iOS原理篇（五）：Block探究

Block原理
Block变量捕获
Block类型
copy操作和Block内部访问对象类型的变量
__block修改变量及其本质
__block内存管理
Block循环引用问题

Block是一种可以在C、C++以及Objective-C代码中使用，类似于“闭包（closure）”的代码块，借助Block机制，开发者可以将代码像对象一样在不同的上下文环境中进行传递。
（这里说的不同上下文环境，我举个例子：比如在A函数中定义了一个变量，它是一个局部变量，那么我要在B函数中去访问，这里就属于两个不同的上下文环境）

一、`Block`原理

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        int age = 20;
        void (^block)(int,int) = ^(int a, int b){
            NSLog(@"a = %d, b = %d, age = %d",a,b,age);
        };
        block(3,5);
    }
    return 0;
}

将上面main.m编译生成C++代码：

xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m

main()函数

int main(int argc, const char * argv[]) {
    /* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool; 
        int age = 20;
        void (*block)(int,int) = ((void (*)(int, int))&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, age));
        ((void (*)(__block_impl *, int, int))((__block_impl *)block)->FuncPtr)((__block_impl *)block, 3, 5);
    }
    return 0;
}

__main_block_impl_0结构体

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;
  }
};

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

struct __maib_block_desc_0 {
    size_t reserved;
    size_t Block_size;
};

我们定义block变量，其实下面这句代码：

void (*block)(int,int) = ((void (*)(int, int))&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, age));

就是调用结构体__main_block_impl_0内部的构造函数初始化一个结构体出来，然后取结构体地址&__main_block_impl_0赋给block指针，所以block底层是下面结构体；调用构造函数传了三个参数：
(void *)__main_block_func_0、&__main_block_desc_0_DATA、age

其中(void *)__main_block_func_0是下面函数的地址，这个函数就是封装了block执行逻辑的函数，通过上面的构造函数传给__block_impl结构体的FuncPtr：

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__h_yv1h9mrx1155q6tq7brn8b9m0000gp_T_main_b54551_mi_0,a,b,age);
}

同样，第二个参数类型&__main_block_desc_0_DATA是下面结构体地址，最终通过构造函数赋给了Desc，其中Block_size表示block结构体的大小;

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)};

在main()函数中调用block(3, 5)最终转化为下面代码，通过将block强制转换为__block_impl（这里__block_impl类型是__main_block_impl_0结构体第一个成员，所以可以转），最终直接找到impl中的FuncPtr进行调用

((void (*)(__block_impl *, int, int))((__block_impl *)block)->FuncPtr)((__block_impl *)block, 3, 5);

二、`Block`变量捕获

Block变量捕获是指在Block内部访问外部变量时，如果外部变量是局部变量，则Block内部会将其捕获，具体捕获形式看外部的这个局部变量是auto类型还是static类型：
如果是auto类型，直接将变量的值传递给Block内部，Block结构体内部会生成一个变量来存储传进来的值，所以在Block外边改变age=20，调用block()时内部打印的结果依然是age=10，因为此时进行的是值传递；
如果是static类型，会将变量的地址传递给Block内部，block结构体内部会生成一个指针变量来存储传进来的地址值，所以在block外边改变height=20，调用block()时内部打印的结果是height=20,因为此时进行的是指针传递；

下面进行验证：

局部变量两种情况：

// 局部变量两种情况
int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        // case-1: auto变量，离开作用域就销毁
        auto int age = 10; //等价于 int age = 10;
        // case-2: static变量
        static int height = 10;
        
        void (^block)(void) = ^{
            NSLog(@"age is %d, height is %d",age, height);
        };
        age = 20;
        height = 20;
        
        block();
    }
    return 0;
}

打印结果：

age is 10, height is 20

编译成C++:

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

从编译生成的结构体看出，age是值传递，height是指针传递；定义完block就将10和&height捕获到block内部，后边调用block时访问的结构体内部age是捕获到的值10，height是捕获到的地址&height；

全局变量：因为是在全局区，所以任何函数内部可以直接访问

总结一下：

Block的本质：Block本质上也是一个OC对象，它内部也有个isa指针，但它是一个封装了函数调用以及函数调用环境的OC对象;

