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阿里、字节：一套高效的iOS面试题之Block

　由 孙亚洲 发布于 2020-09-17 2020-09-17T14:34:10+00:00
最后更新: 05-15 2024-05-15T02:31:49+00:00

前言

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block

这一篇我们来研究一下objc的block并回答一下面试中的下列问题:

1.block的内部实现，结构体是什么样的
2.block是类吗，有哪些类型
3.一个int变量被 __block 修饰与否的区别？block的变量截获
4.block在修改NSMutableArray，需不需要添加__block
5.怎么进行内存管理的
6.block可以用strong修饰吗
7.解决循环引用时为什么要用__strong、__weak修饰
8.block发生copy时机
9.Block访问对象类型的auto变量时，在ARC和MRC下有什么区别

在回答所有问题之前我们需要了解一些block背景相关的知识. 如下:

- 如何查看Block的内部实现,也就是说转换成背后真正的c/c++代码的block是什么样的？以及转换格式或者原理等.
-关于变量的作用域

Objective-C 转 C++的方法

下面我写了个示例TestClass.m类其中block代码如下

OC代码:

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@interface TestClass ()
@end

@implementation TestClass
- (void)testMethods {
    void (^blockA)(int a) = ^(int a) {
        NSLog(@"%d",a);
    };
    if (blockA) {
        blockA(1990);
    }
}
@end

经过上述转换操作我们在TestClass.cpp中最下面发现如下代码

C++代码

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// @interface TestClass ()
/* @end */


// @implementation TestClass


struct __TestClass__testMethods_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __TestClass__testMethods_block_desc_0* Desc;
  __TestClass__testMethods_block_impl_0(void *fp, struct __TestClass__testMethods_block_desc_0 *desc, int flags=0) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};

static void __TestClass__testMethods_block_func_0(struct __TestClass__testMethods_block_impl_0 *__cself, int a) {

        NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_wx_b8tcry0j24dbhr7zlzjq3v340000gn_T_TestClass_ee18d3_mi_0,a);
    }

static struct __TestClass__testMethods_block_desc_0 {
  size_t reserved;
  size_t Block_size;
} __TestClass__testMethods_block_desc_0_DATA = { 0, sizeof(struct __TestClass__testMethods_block_impl_0)};

static void _I_TestClass_testMethods(TestClass * self, SEL _cmd) {
    void (*blockA)(int a) = ((void (*)(int))&__TestClass__testMethods_block_impl_0((void *)__TestClass__testMethods_block_func_0, &__TestClass__testMethods_block_desc_0_DATA));
    if (blockA) {
        ((void (*)(__block_impl *, int))((__block_impl *)blockA)->FuncPtr)((__block_impl *)blockA, 1990);
    }
}

上面的代码生成是通过如下操作:

打开终端，cd到TestClass.m所在文件夹,使用如下命令

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clang -rewrite-objc TestClass.m

就会在当前文件夹内自动生成对应的TestClass.cpp文件

注意: 如果提示clang没有的话 需要安装, 输入如下

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   brew install clang-format
   或者
   brew link clang-forma
   然后输入 下面命令测试是否好使
   clang-format --help

通过上述代码我们发现Block的其实是一个结构体类型

底层实现 会根据 __类名__方法名_block_impl_下标 (0代表这个方法或者这个类中第0个block 下面如果还有将会 第1个block 第2个…)

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struct __类名__方法名_block_impl_下标

关于变量的作用域

c语言的函数中可能使用的参数变量种类

  • 参数类型
  • 自动变量(局部变量)
  • 静态变量(静态局部变量)
  • 静态全局变量
  • 全局变量

由于存储区域特殊,这其中有三种变量是可以在任何时候以任何状态调用的.

  • 静态变量
  • 静态全局变量
  • 全局变量

而其他两种,则是有各自相应的作用域,超过作用域后,会被销毁.

1.block的内部实现，结构体是什么样的

看了上面的背景知识我们来回到一下这个问题

block的内部实现如下:

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struct __TestClass__testMethods_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl; //成员变量
  struct __TestClass__testMethods_block_desc_0* Desc; //desc 结构体声明
  // 构造函数
  // fp 函数指针
  // desc 静态全局变量初始化的 __main_block_desc_ 结构体实例指针
  // flags block 的负载信息(引用计数和类型信息),按位存储.
  __TestClass__testMethods_block_impl_0(void *fp, struct __TestClass__testMethods_block_desc_0 *desc, int flags=0) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};
//将来被调用的block内部的代码：block值被转换为C的函数代码
//这里，*__cself 是指向Block的值的指针，也就相当于是Block的值它自己(相当于C++里的this，
OC里的self)
//__cself 是指向__TestClass__testMethods_block_impl_0结构体实现的指针
//Block结构体就是__TestClass__testMethods_block_impl_0结构体.Block的值就是通过__TestClass__testMethods_block_impl_0构造出来的
static void __TestClass__testMethods_block_func_0(struct __TestClass__testMethods_block_impl_0 *__cself, int a) {
	NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_wx_b8tcry0j24dbhr7zlzjq3v340000gn_T_TestClass_9f58f7_mi_0,a);
}

