經過__block的做用深刻研究block

block普通引用

默認狀況下，在block中訪問外部變量是經過複製一個變量來操做的，既能夠讀，可是寫操做不對原變量生效，下面經過代碼來舉證

NSString *a = @"testa";
    NSLog(@"block前,a在堆中的地址%p,a在棧中的地址%p",a,&a);
    void(^testBlock)(void) = ^(void){
        NSLog(@"block內,a在堆中的地址%p,a在棧中的地址%p",a,&a);
    };
    NSLog(@"block後,a在堆中的地址%p,a在棧中的地址%p",a,&a);
    testBlock();

能夠看出變量在堆中的地址實際上是一直不變的，在棧中的地址，在block外是不變的，block內從新開闢了一個空間來存放。
那麼來計算下兩個地址變化
block前,a指向堆中的地址0x1000ec0b0,a在棧中的地址0x16fd19f58
block後,a指向堆中的地址0x1000ec0b0,a在棧中的地址0x16fd19f58
block內,a指向堆中的地址0x1000ec0b0,a在棧中的地址0x17404e0c0
十六進制的0x16fd19f5八、0x17404e0c0轉換爲十進制數爲，617097608八、6241444032。二者相差5546832956字節，再轉換爲MB爲5289.8mb。已知 IOS中一個進程的棧區內存只有1M，Mac也只有8M(等有空找官方文檔求證下),又由於堆地址要小於棧地址，因此在block內調用變量，在不使用__block的狀況下，是在堆中新建了一個變量地址指向原變量，block做用域結束則銷燬，不影響原變量。

 

咱們都知道：Block不容許修改外部變量的值，這裏所說的外部變量的值，指的是棧中指針的內存地址。在block內調用變量，在不使用__block的狀況下，是在堆中新建了一個變量地址指向原變量，block做用域結束則銷燬，不影響原變量。

__block關鍵字

由前所知，經過__block修飾，block內部不只僅能夠對外部變量進行讀操做，也能夠進行寫操做了，那這是爲何呢？一樣用代碼研究二者區別

__block NSString *a = @"testa";
    NSLog(@"block前,a指向堆中的地址%p,a在棧中的地址%p",a,&a);
    void(^testBlock)(void) = ^(void){
        NSLog(@"block內,a指向堆中的地址%p,a在棧中的地址%p",a,&a);
    };
    testBlock();
    NSLog(@"block後,a指向堆中的地址%p,a在棧中的地址%p",a,&a);

去掉時間戳後，打印的結果是

block前,a指向堆中的地址0x10007c0d0,a在棧中的地址0x16fd89f58
block內,a指向堆中的地址0x10007c0d0,a在棧中的地址0x1740533a8
block後,a指向堆中的地址0x10007c0d0,a在棧中的地址0x1740533a8

 

根據內存地址變化可見，__block所起到的做用就是隻要觀察到該變量被 block 所持有，就將「外部變量」在棧中的內存地址放到了堆中。進而在block內部也能夠修改外部變量的值。原先地址是否直接拋棄不用再繼續研究

Block不容許修改外部變量的值,Apple這樣設計，應該是考慮到了block的特殊性，block也屬於「函數」的範疇，變量進入block，實際就是已經改變了做用域。在幾個做用域之間進行切換時，若是不加上這樣的限制，變量的可維護性將大大下降。又好比我想在block內聲明瞭一個與外部同名的變量，此時是容許呢仍是不容許呢？只有加上了這樣的限制，這樣的情景才能實現。

編譯器作了什麼？

通常使用的話，到這個程度已經足夠了。咱們已經知道了加上__block關鍵字以後，編譯器經過將外部變量同block一塊兒copy到了堆區，而且將「外部變量」在棧中的內存地址改成了堆中的新地址。
若是多問一個爲何？編譯器是怎麼作到這樣的呢？咱們經過clang將 OC 代碼轉換爲 C++ 文件：

clang -rewrite-objc 源代碼文件名

轉譯的時候遇到了幾個問題：

#import <UIKit/UIKit.h> ** ^** 1 error generated. 

經過Objective-C編譯成C++代碼報錯文中的方式能夠轉譯，可是又出現了新的問題;
2.clang: warning: using sysroot for 'iPhoneSimulator' but targeting 'MacOSX'
這個問題沒能解決，而後換了個思路轉譯，
新代碼以下

//坑爹的是NSLog都不能使用,否則會報NSLog錯誤。說白了仍是工具不熟悉，爲何會出現這個狀況都不清楚。有機會再看吧
int main() {
        int  a = 1;
        void(^testBlock)(void) = ^(void){
            
        };
        testBlock();
    
        __block int b = 2;
        void(^testBlockb)(void) = ^(void){
            b = 3;
        };
        testBlockb();
        return 0;
}

轉譯後代碼以下

int main() {
        int a = 1;

        void(*testBlock)(void) = ((void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA));
        ((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)testBlock)->FuncPtr)((__block_impl *)testBlock);