三、`Block`类型

Block有三种类型，可以通过调用class方法或者isa指针查看具体类型，最终都是继承自NSBlock类型：

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        void (^block)(void) = ^{
            NSLog(@"Hello World!");
        };
        
        NSLog(@"%@",[block class]);
        NSLog(@"%@",[[block class] superclass]);
        NSLog(@"%@",[[[block class] superclass] superclass]);
        NSLog(@"%@",[[[[block class] superclass] superclass] superclass]);
    }
    return 0;
}

打印结果：
05-block类型[46881:69217078] __NSGlobalBlock__
05-block类型[46881:69217078] __NSGlobalBlock
05-block类型[46881:69217078] NSBlock
05-block类型[46881:69217078] NSObject

三种类型：

__NSGlobalBlock__ (_NSConcreteGlobalBlock)
__NSStackBlock__ （_NSConcreteStackBlock）
__NSMallocBlock__ （_NSConcreteMallocBlock）

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        void (^block1)(void) = ^{
            NSLog(@"Hello");
        };
        int age = 10;
        void (^block2)(void) = ^{
            NSLog(@"Hello - %d", age);
        };
        NSLog(@"%@ %@ %@",[block1 class], [block2 class], [^{
            NSLog(@"%d",age);
        } class]);
    }
    return 0;
}

打印结果：
05-block类型[47475:69339707] __NSGlobalBlock__ __NSMallocBlock__ __NSStackBlock__

那不同类型Block分别对应什么情况呢？

static int height = 30;
int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        
        // 没有访问外部变量
        void (^block1)(void) = ^{
            NSLog(@"--------------");
        };
        
        // 访问 auto 变量
        int age = 10;
        void (^block2)(void) = ^{
            NSLog(@"--------------%d", age);
        };
        
        // 访问 static 变量
        void (^block3)(void) = ^{
            NSLog(@"=-------------%d", height);
        };
        
        NSLog(@"%@ %@ %@",[block1 class], [block2 class], [block3 class]);
    }
    return 0;
}

打印结果：
05-block类型[48630:69576321] __NSGlobalBlock__ __NSMallocBlock__ __NSGlobalBlock__

可以看出，在没有访问外部变量的情况下，block1是一个__NSGlobalBlock__类型，存放在数据区，此时的block1就相当于我们定一个了一个函数，函数中的代码没有访问另外一个函数（此处为main()）中的变量；同理，block3虽然访问外部变量，但static变量是全局的，同样相当于单独拿出去定义一个和main()函数上下文无关的函数；
由于block2访问了auto变量，相当于在block2封装的函数中访问了另外一个函数内部的变量（main()函数中的局部变量age），此时block2变为__NSStackBlock__，因为它需要保存这个局部变量，由于是在ARC环境，会自动对__NSStackBlock__类型进行copy操作，所以 block2打印类型是一个 __NSMallocBlock__类型；

关闭ARC在MRC环境下打印：

打印结果：
05-block类型[49786:69814242] __NSGlobalBlock__ __NSStackBlock__ __NSGlobalBlock__

可以看出block2确实是一个__NSStackBlock__类型；

四、`copy`操作和`Block`内部访问对象类型的变量

`copy`操作分`MRC`和`ARC`两种情况：

MRC环境：

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        
        int age = 10;
        
        // 情况一：没有访问外部 auto 变量
        // 它是一个 NSGlobalBlock
        // 内存是放在数据段
        void (^block)(void) = ^{
            NSLog(@"---------");
        };
        

        // 情况二：访问外部 auto 变量 age
        // 它是一个 NSStackBlock 随时会被回收
        // 内存是在栈上
        // 通过 copy 操作转变为 NSMallocBlock 把它放到堆上保活
        void (^block2)(void) = [^{
            NSLog(@"---------%d",age);
        } copy];
        
        // 因为在 MRC 环境 不用时要进行 release 操作
        [block2 release];
    
