iOS-Block和变量的内存管理(二)
来源:互联网 发布:苹果平板装windows 编辑:程序博客网 时间:2024/04/29 11:34
了解了 block的实现,我们接着来聊聊 block 和变量的内存管理。本文将介绍
- 可写变量
- block的内存段
- __block变量的内存段等内容
看完本文会对 block 和变量的内存管理有更加清晰的认识。
上篇文章举了个例子,在 block 内获取了一个外部的局部变量,可以读取,但无法进行写入的修改操作。在 C 语言中有三种类型的变量,可在 block 内进行读写操作
- 全局变量
- 全局静态变量
- 静态变量
全局变量
和 全局静态变量
由于作用域在全局,所以在 block 内访问和读写这两类变量和普通函数没什么区别,而 静态变量
作用域在 block 之外,是怎么对它进行读写呢?通过 clang 工具,我们发现原来 静态变量 是通过指针传递
,将变量传递到 block 内,所以可以修改变量值。而上篇文章中的外部变量是通过值传递,自然没法对获取到的外部变量进行修改。
由此,可以给我们一个启示,当我们需要修改外部变量时,是不是也可以像 静态变量 这样通过指针来修改外部变量的值呢?
Apple 早就为我们准备了这么一个东西 —— __block
__block 说明符
按照惯例,重写一小段代码看看 __block 的真身
/************* 使用 __block 的源码 *************/int main(){ __block int intValue = 0; void (^blk)(void) = ^{ intValue = 1; }; return 0;}
/************* 使用 clang 翻译后如下 *************/struct __block_impl{ void *isa; int Flags; int Reserved; void *FuncPtr;};struct __Block_byref_intValue_0{ void *__isa; __Block_byref_intValue_0 *__forwarding; int __flags; int __size; int intValue;};struct __main_block_impl_0{ struct __block_impl impl; struct __main_block_desc_0* Desc; __Block_byref_intValue_0 *intValue; // by ref __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, __Block_byref_intValue_0 *_intValue, int flags=0) : intValue(_intValue->__forwarding) { impl.isa = &_NSConcreteStackBlock; impl.Flags = flags; impl.FuncPtr = fp; Desc = desc; }};static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself){ __Block_byref_intValue_0 *intValue = __cself->intValue; // bound by ref (intValue->__forwarding->intValue) = 1;}static void __main_block_copy_0(struct __main_block_impl_0 *dst, struct __main_block_impl_0 *src){ _Block_object_assign((void*)&dst->intValue, (void*)src->intValue, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);}static void __main_block_dispose_0(struct __main_block_impl_0 *src){ _Block_object_dispose((void*)src->intValue, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);}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 };int main(){ __attribute__((__blocks__(byref))) __Block_byref_intValue_0 \ intValue = { (void*)0, (__Block_byref_intValue_0 *)&intValue, 0, sizeof(__Block_byref_intValue_0), 0 }; void (*blk)(void) = (void (*)()) &__main_block_impl_0 \ ( (void *)__main_block_func_0, \ &__main_block_desc_0_DATA, \ (__Block_byref_intValue_0 *)&intValue, \ 570425344 \ ); return 0;}
在加了 __block 之后,代码量增加了不少,仔细查看,其实只是比原来多了
__Block_byref_intValue_0
结构体:用于封装 __block 修饰的外部变量。_Block_object_assign
函数:当 block 从栈拷贝到堆时,调用此函数。_Block_object_dispose
函数:当 block 从堆内存释放时,调用此函数。
OC源码中的 __block intValue
翻译后变成了 __Block_byref_intValue_0
结构体指针变量 intValue
,通过指针传递到 block 内,这与前面说的 静态变量
的指针传递是一致的。除此之外,整体的执行流程与不加 __block 基本一致,不再赘述。但 __Block_byref_intValue_0
这个结构体需特别注意下
// 存储 __block 外部变量的结构体struct __Block_byref_intValue_0{ void *__isa; // 对象指针 __Block_byref_intValue_0 *__forwarding; // 指向自己的指针 int __flags; // 标志位变量 int __size; // 结构体大小 int intValue; // 外部变量};
在已有结构体指针指向 __Block_byref_intValue_0
时,结构体里面还多了个__forwarding
指向自己的指针变量,难道不显得多余吗?一点也不,本文后面会阐述。
block 的内存管理
在前文中,已经提到了 block 的三种类型 NSConcreteGlobalBlock
、_NSConcreteStackBlock
、_NSConcreteMallocBlock
,见名知意,可以看出三种 block 在内存中的分布
在 ARC 开启的情况下,将只会有
NSConcreteGlobalBlock
和NSConcreteMallocBlock
类型的 block。
原本的 NSConcreteStackBlock 的 block 会被 NSConcreteMallocBlock 类型的 block 替代