static struct __TestClass__testMethods_block_desc_0 {
  size_t reserved;
  size_t Block_size;
} __TestClass__testMethods_block_desc_0_DATA = { 0, sizeof(struct __TestClass__testMethods_block_impl_0)};

static void _I_TestClass_testMethods(TestClass * self, SEL _cmd) {
    void (*blockA)(int a) = ((void (*)(int))&__TestClass__testMethods_block_impl_0((void *)__TestClass__testMethods_block_func_0, &__TestClass__testMethods_block_desc_0_DATA));
    if (blockA) {
        ((void (*)(__block_impl *, int))((__block_impl *)blockA)->FuncPtr)((__block_impl *)blockA, 1990);
    }
}

可以看得出来__TestClass__testMethods_block_impl_0有3个部分组成

  • impl 函数指针指向__TestClass__testMethods_block_impl_0

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      struct __block_impl {
    void *isa;
    int Flags;
    int Reserved;  //今后版本升级所需的区域
    void *FuncPtr; //函数指针
  };

  • Desc 指向__TestClass__testMethods_block_impl_0的Desc指针,用于描述当前这个block的附加信息的，包括结构体的大小等等信息.

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      static struct __TestClass__testMethods_block_desc_0 {
    size_t reserved; //今后升级版本所需区域
    size_t Block_size; //block的大小
  } __TestClass__testMethods_block_desc_0_DATA = { 0, sizeof(struct __TestClass__testMethods_block_impl_0)};

  • __TestClass__testMethods_block_impl_0()构造函数,也就是该block的具体实现

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      __TestClass__testMethods_block_impl_0(void *fp, struct __TestClass__testMethods_block_desc_0 *desc, int flags=0) {
  impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
  impl.Flags = flags;
  impl.FuncPtr = fp;
  Desc = desc;
  }

    此结构体中

    • isa指针保持这所属类的结构体的实例的指针.
    • struct __TestClass__testMethods_block_impl_0相当于Objective-C类对象的结构体
    • _NSConcreteStackBlock相当于Block的结构体实例,也就是说block其实就是Objective-C对于闭包的对象实现

讲到这里block的内部实现你看懂了吗?结构体是什么样的你记住了吗? 其实看着繁琐 细心观察代码会发现还是比较简单的.

2.block是类吗，有哪些类型?

block也算是个类,因为它有isa指针,block.isa的类型包括

  • _NSConcreteGlobalBlock 跟全局变量一样,设置在程序的数据区域(.data)中
  • _NSConcreteStackBlock栈上(前面讲的都是栈上的 block)
  • _NSConcreteMallocBlock 堆上

这个isa可以按位运算

3.一个int变量被 __block 修饰与否的区别？block的变量截获

被__block 修饰与否的区别

用一段示例代码来解答这个问题吧:

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__block int a = 10;
int b = 20;
    
PrintTwoIntBlock block = ^(){
    a -= 10;
    printf("%d, %d\n",a,b);
};
    
block();//0 20
    
a += 20;
b += 30;
    
printf("%d, %d\n",a,b);//20 50
    
block();/10 20

通过__block修饰int a,block体中对这个变量的引用是指针拷贝,它会作为block结构体构造参数传入到结构体中且复制这个变量的指针引用，从而达到可以修改变量的作用.

int b没有被__block修饰,block内部对b是值copy.所以在block内部修改b不影响外部b的变化.

block的变量截获

通过如下代码我们来观察要一下变量的捕获

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blk_t blk;
{
    id array = [NSMutableArray new];
    blk = [^(id object){
        [array addObject:object];
        NSLog(@"array count = %ld",[array count]);
    } copy];
}
blk([NSObject new]);
blk([NSObject new]);
blk([NSObject new]);

输出打印

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block_demo[28963:1629127] array count = 1
block_demo[28963:1629127] array count = 2
block_demo[28963:1629127] array count = 3

我们把上面的代码翻译成C++看下

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struct __main_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __main_block_desc_0* Desc;
  id array;//截获的对象
  __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, id _array, int flags=0) : array(_array) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};

