { if ((flags & BLOCK_FIELD_IS_WEAK) == BLOCK_FIELD_IS_WEAK) { _Block_assign_weak(object, destAddr); } else { // do *not* retain or *copy* __block variables whatever they are _Block_assign((void *)object, destAddr); } }当我们没有开启arc，且flags中具有BLOCK_BYREF_CALLER时，会进入_Block_assign函数，而此函数仅仅是赋值
所以，如果要避免objc实例中的block引起的循环引用，我们需要让block间接使用self：
__block bSelf = self;
其他
对于dipose辅助函数，其行为与copy是类似的，我们不再重复同样的东西，如果大家要了解，自行查阅runtime.c和Block_private.h即可。
我们已经理解了非arc非gc情况下的block的内存管理内部实现，对arc和gc的情况，其行为也是类似的，只是一些函数的指针指向的真正函数会改变，比如_Block_use_GC函数，会将一些函数指向其他的实现，使其适用于gc开启的情况。
小结
block实际上是一些执行语句和语句需要的上下文的组合，而runtime给予的内部实现决定了它不会浪费一比特的内存。
我们知道cocoa中的容器类class有mutable和immutable之分，实际上我们可以将block看做一个immutable的容器，其盛放的是执行的代码和执行此代码需要的变量，而一个immutable变量的无法改变的特质，也决定了block在复制时，的确没有必要不断分配新的内存。故而其复制的行为会是增加引用计数。