深入理解Objective-C的Block

最近时间少，也变得懒了，好久没在这里写文章了，眼看就到8月末了，还是整理一篇酝酿已久的吧。之前的文章中整理过用ObjectiveC开发中常用到的Block代码块，其中也提到了一个和block使用不当的crash例子。接着这个问题，本篇文章将更深一步，对Block的内存使用相关的内容简要整理一下，解释其中的道理和使用Block需要注意的问题。

0. 问题所在

下面给出一段代码:

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- (NSArray*) getBlockArray

{

    intnum = 916;

    return[[NSArray alloc] initWithObjects:

            ^{NSLog(@"this is block 0:%i", num); },

            ^{NSLog(@"this is block 1:%i", num); },

            ^{NSLog(@"this is block 2:%i", num); },

            nil];

}

 

- (void) forTest

{

    inta = 10;

    intb = 20;

}

 

- (void)test

{

    NSArray* obj = [selfgetBlockArray];

    [selfforTest];

    void(^blockObject)(void);

    blockObject = [obj objectAtIndex:2];

    blockObject();

}

如上两个方法实现的代码并不难理解，其中第三个方法我们要去调用。它会调用第一个方法，并返回一个数组，数组中的元素是block代码块。那么在特定的场景下，调用test会发生crash（闪退）。说明这样的调用存在问题，恐怕能看到的应该就是EXC_BAD_ACCESS错误，通常这可以理解为一个“野指针”错误，访问了内存中不该访问的内容。

问题在哪？从“野指针”错误，我们很直接能想到的就是block对象引用到的地址内容已经不是我们想要的了，简单说就是block无效了。可block是对象类型的啊，为什么放在数组对象中回传失效了呢，加入NSArray的对象本身就应该retain过啊。

问题就在这里，下面我们先来看简单下Block与对象的关系。

1. Block与对象

首先我们先反思几个问题：

• block到底是不是对象？
• 如果是对象，和某个已定义的类的实例对象在使用上是不是一样的？
• 如果不一样，主要的区别是什么？

对于第一个问题，苹果的Objective-C官方文档中在“Working with Blocks”明确说明：

“Blocks are Objective-C objects, which means they can be added to collections like NSArray or NSDictionary.  ”

可见，Block是Objective-C语言中的对象。

苹果在block的文档中也提过这么一句：

“As an optimization, block storage starts out on the stack—just like blocks themselves do.”

Clang的文档中也有说明：

“The initial allocation is done on the stack，but the runtime provides a Block_copy function” （Block_copy在下面我会说）

凭这一点，我们就可以回答剩下的两个问题。Block对象与一般的类实例对象有所不同，一个主要的区别就是分配的位置不同，block默认在栈上分配，一般类的实例对象在堆上分配。

而这正是导致本文最初提到的那个问题发生的根本原因。Block对象在栈上分配，block的引用指向栈帧内存，而当方法调用过后，指针指向的内存上写的是什么数据就不确定了。但是到此，retain的疑问还是没有解开。

我们想一想Objective-C引用计数的原理，retain是对一个在堆中分配内存的对象的引用计数做了增加，执行release操作的时候检查计数是否为1，如果是则释放堆中内存。而对于在栈上分配的block对象，这一点显然有所不同，如果方法调用返回，栈帧上的数据自然会作废处理，不像堆上内存，需要单独release，就算NSArray对block对象本身做了retain也无济于事。

Clang文档中提到：

“Block pointers may be converted to type id; block objects are laid out in a way that makes them compatible with Objective-C objects. There is a builtin class that all block objects are considered to be objects of; this class implements retain by adjusting the reference count, not by calling Block_copy.”