    }
    return 0;
}

ARC环境:
在ARC环境下，编译器会根据情况自动将栈上的Block拷贝到堆上，即自动进行一次copy操作，比如以下情况：

情况一：Block作为函数返回值

// 定义一个block类型
typedef void (^DJTBlock)(void);

// block作为函数返回值
DJTBlock myblock()
{
    // case1: 这里没有访问auto变量 是一个NSGlobalBlock
    return ^{
        NSLog(@"------------");
    };
    // 相当于下面这样写
    // DJTBlock block = ^{
    //   NSLog(@"------------");
    // };
    // return block;
    
    //-----------------------------------------------------------------
    
    // case2: 这里访问了auto 是一个NSSackBlock 作为函数返回值ARC下自动copy成NSMallocBlock
    // int age = 10;
    // return ^{
    //   NSLog(@"------------%d",age);
    // };
}


int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        
        // ARC环境下 调用myblock()函数
        // DJTBlock作为myblock函数的返回值 编译器自动进行一次 copy 操作
        // 所以 block变量指向的 DTJBlock 此时已经在堆上
        DJTBlock block = myblock();
        block();
        
        // 打印 block 类型
        NSLog(@"%@",[block class]);
    
    }
    return 0;
}

打印结果：
05-block--copy[64907:9167520] ------------
05-block--copy[64907:9167520] __NSGlobalBlock__

打印结果是一个NSGlobalBlock类型，这是因为在函数my block()内部没有访问auto变量（上面block类型有阐述），而对NSGlobalBlock类型的Block执行copy操作生成的Block还是NSGlobalBlock，所以如果将返回改为myblock()函数内注释部分，就会打印__NSMallocBlock__。

情况二：将Block赋值给__strong强指针时

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        
        int age = 10;
        // Block被强指针指着
        DJTBlock block = ^{
            NSLog(@"------------%d",age);
        };
        block();
       
        // 打印 block 类型
        NSLog(@"%@",[block class]);
    }
    return 0;
}

打印结果：
05-block--copy[69520:9293376] ------------10
05-block--copy[69520:9293376] __NSMallocBlock__

情况三：Block作为Cocoa API 中方法各含有usingBlock的方法参数时：

NSArray *array = @[];
[array enumerateObjectsUsingBlock:^(id  _Nonnull obj, NSUInteger idx, BOOL * _Nonnull stop) {

}];

这个参数Block也是一个堆上的block;

情况四：Block作为GCD API的方法参数时:

static dispatch_once_t onceToken;
dispatch_once(&onceToken, ^{
            
});
    
dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(1.0*NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
            
});

`Block`内部访问对象类型的变量

先看一个有趣的现象：

// DJTPerson.h
@interface DJTPerson : NSObject
@property(nonatomic, assign) int age;
@end

// DJTPerson.m
@implementation DJTPerson
- (void)dealloc
{
    NSLog(@"DJTPerson----dealloc");
}
@end

// main.m
#import "DJTPerson.h"

typedef void (^DJTBlock)(void);
int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        {
            DJTPerson *person = [[DJTPerson alloc] init];
            person.age = 10;
        }
        NSLog(@"-----------------");// 打断点
    }
    return 0;
}

在上面NSLog(@"-----------------");处打断点，运行程序发现控制台打印:

05-block访问对象类型的auto变量[77563:9561984] DJTPerson----dealloc
(lldb)

说明在断点前的中括号结束，person变量就已经释放，接着我们定义一个block，在内部访问person的age属性：

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        
        DJTBlock block;
        
        {
            DJTPerson *person = [[DJTPerson alloc] init];
            person.age = 10;
            
            block = ^{
                NSLog(@"-----------%d",person.age);
            };
        }
        
        NSLog(@"-----------------");// 打断点
        
    }
    return 0;
}

通用在NSLog(@"-----------------");处打断点，运行程序发现控制台无打印，说明person没被回收。

为什么被第二种情况下person没有被回收呢？为了验证我们将代码简化并编译成C++来进行底层原理分析：

typedef void (^DJTBlock)(void);

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        
        DJTPerson *person = [[DJTPerson alloc] init];
        person.age = 10;
        
        DJTBlock block = ^{
            NSLog(@"-----------%d",person.age);
        };
    }
    return 0;
}

