代码改变世界

Objective-C block

2012-02-03 12:11  curer  阅读(9877)  评论(6编辑  收藏

block 有什么意义,特点等等,这些东西,实在是太复杂了,这里只是简单的总结一下block的内存管理。而且也仅仅限于objective-C的部分

Block memory

block 的内存管理,应该是最头疼的地方,就用这个来自WWDC的例子来解释一下吧。

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当程序运行到这里时,stack 空间中有 shared 变量和 captured 变量。

这里可以看出,__block 变量开始是处于stack上的。

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当程序运行到这里时,stack 空间中有 shared 变量,captured 变量和block1。

这里可以看出,block 类型的变量开始时也是处在stack上的。

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当程序运行到这里时,stack 空间中有 shared 变量,captured 变量和block1。

这里值得注意的就是当我们直接修改stack 上的captured变量时,block1中的captured变量仍然是原来的数值10。事实上,从const 我们就可以看出,block1中的captured变量是不能被修改的而且是从stack原有变量的一个const 拷贝。在block1中访问的captured变量是const拷贝的,也就是说block1中captured = 10,而不是原有的stack上的值 20。当然,在block1中,我们也不能修改captured变量。

 

Copy block

block在一开始是处在stack上的,这是为了考虑到效率的原因,但是,有时候是需要block的生命周期长于一开始的stack,这时,我们就通过copy block 来将block复制到heap。

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当程序执行完 block2 = [block1 copy];时,__block 类型变量shared,被复制到了heap中,很显然,shared变量需要被block和block2共享(当然还有stack也要共享),而block2被移动到heap中,很可能生命周期会长于stack,所以,shared也被复制到了heap中。而block2中的captured 也被复制到了heap中。

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当程序执行完 block3 = [block2 copy];时, 我们看到的是,block2 和block3 其实指向的是同一片内存空间。事实上,block的数据结构中,保存了引用计数,而对于copy到heap中的block 再copy时,行为同普通对象retain一样,会使引用计数+1。那么如果我们对[block retain]会如何呢? 实际上什么都没有发生,至少在现在的runtime版本下。因为retain中,不仅有引用计数+1在,而且retain的返回值,必须同返回调用对象的地址一样,而block的地址是可能变化的(stack or heap),所以,这里retain的行为几乎是被忽略掉的。

当heap中的block变量先于stack被销毁时,如调用 [block2 release]; [block3 release];,heap中的block2,block3 由于引用计数为0 而被销毁,而 __block 变量shared则还在heap中,因为stack还要使用,block1 也要使用。

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当heap中的block变量晚于stack时,显然,stack 被清除,function中也啥都没了。

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最后,当block2 和block3 都被release之后。则恢复到最初状态

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block details

当我们写出一个Block literal expression

^ { printf("hello world\n"); }
事实上,编译器为我们生成了如下结构
struct __block_literal_1 {
    void *isa;
    int flags;
    int reserved; 
    void (*invoke)(struct __block_literal_1 *);
    struct __block_descriptor_1 *descriptor;
};void __block_invoke_1(struct __block_literal_1 *_block) {
    printf("hello world\n");
}static struct __block_descriptor_1 {
    unsigned long int reserved;
    unsigned long int Block_size;
} __block_descriptor_1 = { 0, sizeof(struct __block_literal_1)}; 当Block literal expression 使用时 __block_literal_1 则会被初始化为:struct __block_literal_1 _block_literal = {
    &_NSConcreteStackBlock,
    (1<<29), <uninitialized>,
    __block_invoke_1,
    &__block_descriptor_1
   };

下一个例子

int x = 10;
void (^vv)(void) = ^{printf("x is %d\n", x);};
x = 11;
vv();

编译器会生成如下结构
struct __block_literal_2{
    void *isa;
    int flags;
    int reserved;
    void (*invoke)(struct __block_literal_2 *);
    struct __block_descriptor_2 *descriptor;
    const int x;
};

void __block_invoke_2(struct __block_literal_2 *_block){
    printf("x is %d\n", _block->x);
}

void struct __block_descriptor_2{
    unsigned long int reserved;
    unsigned long int block_size;
}__block_descriptor_2 = {0, sizeof(struct __block_literal_2)};

struct __block_literal_2 __block_literal_2 = {
    &NSConcreteStackBlock,
    (1<<29),
    __block_invoke_2,
    &__block_descriptor_2,
    x
};

block中使用的普通变量(int, char *)导入是const copy。普通对象则会retain。__block 类型变量则什么不做,只是保存一个指针,全局变量也只是保存一个简单的指针。

当然,block 可能也会嵌套block,那么又会是什么样子?其实不复杂,复杂的只是增加了复制函数,和释放函数,这一点很像C++的拷贝构造函数,在必要时生成。

void (^existingBlock)(void) = …;

void (^vv)(void) = ^{existingBlock();};

vv();

struct __block_literal_3{
    ...;//esisting block
};

struct __block_literal_4{
    void *isa;
    int flags;
    int reserved;
    void (*invoke)(struct __block_literal_4 *);
    struct __block_literal_3 *const existingBlock;
};

void __block_invoke_4(struct __block_literal_3 *__block) {
   __block->existingBlock->invoke(__block->existingBlock);
}

void __block_copy_4(struct __block_literal_4 *dst, struct __block_literal_4 *src) {
     //_Block_copy_assign(&dst->existingBlock, src->existingBlock, 0);
     _Block_object_assign(&dst->existingBlock, src->existingBlock, BLOCK_FIELD_IS_BLOCK);
}

void __block_dispose_4(struct __block_literal_4 *src) {
     // was _Block_destroy
     _Block_object_dispose(src->existingBlock, BLOCK_FIELD_IS_BLOCK);
}

static struct __block_descriptor_4 {
    unsigned long int reserved;
    unsigned long int Block_size;
    void (*copy_helper)(struct __block_literal_4 *dst, struct __block_literal_4 *src);
    void (*dispose_helper)(struct __block_literal_4 *);
} __block_descriptor_4 = {
    0,
    sizeof(struct __block_literal_4),
    __block_copy_4,
    __block_dispose_4,
};

