谈谈ObjectiveC中__block

几乎每一个iOS开发者都知道&＃xff0c;在block中无法修改非静态局部变量的值&＃xff0c;也知道解决方案是用__block来修饰一下变量。

但是&＃xff0c;有没有深入地思考挖掘过呢&＃xff1f;比如&＃xff1a;

1.为什么block中无法修改非静态局部变量呢&＃xff1f;

第一反应是变量是值传递到block中的&＃xff0c;故无法修改。为什么对待非静态局部变量不能像对待静态局部变量那样&＃xff0c;直接用指针传递呢&＃xff1f;说到这就不得不说&＃xff0c;静态局部变量和非静态局部变量的区别了&＃xff0c;静态变量存在于应用程序的整个生命周期&＃xff0c;而非静态局部变量&＃xff0c;仅仅是存在于一个局部的上下文中。如果block执行过程中其所指向的非静态局部变量还没有被栈回收的话&＃xff0c;这样执行是ok&＃xff0c;然后绝大多数情况下&＃xff0c;block都是延后执行的&＃xff0c;故这样非常不妥。

在谈为什么加__block可以解决此问题之前&＃xff0c;我们先讨论一个问题&＃xff0c;为什么需要我们手动的去添加__block呢&＃xff0c;编译器不能默认都给加上__block呢&＃xff1f;如果编译器这么干了&＃xff0c;那么block中所用到的非静态全局变量在block中都是可以修改的&＃xff0c;其实block就是一个匿名函数&＃xff0c;而非静态变量相对于block而言就是外部变量&＃xff0c;这就是典型的在函数内修改外部变量&＃xff0c;造成了副作用啊。此外&＃xff0c;这么干也是有违非静态变量的初衷&＃xff0c;造成了极大的混乱。所以&＃xff0c;编译器默认都加上__block修饰符是不妥的&＃xff0c;只能将这个决定权交给开发者自己去决定是加__block还是不加。

2.加__block后是什么鬼&＃xff1f;

通过clang 重写源代码可以发现用__block修饰后&＃xff0c;原来的变量已经被替换成一个与之相对应的struct变量&＃xff08;新变量&＃xff09;&＃xff0c;比如&＃xff0c;定义一个

__block NSMutableArray *array &＃61; [NSMutableArray new]; 会变成

__Block_byref_array_1 array &＃61; {0,&array, 33554432, size, copyFunc, disposeFunc,[NSMutableArray new] };(经删除修改)

__Block_byref_array_1的结构体如下所示&＃xff0c;

struct __Block_byref_array_1 {void *__isa;
__Block_byref_array_1 *__forwarding;
int __flags;
int __size;
void (*__Block_byref_id_object_copy)(void*, void*);
void (*__Block_byref_id_object_dispose)(void*);
NSMutableArray *array;
};

通过分析发现&＃xff0c;结构体中有一个__forwarding指针&＃xff0c;初始化时此指针指向转换后变量本身&＃xff1b;结构体中也有一个原变量一样类型的变量。

同时&＃xff0c;此后代码中涉及到原变量的地方&＃xff0c;都会转换成新变量->__forwarding->原变量同类型变量&＃xff0c;其实关于这一点很少有书籍或者文章中提及&＃xff0c;如果不能意识到这一点&＃xff0c;对于很多问题理解起来会觉得很诧异&＃xff01;

3.__block为什么可行&＃xff1f;

通过上面的分析&＃xff0c;如果在block中直接修改变量的值&＃xff0c;它实质上会转化成新变量->__forwarding->原变量同类型变量。 所以最终修改的其实是结构体中原变量同类型变量&＃xff0c;而这个变量明显已经不属于block的外部变量了&＃xff0c;所以是在block中是可以修改的。

此时&＃xff0c;分析到这里&＃xff0c;还是有两个疑问&＃xff1a;

• 这个新变量也是非静态局部变量&＃xff0c;block执行的时候&＃xff0c;新变量可能已经被栈回收

如果block执行时&＃xff0c;新变量也已经被释放的话&＃xff0c;程序是会crash的&＃xff0c;其实就算用了__block也不能解决这个问题&＃xff0c;或者说__block 和这种情况似乎也没有什么联系吧&＃xff01;

日常开发中&＃xff0c;好像很少遇到这种crash啊&＃xff1f;因为实际开发中遇到的block大多数都已经copy到了堆上面&＃xff0c;block在copy的时候&＃xff0c;也会触发这个__block变量的copy&＃xff0c;会将变量从栈空间copy 到堆空间&＃xff0c;所以block在执行的时候&＃xff0c;使用的是堆空间上相应的变量&＃xff0c;因而不会产生crash!