日常操作命令：

xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m

在编译生成的C++文件中查看生成的block结构体：

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

由于person是DJTPerson *类型，所以捕获到block内部也是DJTPerson *类型，即struct __main_block_impl_0结构体内部可以看到有一个DJTPerson *类型变量person；下面先从一个角度理解为什么person没有被释放：

在上面代码中，我们定义的Block是被一个DJTBlock类型的变量block强引用的，即这句代码：

DJTBlock block = ^{
   NSLog(@"-----------%d",person.age);
};

在ARC环境下，被强引用的这个Block（访问了auto变量）会自动拷贝到堆上，而这个Block内部（编译成C++即为struct __main_block_impl_0结构体）又有一个DJTPerson*类型的指针指向外面这个person对象，所以只要这个Block在，那么这个强指针就在，所以外边的person对象不会被释放；

换成MRC环境：

// DJTPerson.h
@interface DJTPerson : NSObject
@property(nonatomic, assign) int age;
@end

// DJTPerson.m
@implementation DJTPerson
- (void)dealloc
{
   [super dealloc];
    NSLog(@"DJTPerson----dealloc");
}
@end

// main.m
#import "DJTPerson.h"

typedef void (^DJTBlock)(void);
int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        DJTBlock block;
        {
            DJTPerson *person = [[DJTPerson alloc] init];
            person.age = 10;
            
            block = ^{
                NSLog(@"-----------%d",person.age);
            };
            
            [person release];
        }
        NSLog(@"---------------");// 打断点
    }
    return 0;
}

依然在NSLog(@"---------------");打断点，发现控制台打印结果：

05-block访问对象类型的auto变量[83896:9803518] DJTPerson----dealloc

发现person被释放，这是因为即使block内部访问了person对象，MRC环境下，block内部访问了auto变量，它是一个栈上block，但并不会自动拷贝到堆上，由于它是一个NSStackBlock，内部并不会对外部person强引用（这里说强引用并不准确，在MRC环境没有强引用说法，应该描述为没有对外边person进行retain操作，但为了好理解 so...），所以在执行完[person release]以后，虽然Block还没有离开其作用域（Block作用域到return 0;前到大括号），但person就被释放；可以通过[block copy]将其复制到堆上，这样内部就会对外边的person强引用(其实是retain操作)从而保活person，当然在Block销毁的时候，内部对person还会进行一次release操作，这样一加一减，就保持了平衡；

要点：栈空间的Block（NSStackBlock）是不会对外边auto对象进行保活（ARC环境表现为不会强引用，MRC下表现为不会进行retain操作），只有拷贝到堆上（NSMallocBlock）才会对其自动保活。

回到ARC环境：
看一下__weak作用：

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        
        DJTBlock block;
        {
            DJTPerson *person = [[DJTPerson alloc] init];
            person.age = 10;
            
            // 这里使用 __weak 修饰
            __weak DJTPerson *weakPerson = person;
            block = ^{
                NSLog(@"-----------%d",weakPerson.age);
            };
            
        }
        NSLog(@"---------------"); // 打断点
    }
    return 0;
}

依然在NSLog(@"---------------");处打断点，打印结果为：

05-block访问对象类型的auto变量[87323:9930285] DJTPerson----dealloc

这说明，即使在ARC环境，Block被拷贝到堆上，由于我们用__weak类型的__weakPerson访问了外部auto变量，它也不会对外部person进行强引用。

同样我们把上述代码编译成C++，由于弱引用需要运行时机制来支持，所以我们不能进行静态编译，还需要运行时调用，指定运行时系统版本，所以编译命令如下：

xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc -fobjc-arc -fobjc-runtime=ios-8.0.0 main.m

在生成的C++代码中找到__main_block_impl_0结构体，发现是一个弱引用：

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

总结一下：

Block在栈上，无论 ARC、MRC环境，block内部都不会对外部对象类型的auto变量产生强引用，就算Block内部生成强指针，也不会对外部person产生强引用，因为Block自己就在栈上，随时可能被销毁；
Block在堆上：
在ARC环境下，访问外部对象类型的auto变量，编译后：

