block本质探寻一之内存结构

一、代码——命令行模式

//main.m

#import <Foundation/Foundation.h>

struct __block_impl {
    void *isa;
    int Flags;
    int Reserved;
    void *FuncPtr;
};

struct __main_block_desc_0 {
    size_t reserved;
    size_t Block_size;
};

struct __main_block_impl_0 {
    struct __block_impl impl;
    struct __main_block_desc_0* Desc;
    int age;
};

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
//        ^{
//            NSLog(@"This is a block");
//        }();
        
        int age = 10;
        void (^block)(int, int) = ^(int a, int b){
            NSLog(@"This is a block:%d", age);
            NSLog(@"a:%d b:%d", a, b);
        };
        
        struct __main_block_impl_0 *blockStruct = (__bridge struct __main_block_impl_0 *)block;
        

         block(20, 30);

    }
    return 0;
}

分析：以下代码的前提，因为我们知道block底层的构造就是上述结构体的构造，桥接的目的就是展示这样的结构体内部是怎样的；

struct __main_block_impl_0 *blockStruct = (__bridge struct __main_block_impl_0 *)block;

二、调试

//lldb模式

1）第一个断点

 

 2）第二个断点

 

3）转入汇编

 

 

4）汇编界面

 

 

分析：

1）我们发现内部变量的层次感：

第一层：包含impl、Desc、age；

第二层：impl包含isa、Flags、Reserved、FuncPtr；

2）block大括号内部的代码的第一行的地址跟FuncPtr指针指向的地址是一样的，那么block大括号内的代码是如何存放的，跟FuncPtr指针有什么关系？往下看；

 

 三、将main.m文件转成底层实现代码（即C++代码）

1）命令行：xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m

 

说明：警告不用管； 

 

2）找到main.cpp文件

 

3）拖入文件并打开

说明：不对mian.cpp文件编译的目的是，自己可以任意对该文件的代码操作而不报错； 

 

  

 

 说明：

1）上面两张图中，1、2、3是一一对应关系（1：为block要引用的外部变量；2：定义的block；3：调用block）；

2）在2处，本人把一些强制转换去除了（如：void (*)等），便于阅读；

四、底层代码分析

1）block结构体（对2的分析）

很明显，block是一个指针，指向__main_block_impl_0，那__main_block_impl_0又是什么呢，往下看；

struct __main_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __main_block_desc_0* Desc;
  int age;
  __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, int _age, int flags=0) : age(_age) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};

__main_block_impl_0是个结构体，内部成员变量有__block_impl类型的结构体变量，__main_block_desc_0类型的结构体变量，外部应用变量，以及一个__main_block_impl_0方法（该方法名跟所在的结构体名称相同，为C++的一个构造方法，类似于init方法）；

<1>__block_impl

struct __block_impl {
  void *isa;
  int Flags;
  int Reserved;
  void *FuncPtr;
};

该结构体有四个成员变量，这跟上述lldb模式下显示的成员变量相同，而第一个成员变量为isa指针，我们知道这是oc对象（实例、类、元类）的专属标志，很显然__main_block_impl_0是一个oc对象，而oc对象的本质就是在内存中为结构体，此处完全吻合；

<2>__main_block_desc_0

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)};

该结构体有两个成员变量，同时定义了一个结构体变量并对其赋值，reserved赋值为0，Block_size赋值为__main_block_impl_0即block的内存大小；

<3>__main_block_impl_0构造函数

__main_block_impl_0在main 函数中传了三个参数：

//__main_block_func_0参数

static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself, int a, int b) {
  int age = __cself->age; // bound by copy

            NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_tb_zgsq5gq15rd3zvbdmw1c09y80000gn_T_main_51dde3_mi_0, age);
            NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_tb_zgsq5gq15rd3zvbdmw1c09y80000gn_T_main_51dde3_mi_1, a, b);
        }

很显然，__main_block_func_0函数存放的是block大括号里面的代码，而该函数是直接赋值给__main_block_impl_0构造函数的第一个参数fp指针，而fp又赋值给__block_impl结构体中的FuncPtr变量，因此，回顾上述lldb模式，FuncPtr指针存放的地址跟37号断点处转入汇编模式显示的首地址是一样的，结合此处，可以肯定，FuncPtr变量指向block大括号内的代码，该代码存放在内存中的分配好的函数中（__main_block_func_0）；

//__main_block_desc_0_DATA参数

__main_block_desc_0_DATA是一个结构体，包含了block的内存大小，最终赋值给__main_block_desc_0结构体类型变量Desc；

//age直接赋值给_age

构造函数中的第四个参数flags默认设置为0；

 

2）block调用（对3的分析）

block调用代码可以简化成以下代码

(__block_impl *)block->FuncPtr(block, 20, 30);

<1>参数：经上述分析，我们知道FuncPtr指向block大括号内的代码块即__main_block_func_0函数，该函数共有三个参数，block本身，和两个int类型变量，实参与形参一一对应，这点没问题；

<2>强引用：因为block是一个结构体指针，其引用结构体变量只能通过"->"形式引用（如果是结构体变量非指针，则可以通过点（.）引用——此处是C语言语法知识，稍啰嗦了点！）；

但是FuncPtr并不是block（即__main_block_impl_0）结构体的成员变量，为什么能直接引用，而不应该是block->impl.FuncPtr吗？

我们看到block进行了强制转换(__block_impl *)，而__block_impl结构体中是存在FuncPtr变量的，但这完全是两个不同的结构体，也不能强制转换引用啊？

我们可以看到，__block_impl结构体在__main_block_impl_0结构体中是第一个成员变量类型，即__main_block_impl_0的首地址其实就是__block_impl结构体的首地址，也就是说，__main_block_impl_0结构体的地址是从isa指针变量开始的，即__main_block_impl_0结构体在__block_impl结构体的大小范围内跟__block_impl结构体是完全重合的（其实就是同一片内存），只不过__main_block_impl_0结构体大小要比__block_impl结构体大——因此，经过强制转换后block完全可以直接引用FuncPtr成员变量；

 

五、结论

【1】block本质是一个oc对象，以结构体形式存放在内存中；block本身是一个指针，存放的是该结构体的内存地址（可以把block理解成函数名——函数名也是指针，指向函数的入口地址）；

【2】block大括号内的代码存放在固定的函数中，该函数的入口地址存放在block结构体的成员变量指针（FuncPtr）中；

【3】block结构体分为函数调用结构体变量impl（包含isa指针变量、函数调用指针变量）、信息描述结构体指针变量Desc（包含block内存大小成员变量）、外部引用变量（age），以及构造函数；

如下图所示（构造函数没有写出来，size即为block内存大小）：

 

 

 

GitHub