• __forwarding的作用是啥&＃xff1f;为什么要这么设计&＃xff1f;

• __forwarding有什么用? 哪些地方会涉及到呢&＃xff1f;

从代码层面上分析&＃xff0c;如前文&＃xff0c;在使用__block变量时经转换后&＃xff0c;其实都是通过其__forwarding来访问的

从现象结果来看&＃xff0c;如果在block中修改了__block变量&＃xff0c;block外修改亦有效&＃xff0c;其实这也是__forwarding的功效

• 编译器是怎么用的&＃xff1f;这样用有什么好处&＃xff1f;

这个可以结合__block变量的copy源码来分析&＃xff1a;

static void _Block_byref_assign_copy(void *dest, const void *arg, const int flags) {struct Block_byref **destp &＃61; (struct Block_byref **)dest;struct Block_byref *src &＃61; (struct Block_byref *)arg;//printf("_Block_byref_assign_copy called, byref destp %p, src %p, flags %x
", destp, src, flags);//printf("src dump: %s
", _Block_byref_dump(src));if (src->forwarding->flags & BLOCK_IS_GC) {;   // don&＃39;t need to do any more work}else if ((src->forwarding->flags & BLOCK_REFCOUNT_MASK) &＃61;&＃61; 0) {//printf("making copy
");// src points to stackbool isWeak &＃61; ((flags & (BLOCK_FIELD_IS_BYREF|BLOCK_FIELD_IS_WEAK)) &＃61;&＃61; (BLOCK_FIELD_IS_BYREF|BLOCK_FIELD_IS_WEAK));// if its weak ask for an object (only matters under GC)struct Block_byref *copy &＃61; (struct Block_byref *)_Block_allocator(src->size, false, isWeak);copy->flags &＃61; src->flags | _Byref_flag_initial_value; // non-GC one for caller, one for stackcopy->forwarding &＃61; copy; // patch heap copy to point to itself (skip write-barrier)src->forwarding &＃61; copy;  // patch stack to point to heap copycopy->size &＃61; src->size;if (isWeak) {copy->isa &＃61; &_NSConcreteWeakBlockVariable;  // mark isa field so it gets weak scanning}if (src->flags & BLOCK_HAS_COPY_DISPOSE) {// Trust copy helper to copy everything of interest// If more than one field shows up in a byref block this is wrong XXXcopy->byref_keep &＃61; src->byref_keep;copy->byref_destroy &＃61; src->byref_destroy;(*src->byref_keep)(copy, src);}else {// just bits.  Blast &＃39;em using _Block_memmove in case they&＃39;re __strong_Block_memmove((void *)?->byref_keep,(void *)&src->byref_keep,src->size - sizeof(struct Block_byref_header));}}// already copied to heapelse if ((src->forwarding->flags & BLOCK_NEEDS_FREE) &＃61;&＃61; BLOCK_NEEDS_FREE) {latching_incr_int(&src->forwarding->flags);}// assign byref data block pointer into new Block_Block_assign(src->forwarding, (void **)destp);
}

从源码中可以清晰的看到各种细节&＃xff0c;这里不做过多解释&＃xff01;需要注意的一点就是 src->forwarding &＃61; copy;这里将原对象的forwarding指向了新创建的对象。很明显开始__block变量是在栈空间&＃xff0c;其forwarding指向自身&＃xff0c;当变量从栈空间copy到堆空间时&＃xff0c;原来栈空间的变量的forwarding指向了新创建的变量&＃xff08;堆空间上&＃xff09;&＃xff0c;这其实就达到了从Objective C层面改变原变量的效果

• 不用__forwarding行不行&＃xff1f;

暂时没有想到好的代替方案&＃xff01;欢迎补充&＃xff01;可见__forwarding 确实是整个方案设计的一大亮点&＃xff01;