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

在 __main_block_desc_0结构体中，多了两个函数：__main_block_copy_0和__main_block_dispose_0

static struct __main_block_desc_0 {
  size_t reserved;
  size_t Block_size;
  void (*copy)(struct __main_block_impl_0*, struct __main_block_impl_0*);
  void (*dispose)(struct __main_block_impl_0*);
} __main_block_desc_0_DATA = { 0, sizeof(struct __main_block_impl_0), __main_block_copy_0, __main_block_dispose_0};

分别看它们实现：

static void __main_block_copy_0(struct __main_block_impl_0*dst, struct __main_block_impl_0*src) {_Block_object_assign((void*)&dst->person, (void*)src->person, 3/*BLOCK_FIELD_IS_OBJECT*/);}

static void __main_block_dispose_0(struct __main_block_impl_0*src) {_Block_object_dispose((void*)src->person, 3/*BLOCK_FIELD_IS_OBJECT*/);}

当对Block进行copy操作时，会调用这个__main_block_copy_0函数，在它内部调用_Block_object_assign((void*)&dst->person, (void*)src->person, 3/*BLOCK_FIELD_IS_OBJECT*/)，会对外部person对象产生强引用或者弱引用，这取决于block内部使用__strong指针还是__weak指针访问。

当Block从堆上移除，会调用__main_block_dispose_0函数，它内部调用_Block_object_dispose((void*)src->person, 3/*BLOCK_FIELD_IS_OBJECT*/);，会对外部person对象进行一次release操作。

在MRC环境下，也是由这两个函数决定是否进行retain和release操作。

五、`__block`修改变量及其本质

我们先看下面一段代码：

typedef void (^DJTBlock)(void);
int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        
        int age = 10;
        
        DJTBlock block = ^{
            age = 20; // 报错：Variable is not assignable (missing __block type specifier)
            NSLog(@"-----------%d",age);
        };   
    }
    return 0;
}

ARC下直接在Block内部修改age会报错，这就相当于在block生成的结构体中FuncPtr指向的函数中去修改main函数中的局部变量（如果这里age是static或者全局变量，可以修改，因为这两种变量一直在内存中），上下文环境发生了改变，所以不能直接访问age；我们使用__block修饰age变量，然后编译成C++：

typedef void (^DJTBlock)(void);

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        __block int age = 10;
        DJTBlock block = ^{
            age = 20;
            NSLog(@"-----------%d",age);
        };
    }
    return 0;
}

会生成下面结构体：

struct __main_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __main_block_desc_0* Desc;
  __Block_byref_age_0 *age; // by ref
  __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, __Block_byref_age_0 *_age, int flags=0) : age(_age->__forwarding) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};

可以看到在Block结构体中多了__Block_byref_age_0 *age;，看一下 __Block_byref_age_0发现它也是一个结构体：

struct __Block_byref_age_0 {
    void *__isa;
    __Block_byref_age_0 *__forwarding;
    int __flags;
    int __size;
    int age;
};

这里看出编译器将 __block修饰的变量（这里是age）包装成一个对象__Block_byref_age_0（因为它内部有isa指针，所以可以认为它是个对象），Block内部（__main_block_impl_0结构体中）并不会直接拥有这个变量age，而是拥有__Block_byref_age_0这个结构体，然后__Block_byref_age_0结构体中有一个int age变量，我们在Block内部改变age = 20，实际上就是赋值给__Block_byref_age_0结构体中的age变量。

我们对__block int age = 10转化成的C++代码进行简化：

// __block int age = 10;对应下面c++代码：
__attribute__((__blocks__(byref))) __Block_byref_age_0 age = {(void*)0,(__Block_byref_age_0 *)&age, 0, sizeof(__Block_byref_age_0), 10};

// 进行简化
__Block_byref_age_0 age = {
     0,
     &age,
     0,
     sizeof(__Block_byref_age_0),
     10    
 };

对应到下面结构体初始化：

struct __Block_byref_age_0 {
   void *__isa;
   __Block_byref_age_0 *__forwarding;
   int __flags;
   int __size;
   int age;
};