初始化

  struct __block_literal_4 _block_literal = {
    &_NSConcreteStackBlock,
    (1<<25)|(1<<29), <uninitialized>
    __block_invoke_4,
    & __block_descriptor_4
        existingBlock,
   };

 

__block storage variables

__block  变量是一种很特殊的数据类型,有自己的特有的数据结构

struct _block_byref_xxxx {
    void *isa;
    struct _block_byref_xxxx *forwarding;
    int flags;   //refcount;
    int size;
    // helper functions called via Block_copy() and Block_release()
    void (*byref_keep)(void  *dst, void *src); //需要时被生成
    void (*byref_dispose)(void *);//需要时被生成
    typeof(marked_variable) marked_variable;
};

看看__block 类型变量的使用

int __block i = 10;
i = 11;

struct _block_byref_i {
    void *isa;
    struct _block_byref_i *forwarding;
    int flags;   //refcount;
    int size;
    int captured_i;
} i = { NULL, &i, 0, sizeof(struct _block_byref_i), 10 };

i.forwarding->captured_i = 11;

 

显然,当block中增加了__block 类型变量之后,嵌套block 的拷贝函数也会增加对__block 变量的复制。

__block void (voidBlock)(void) = blockA;
voidBlock = blockB;

struct _block_byref_voidBlock {
    void *isa;
    struct _block_byref_voidBlock *forwarding;
    int flags;   //refcount;
    int size;
    void (*byref_keep)(struct _block_byref_voidBlock *dst, struct _block_byref_voidBlock *src);
    void (*byref_dispose)(struct _block_byref_voidBlock *);
    void (^captured_voidBlock)(void);
};

void _block_byref_keep_helper(struct _block_byref_voidBlock *dst, struct _block_byref_voidBlock *src) {
    //_Block_copy_assign(&dst->captured_voidBlock, src->captured_voidBlock, 0);
    _Block_object_assign(&dst->captured_voidBlock, src->captured_voidBlock, BLOCK_FIELD_IS_BLOCK | BLOCK_BYREF_CALLER);
}

void _block_byref_dispose_helper(struct _block_byref_voidBlock *param) {
    //_Block_destroy(param->captured_voidBlock, 0);
    _Block_object_dispose(param->captured_voidBlock, BLOCK_FIELD_IS_BLOCK | BLOCK_BYREF_CALLER)}

struct _block_byref_voidBlock voidBlock = {( .forwarding=&voidBlock, .flags=(1<<25), .size=sizeof(struct _block_byref_voidBlock *),
      .byref_keep=_block_byref_keep_helper, .byref_dispose=_block_byref_dispose_helper,
      .captured_voidBlock=blockA )};

voidBlock.forwarding->captured_voidBlock = blockB;

 

block中,引入了__block 会是什么情况

int __block i = 2;
functioncall(^{ i = 10; });
struct _block_byref_i {
    void *isa;  // set to NULL
    struct _block_byref_voidBlock *forwarding;
    int flags;   //refcount;
    int size;
    void (*byref_keep)(struct _block_byref_i *dst, struct _block_byref_i *src);
    void (*byref_dispose)(struct _block_byref_i *);
    int captured_i;
};


struct __block_literal_5 {
    void *isa;
    int flags;
    int reserved; 
    void (*invoke)(struct __block_literal_5 *);
    struct __block_descriptor_5 *descriptor;
    struct _block_byref_i *i_holder;
};

void __block_invoke_5(struct __block_literal_5 *_block) {
   _block->i_holder->forwarding->captured_i = 10;
}

void __block_copy_5(struct __block_literal_5 *dst, struct __block_literal_5 *src) {
     _Block_object_assign(&dst->i_holder, src->i_holder, BLOCK_FIELD_IS_BYREF | BLOCK_BYREF_CALLER);
}

void __block_dispose_5(struct __block_literal_5 *src) {
     _Block_object_dispose(src->i_holder, BLOCK_FIELD_IS_BYREF | BLOCK_BYREF_CALLER);
}

static struct __block_descriptor_5 {
    unsigned long int reserved;
    unsigned long int Block_size;
    void (*copy_helper)(struct __block_literal_5 *dst, struct __block_literal_5 *src);
    void (*dispose_helper)(struct __block_literal_5 *);
} __block_descriptor_5 = { 0, sizeof(struct __block_literal_5) __block_copy_5, __block_dispose_5 };


struct _block_byref_i i = {( .forwarding=&i, .flags=0, .size=sizeof(struct _block_byref_i) )};
struct __block_literal_5 _block_literal = {
    &_NSConcreteStackBlock,
    (1<<25)|(1<<29), <uninitialized>,
    __block_invoke_5,
    &__block_descriptor_5,
        2,
   };

 

block 中的太多细节这里不做赘述,有兴趣的可以参考Block—ABI-Apple,也可以直接这里去看。