    __attribute__((__blocks__(byref))) __Block_byref_b_0 b = {(void*)0,(__Block_byref_b_0 *)&b, 0, sizeof(__Block_byref_b_0), 2};

        void(*testBlockb)(void) = ((void (*)())&__main_block_impl_1((void *)__main_block_func_1, &__main_block_desc_1_DATA, (__Block_byref_b_0 *)&b, 570425344));
        ((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)testBlockb)->FuncPtr)((__block_impl *)testBlockb);

        return 0;
}

代碼變的很長很長，咱們的目的是研究__block加上去以後編譯器的操做，精簡下就是

//加__block前的聲明變量是這樣的
int a = 1;
//加__block後的聲明變量是這樣的
__attribute__((__blocks__(byref))) __Block_byref_b_0 b = {
  (void*)0,
  (__Block_byref_b_0 *)&b, 
  0,
   sizeof(__Block_byref_b_0), 
  2};

能夠看到增長了__block修飾以後，編譯器作了很多工做，修飾詞中有__Block_byref_b_0重複出現，這是一個與block同樣的結構體類型的自動變量實例！！！！
此時咱們在block內部訪問val變量則須要經過一個叫__forwarding的成員變量來間接訪問val變量。
講__forwarding以前，須要先討論一下block的存儲域及copy操做。

1.Block的存儲域及copy操做

前面提到，block內部的做用域是在堆上的，而且調用變量時會將變量copy到堆上，那麼block自己是存儲在堆上仍是棧上呢？
咱們先來看看一個由C/C++/OBJC編譯的程序佔用內存分佈的結構：

實際上，block有三種類型，

• 全局塊(_NSConcreteGlobalBlock)
• 棧塊(_NSConcreteStackBlock)

• 堆塊(_NSConcreteMallocBlock)
  這三種block各自的存儲域以下圖：

• 簡而言之，存儲在棧中的Block就是棧塊、存儲在堆中的就是堆塊、既不在棧中也不在堆中的塊就是全局塊。（這聽起來彷佛與文章上半部分的說明有衝突呢？其實並否則）

那麼，咱們如何判斷這個block的存儲位置呢？
（1）Block不訪問外界變量（包括棧中和堆中的變量）
Block 既不在棧又不在堆中，在代碼段中，ARC和MRC下都是如此。此時爲全局塊。(_NSConcreteGlobalBlock)
（2）Block訪問外界變量
MRC 環境下：訪問外界變量的 Block 默認存儲棧中。
ARC 環境下：訪問外界變量的 Block 默認存儲在堆中（實際是放在棧區，而後ARC狀況下自動又拷貝到堆區），自動釋放。

ARC下，訪問外界變量的 Block爲何要自動從棧區拷貝到堆區呢？
棧上的Block，若是其所屬的變量做用域結束，該Block就被廢棄，如同通常的自動變量。固然，Block中的__block變量也同時被廢棄。以下圖：

爲了解決棧塊在其變量做用域結束以後被廢棄（釋放）的問題，咱們須要把Block複製到堆中，延長其生命週期。開啓ARC時，大多數狀況下編譯器會恰當地進行判斷是否有須要將Block從棧複製到堆，若是有，自動生成將Block從棧上覆制到堆上的代碼。Block的複製操做執行的是copy實例方法。Block只要調用了copy方法，棧塊就會變成堆塊。
以下圖：

在非ARC狀況下則須要開發者調用copy方法手動複製，因爲開發中幾乎都是ARC模式，因此手動複製內容再也不過多研究。
將Block從棧上覆制到堆上至關消耗CPU，因此當Block設置在棧上也可以使用時，就不要複製了，由於此時的複製只是在浪費CPU資源。
Block的複製操做執行的是copy實例方法。不一樣類型的Block使用copy方法的效果以下表：

根據表得知，Block在堆中copy會形成引用計數增長，這與其餘Objective-C對象是同樣的。雖然Block在棧中也是以對象的身份存在，可是棧塊沒有引用計數，由於不須要，咱們都知道棧區的內存由編譯器自動分配釋放。
無論Block存儲域在何處，用copy方法複製都不會引發任何問題。在不肯定時調用copy方法便可。

在ARC有效時，屢次調用copy方法徹底沒有問題：

blk = [[[[blk copy] copy] copy] copy];
// 通過屢次複製，變量blk仍然持有Block的強引用，該Block不會被廢棄。

2.__block變量與__forwarding

在copy操做以後，既然__block變量也被copy到堆上去了, 那麼訪問該變量是訪問棧上的仍是堆上的呢?__forwarding 終於要閃亮登場了，以下圖：

經過__forwarding, 不管是在block中仍是 block外訪問__block變量, 也無論該變量在棧上或堆上, 都能順利地訪問同一個__block變量。
值得注意的是，在ARC下，使用 __block 也有可能帶來的循環引用，

本文非原創，僅用來學習總結記錄用,參考文章：
1.iOS中__block 關鍵字的底層實現原理
2.iOS Block詳解
3.Objective-C中的Block