__forwarding指针传入&age指向__Block_byref_age_0 age结构体自己（这里&age是结构体地址，不要混淆），10赋值给了__Block_byref_age_0结构体内部的age变量；我们再看下修改age为20的代码：

static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
  __Block_byref_age_0 *age = __cself->age; // bound by ref
 // 这里是 age = 20;
  (age->__forwarding->age) = 20;
   NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders__h_yv1h9mrx1155q6tq7brn8b9m0000gp_T_main_05a705_mi_0,(age->__forwarding->age));
}

可以发现先通过 __cself->age找到__Block_byref_age_0结构体，然后(age->__forwarding->age) = 20;通过__forwarding指针修改结构体内部的age变量，__forwarding指向结构体自己，那为什么要多此一举通过__forwarding指针去修改内部age，而不通过结构体指针直接去修改呢？这是为了保证Block被copy到堆上时，不管访问栈上还是堆上Block，通过forwarding指针都是找到堆上。

这里如果__block修饰的是一个对象类型，比如下面代码：

typedef void (^DJTBlock)(void);

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        __block int age = 10;
        __block NSObject *obj = [[NSObject alloc] init];
        DJTBlock block = ^{
            obj = nil;
            age = 20;
        };
    }
    return 0;
}

转换为C++同样会多生成一个对应的结构体，只不过内部会多出两个方法copy``和dispose方法来负责相应的内存管理：

// __block age 对应的结构体
struct __Block_byref_age_0 {
  void *__isa;
__Block_byref_age_0 *__forwarding;
 int __flags;
 int __size;
 int age;
};

// __block NSObject 对应的结构体
struct __Block_byref_obj_1 {
  void *__isa;
__Block_byref_obj_1 *__forwarding;
 int __flags;
 int __size;
 void (*__Block_byref_id_object_copy)(void*, void*);
 void (*__Block_byref_id_object_dispose)(void*);
 NSObject *__strong obj;
};

下面看一个例子：

typedef void (^DJTBlock)(void);

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        NSMutableArray *mutarray = [NSMutableArray array];
        DJTBlock block = ^{
            [mutarray addObject:@(12)];
            [mutarray addObject:@(13)];
        };
    }
    return 0;
}

这里不会报错，是因为我们并没有修改mutarray指针，而是在使用mutarray指针，除非我们修改mutarray指针的值，比如 mutarray = nil;才需要__block来修饰；

六、`__block`的内存管理

我们知道，当Block内部访问外部对象类型的变量时，如下面简单代码：

typedef void (^DJTBlock)(void);
int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        NSObject *object = [[NSObject alloc] init];
        DJTBlock block = ^{
            NSLog(@"%p", object);
        };
        block();
    }
    return 0;
}

block编译成C++后的结构：

struct __main_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __main_block_desc_0* Desc;
  NSObject *__strong object; //内部强引用外部变量
  __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, NSObject *__strong _object, int flags=0) : object(_object) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};

可以看到在block结构体内部会生成一个强指针指向外边的object对象，并且在block被拷贝到堆上时，调用__main_block_desc_0中的copy函数，对这个指针指向的对象进行一次retain操作，即引用计数+1，当然如果用__weak修饰object会生NSObject *__weak object;此时不会强引用;
那当我们用__block修饰变量时，比如分别修饰基础数据类型age，和对象类型obj1，如下代码：

typedef void (^DJTBlock)(void);
int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
       
        __block int age = 10;
        __block NSObject *obj1 = [[NSObject alloc] init];
        NSObject *object = [[NSObject alloc] init];
        DJTBlock block = ^{
            NSLog(@"%d %p %p", age,obj1, object);
        };
        block();
    }
    return 0;
}