在Objc中，C结构体里不能含有被__strong修饰的变量，因为编译器不知道应该何时初始化和废弃C结构体。但是Objc的运行时库能够准确把握Block从栈复制到堆，以及堆上的block被废弃的时机，在实现上是通过__TestClass__testMethods_block_copy_0函数和__TestClass__testMethods_block_dispose_0函数进行的

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static void __TestClass__testMethods_block_copy_0(struct __TestClass__testMethods_block_impl_0*dst, struct __TestClass__testMethods_block_impl_0*src) {
    _Block_object_assign((void*)&dst->array, (void*)src->array, 3/*BLOCK_FIELD_IS_OBJECT*/);
}  
static void __TestClass__testMethods_block_dispose_0(struct __TestClass__testMethods_block_impl_0*src) {
    _Block_object_dispose((void*)src->array, 3/*BLOCK_FIELD_IS_OBJECT*/);
}
  • _Block_object_assign相当于retain操作,将对象赋值在对象类型的结构体成员变量中.
  • _Block_object_dispose相当于release操作.

这两个函数调用的时机是在什么时候呢？

函数被调用时机
__TestClass__testMethods_block_copy_0 从栈复制到堆时
__TestClass__testMethods_block_dispose_0 堆上的Block被废弃时
什么时候栈上的Block会被复制到堆呢？
  • 调用block的copy函数时。
  • Block作为函数返回值返回时。
  • 将Block赋值给附有__strong修饰符id类型的类或者Block类型成员变量时。
  • 方法中含有usingBlock的Cocoa框架方法或者GCD的API中传递Block时。
什么时候Block被废弃呢？
  • 堆上的Block被释放后,谁都不再持有Block时调用dispose函数。

以上就是变量被block捕获的内容

4.block在修改NSMutableArray，需不需要添加__block

  • 如修改NSMutableArray的存储内容的话,是不需要添加__block修饰的。
  • 如修改NSMutableArray对象的本身,那必须添加__block修饰。

5.怎么进行内存管理的?

在上面Block的构造函数__TestClass__testMethods_block_impl_0中的isa指针指向的是&_NSConcreteStackBlock，它表示当前的Block位于栈区中.

block内存操作存储域/存储位置copy操作的影响
_NSConcreteGlobalBlock程序的数据区域什么也不做
_NSConcreteStackBlock栈从栈拷贝到堆
_NSConcreteMallocBlock堆引用计数增加
  • 全局Block:_NSConcreteGlobalBlock的结构体实例设置在程序的数据存储区，所以可以在程序的任意位置通过指针来访问，它的产生条件:
    • 记述全局变量的地方有block语法时.
    • block不截获的自动变量.

    以上两个条件只要满足一个就可以产生全局Block. 参考

  • 栈Block:_NSConcreteStackBlock在生成Block以后，如果这个Block不是全局Block,那它就是栈Block,生命周期在其所属的变量作用域内.(也就是说如果销毁取决于所属的变量作用域).如果Block变量和__block变量复制到了堆上以后，则不再会受到变量作用域结束的影响了，因为它变成了堆Block.
  • 堆Block:_NSConcreteMallocBlock将栈block复制到堆以后，block结构体的isa成员变量变成了_NSConcreteMallocBlock。

6.block可以用strong修饰吗?

在ARC中可以，因为在ARC环境中的block只能在堆内存或全局内存中，因此不涉及到从栈拷贝到堆中的操作.

在MRC中不行,因为要有拷贝过程.如果执行copy用strong的话会crash, strong是ARC中引入的关键字.如果使用retain相当于忽视了block的copy过程.

7.解决循环引用时为什么要用__strong、__weak修饰?

首先因为block捕获变量的时候 结构体构造时传入了self,造成了默认的引用关系,所以一般在block外部对操作对象会加上__weak,在Block内部使用__strong修饰符的对象类型的自动变量，那么当Block从栈复制到堆的时候，该对象就会被Block所持有,但是持有的是我们上面加了__weak所以行程了比消此长的链条,刚好能解决block延迟销毁的时候对外部对象生命周期造成的影响.如果不这样做很容易造成循环引用.

8.block发生copy时机?

在ARC中,编译器将创建在栈中的block会自动拷贝到堆内存中,而block作为方法或函数的参数传递时,编译器不会做copy操作.

  • 调用block的copy函数时。
  • Block作为函数返回值返回时。
  • 将Block赋值给附有__strong修饰符id类型的类或者Block类型成员变量时。
  • 方法中含有usingBlock的Cocoa框架方法或者GCD的API中传递Block时。

9.Block访问对象类型的auto变量时，在ARC和MRC下有什么区别?

ARC下会对这个对象强引用，MRC下不会

详细请参考

iOS, 系统理论实践
Algorithm Objective-C
该博客文章由作者通过 CC BY 4.0 进行授权。
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