那么要是想如本文开头那样，用一个方法对block数组做初始化是否有可行方案呢。答案是肯定的，不过需要真正了解block的使用，至少要会用Block_copy()和Block_release()。

2. Block的类型和使用

我这里有对某个Block数组的一段Console Log显示，如下：

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<__NSArrayI 0x937f240>(

<__NSGlobalBlock__: 0x126750>,

<__NSStackBlock__: 0xbfffc788>,

<__NSMallocBlock__: 0x937f1c0>,

<__NSMallocBlock__: 0x937f1e0>,

<__NSMallocBlock__: 0x937f200>,

<__NSMallocBlock__: 0x937f220>,

<__NSGlobalBlock__: 0x126818>

)

可以看得出，这些对象都是block，而且还分了3种不同的类型。

其实在Clang的文档中，只定义了两个Block类型: _NSConcreteGlobalBlock 和 _NSConcreteStackBlock 。而在Console中的Log我们看到的3个类型应该是处理过的显示，这些字样在苹果的文档和Clang/LLVM的文档中实难找到。通过字面上来看，可以认为 _NSConcreteGlobalBlock对应于 __NSGlobalBlock__ ，_NSConcreteStackBlock对应于 __NSStackBlock__ ，而__NSMallocBlock__则是另一种情况。（实际上也正是如此）

NSGlobalBlock，我们只要实现一个没有对周围变量没有引用的Block，就会显示为是它。而如果其中加入了对定义环境变量的引用，就是NSStackBlock。那么NSMallocBlock又是哪来的呢？malloc一词其实大家都熟悉，就是在堆上分配动态内存时。没错，如果你对一个NSStackBlock对象使用了Block_copy()或者发送了copy消息，就会得到NSMallocBlock。这一段中的几项结论可从代码实验得出。

因此，也就得到了下面对block的使用注意点。

对于Global的Block，我们无需多处理，不需retain和copy，因为即使你这样做了，似乎也不会有什么两样。对于Stack的Block，如果不做任何操作，就会向上面所说，随栈帧自生自灭。而如果想让它获得比stack frame更久，那就调用Block_copy()，让它搬家到堆内存上。而对于已经在堆上的block，也不要指望通过copy进行“真正的copy”，因为其引用到的变量仍然会是同一份，在这个意义上看，这里的copy和retain的作用已经非常类似。

“The runtime provides a Block_copy function which, given a block pointer, either copies the underlying block object to the heap, setting its reference count to 1 and returning the new block pointer, or (if the block object is already on the heap) increases its reference count by 1. The paired function is Block_release, which decreases the reference count by 1 and destroys the object if the count reaches zero and is on the heap.”

在类中，如果有block对象作为property，可以声明为copy。

3. 其它

如果注释掉其中看似无关的[self forTest]调用，用当前的Xcode版本（我用的是5.1.1）build后，crash是不会发生的，这看起来很有意思。因为forTest方法本身并没有在逻辑上对数组的构建造成什么影响。

实际上这是因为上一个方法调用的栈帧没有被新的数据覆盖，仍然保留原来block数据的原因所致。这样显然是不安全的，是不能保证block数据可用的。

在ARC情况下，我们会发现一个有意思的情况，那就是返回的Block Array，只有元素0是执行过copy的。比如block数组中的第0个block是stack的，那么返回之后在数组index为0处取到的block变成了malloc的。与此同时，其它的block都如同没有执行过copy一样，如上述各段所述。这是一个现象，或者说是一个结论。至于为什么这样，众说纷纭，很多人认为这是编译器的一个bug，欢迎大家多多讨论，给出见解。

在苹果官方的《Transitioning to ARC Release Notes》文档中，写了这样一段话，大家理解一下，尤其是其中的“just work”。

“How do blocks work in ARC?

Blocks ‘just work’ when you pass blocks up the stack in ARC mode, such as in a return. You don’t have to call Block Copy any more.”

4. 参考

以上整理了对Block的理解，在开发中注意到这些点足以解决block的特殊性带来的各类问题。要想继续深入，可参看LLVM文档中对block的介绍：

http://clang.llvm.org/docs/Block-ABI-Apple.html

http://clang.llvm.org/docs/AutomaticReferenceCounting.html?highlight=class