编译成C++:

struct __Block_byref_age_0 {
  void *__isa;
__Block_byref_age_0 *__forwarding;
 int __flags;
 int __size;
 int age;
};
struct __Block_byref_obj1_1 {
  void *__isa;
__Block_byref_obj1_1 *__forwarding;
 int __flags;
 int __size;
 void (*__Block_byref_id_object_copy)(void*, void*);
 void (*__Block_byref_id_object_dispose)(void*);
 NSObject *__strong obj1;
};

struct __main_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __main_block_desc_0* Desc;
  NSObject *__strong object;
  __Block_byref_age_0 *age; // by ref
  __Block_byref_obj1_1 *obj1; // by ref
  __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, NSObject *__strong _object, __Block_byref_age_0 *_age, __Block_byref_obj1_1 *_obj1, int flags=0) : object(_object), age(_age->__forwarding), obj1(_obj1->__forwarding) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};

经__block修饰的变量age和obj1分别生成构体__Block_byref_age_0和 __Block_byref_obj1_1，它们的本质就是OC对象，所以在block对应的结构体内部生成两个结构体指针指向这两个对象，即

__Block_byref_age_0 *age; // by ref
__Block_byref_obj1_1 *obj1; // by ref

它们其实和object一样，因为__block修饰的变量也是转换成结构体，而且内部有isa指针，其实就是OC对象，所以也会在__main_block_desc_0中生成两个函数：copy和dispose，来管理对象的内存，可以看下结构：

static void __main_block_copy_0(struct __main_block_impl_0*dst, struct __main_block_impl_0*src) 
{
  _Block_object_assign((void*)&dst->age, (void*)src->age, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);
  _Block_object_assign((void*)&dst->obj1, (void*)src->obj1, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);
  _Block_object_assign((void*)&dst->object, (void*)src->object, 3/*BLOCK_FIELD_IS_OBJECT*/);
}

static void __main_block_dispose_0(struct __main_block_impl_0*src) 
{
  _Block_object_dispose((void*)src->age, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);
  _Block_object_dispose((void*)src->obj1, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);
  _Block_object_dispose((void*)src->object, 3/*BLOCK_FIELD_IS_OBJECT*/);
}

static struct __main_block_desc_0 {
  size_t reserved;
  size_t Block_size;
  void (*copy)(struct __main_block_impl_0*, struct __main_block_impl_0*);
  void (*dispose)(struct __main_block_impl_0*);
} __main_block_desc_0_DATA = { 0, sizeof(struct __main_block_impl_0), __main_block_copy_0, __main_block_dispose_0};

所以__block内存管理可以总结一下：

当Block在栈上时，内部并不会对__block修饰的外部变量产生强引用
当Block被copy到堆上时，会调用Block内部的copy函数，而copy函数内部会调用_Block_object_assign函数，它内部会对__block变量形成强引用（retain）。
当Block从堆上移除时，会调用Block内部的dispose函数，dispose函数内部会调用_Block_object_dispose函数，在_Block_object_dispose函数中会对引用的__block变量进行引用计数-1（release）

下面我们对比下Block内部访问外部变量几种情况：

typedef void (^DJTBlock)(void);
int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
      
         //直接将20存放在Block生成的结构体中
        int num = 20; 
        //Block结构体内部生成一个强指针 强引用object对象
        NSObject *object = [[NSObject alloc] init]; 
        // Block内部生成一个弱指针 弱引用object对象
        __weak NSObject *weakObject = object; 
        // Block内部生成一个结构体指针，指针指向的结构体内部存储着变量age
        __block int age = 10; 
        //Block内部生成一个结构体指针，指针指向的结构体内部存储着变量obj1
        __block NSObject *obj1 = [[NSObject alloc] init];
        
        DJTBlock block = ^{
            NSLog(@"%d %d %p %p %p",num, age, obj1, object, weakObject);
        };
        block();
    }
    return 0;
}

编译成C++看看block结构体，和上边注释的一致：

struct __main_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __main_block_desc_0* Desc;
  int num;
  NSObject *__strong object;
  NSObject *__weak weakObject;
  __Block_byref_age_0 *age; // by ref
  __Block_byref_obj1_1 *obj1; // by ref
  __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, int _num, NSObject *__strong _object, NSObject *__weak _weakObject, __Block_byref_age_0 *_age, __Block_byref_obj1_1 *_obj1, int flags=0) : num(_num), object(_object), weakObject(_weakObject), age(_age->__forwarding), obj1(_obj1->__forwarding) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};

这里主要对比一下对象类型的auto变量和__block修饰的变量内存管理的区别：

相同点：
- 当Block在栈上时，对它们都不会产生强引用
- 当Block拷贝到堆上时，都会通过copy函数来处理它们:
  (1)__block变量（假设变量名叫做a）
```
_Block_object_assign((void*)&dst->a, (void*)src->a,   8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);
```
  (2)对象类型的auto变量（假设变量名叫做p）
```
_Block_object_assign((void*)&dst->p, (void*)src->p, 3/*BLOCK_FIELD_IS_OBJECT*/);
```
- 当Block从堆上移除时，都会通过dispose函数来释放它们
  (1)__block变量（假设变量名叫做a）
```
_Block_object_dispose((void*)src->a, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*
```
  (2)对象类型的auto变量（假设变量名叫做p）
```
_Block_object_dispose((void*)src->p, 3/*BLOCK_FIELD_IS_OBJECT*/);
```
不同点（主要是在引用的问题上）
（1）对象类型的auto变量，根据传进来时是__strong还是__weak类型决定调用copy函数时Block内部对传进来的变量进行强还是弱引用。
（2）如果时__block类型的变量，比如__block int age = 20;，它被封装成一个OC对象，调用copy函数时Block内部直接对它产生强引用，对它的内存进行管理，不存在__weak修饰int age这种操作，所以没有弱引用这一说。（这里强引用的是age转换成的结构体对象，真正的age变量的值存储在结构体里边）；

但是如果是下面代码

typedef void (^DJTBlock)(void);
int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
       
        NSObject *object = [[NSObject alloc] init];
        __block __weak NSObject *weakObject = object;
        DJTBlock block = ^{
            NSLog(@"%p %p", object, weakObject);
        };
        block();
    }
    return 0;
}

编译成C++:

struct __Block_byref_weakObject_0 {
  void *__isa;
__Block_byref_weakObject_0 *__forwarding;
 int __flags;
 int __size;
 void (*__Block_byref_id_object_copy)(void*, void*);
 void (*__Block_byref_id_object_dispose)(void*);
 NSObject *__weak weakObject;
};

struct __main_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __main_block_desc_0* Desc;
  NSObject *__strong object;
  __Block_byref_weakObject_0 *weakObject; // by ref
  __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, NSObject *__strong _object, __Block_byref_weakObject_0 *_weakObject, int flags=0) : object(_object), weakObject(_weakObject->__forwarding) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};

可以看到在__block修饰变量生成的结构体 __Block_byref_weakObject_0内部，通过__weak弱引用变量weakObject，即Block结构体内部是一个强指针指向__block生成的结构体，即这句代码

__Block_byref_weakObject_0 *weakObject;
(注意虽然名字中有`weak`但这是一个强指针)

而在结构体__Block_byref_weakObject_0内部:

NSObject *__weak weakObject;

这才是一个弱指针，指向外部传入的弱引用对象weakObject，它表达了外部传入变量的类型是__weak还是__strong

注意：这里在MRC下有个特殊情况，在__block生成的结构体内部，始终都是弱引用，不会对外边对象进行强引用。

在MRC环境下验证，下面代码在block();调用前person就已经挂了，说明确实内部没有强引用：

#import "DJTPerson.h"

typedef void (^DJTBlock)(void);
int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
       
        __block DJTPerson *person = [[DJTPerson alloc] init];
        DJTBlock block = [^{
            NSLog(@" %p", person);
        } copy];
        [person release];
        block();
    }
    return 0;
}

七、`Block`相关问题

Block的原理是怎样的？本质是什么？
__block的作用是什么？有什么使用注意点？
Block的属性修饰词为什么是copy？使用Block有哪些使用注意？
Block在修改NSMutableArray，需不需要添加__block？

理解上边原理再回答这些问题应该不难吧。

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iOS原理篇（五）：Block探究

一、Block原理

二、Block变量捕获

三、Block类型

四、copy操作和Block内部访问对象类型的变量

copy操作分MRC和ARC两种情况：

Block内部访问对象类型的变量

五、__block修改变量及其本质

六、__block的内存管理

七、Block相关问题

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