_NSConcreteGlobalBlock
1、当 block 字面量写在全局作用域时,即为
global block
;
2、当 block 字面量不获取任何外部变量时,即为global block
;
除了上述描述的两种情况,其他形式创建的 block 均为 stack block
。
// 下面 block 虽然定义在 for 循环内,但符合第二种情况,所以也是 global blocktypedef int (^blk_t)(int);for (int rate = 0; rate < 10; ++rate) { blk_t blk = ^(int count){return rate * count;}; }
_NSConcreteGlobalBlock
类型的 block 处于内存的 ROData 段,此处没有局部变量的骚扰,运行不依赖上下文,内存管理也简单的多。
_NSConcreteStackBlock
_NSConcreteStackBlock
类型的 block 处于内存的栈区。global block
由于处在 data 段,可以通过指针安全访问,但 stack block
处在内存栈区,如果其变量作用域结束,这个 block 就被废弃,block 上的 __block 变量也同样会被废弃。
为了解决这个问题,block 提供了 copy 的功能,将 block 和 __block 变量从栈拷贝到堆,就是下面要说的 _NSConcreteMallocBlock
。
_NSConcreteMallocBlock
当 block 从栈拷贝到堆后,当栈上变量作用域结束时,仍然可以继续使用 block
此时,堆上的 block 类型为 _NSConcreteMallocBlock
,所以会将 _NSConcreteMallocBlock
写入 isa
impl.isa = &_NSConcreteMallocBlock;
如果你细心的观察上面的转换后的代码,会发现访问结构体 __Block_byref_intValue_0
内部的成员变量都是通过访问 __forwarding
指针完成的。为了保证能正确访问栈上的 __block 变量,进行 copy 操作时,会将栈上的 __forwarding
指针指向了堆上的 block 结构体实例。
block 的自动拷贝和手动拷贝
在开启 ARC 时,大部分情况下编译器通常会将创建在栈上的 block 自动拷贝到堆上,只有当
block 作为方法或函数的参数传递时,编译器不会自动调用 copy 方法;
但方法/函数在内部已经实现了一份拷贝了 block 参数的代码,或者如果编译器自动拷贝,那么调用者就不需再手动拷贝,比如:
- 当 block 作为函数返回值返回时,编译器自动将 block 作为
_Block_copy
函数,效果等同于 block 直接调用copy
方法;- 当 block 被赋值给 __strong id 类型的对象或 block 的成员变量时,编译器自动将 block 作为
_Block_copy
函数,效果等同于 block 直接调用copy
方法;- 当 block 作为参数被传入方法名带有
usingBlock
的 Cocoa Framework 方法或 GCD 的 API 时。这些方法会在内部对传递进来的 block 调用copy
或_Block_copy
进行拷贝;
让我们看个 block 自动拷贝的例子
/************ ARC下编译器自动拷贝block ************/typedef int (^blk_t)(int);blk_t func(int rate){ return ^(int count){return rate * count;};}
上面的 block 获取了外部变量,所以是创建在栈上,当 func
函数返回给调用者时,脱离了局部变量rate
的作用范围,如果调用者使用这个 block 就会出问题。
那 ARC 开启的情况呢?运行这个 block 一切正常。和我们的预期结果不一样,ARC 到底给 block 施了什么魔法?我们将上面的代码翻译下
blk_t func(int rate){ blk_t tmp = &__func_block_impl_0(__func_block_func_0, &__func_block_desc_0_DATA, rate); tmp = objc_retainBlock(tmp); return objc_autoreleaseReturnValue(tmp); }
转换后出现两个新函数 objc_retainBlock
、objc_autoreleaseReturnValue
。如果你看过runtime 库(点此下载) ,在 runtime/objc-arr.mm 文件中就有这两个函数的实现:
/*********** objc_retainBlock() 的实现 ***********/id objc_retainBlock(id x) {#if ARR_LOGGING objc_arr_log("objc_retain_block", x); ++CompilerGenerated.blockCopies;#endif return (id)_Block_copy(x);}// Create a heap based copy of a Block or simply add a reference to an existing one.// This must be paired with Block_release to recover memory, even when running// under Objective-C Garbage Collection.BLOCK_EXPORT void *_Block_copy(const void *aBlock) __OSX_AVAILABLE_STARTING(__MAC_10_6, __IPHONE_3_2);
/*********** objc_autoreleaseReturnValue() 的实现 ***********/id objc_autoreleaseReturnValue(id obj){#if SUPPORT_RETURN_AUTORELEASE assert(_pthread_getspecific_direct(AUTORELEASE_POOL_RECLAIM_KEY) == NULL); if (callerAcceptsFastAutorelease(__builtin_return_address(0))) { _pthread_setspecific_direct(AUTORELEASE_POOL_RECLAIM_KEY, obj); return obj; }#endif return objc_autorelease(obj);}
通过上面的代码和注释,意思就很明显了,由于 block 字面量是创建在栈内存,通过 objc_retainBlock()
函数拷贝到堆内存,让tmp
重新指向堆上的 block,然后将tmp
所指的堆上的 block 作为一个 Objective-C 对象放入 autoreleasepool 里面,从而保证了返回后的 block 仍然可以正确执行。
看完了 block 的自动拷贝,那么看看在 ARC 下需要手动拷贝 block 的例子
/************ ARC下编译器手动拷贝block ************/- (id)getBlockArray{ int val = 10; return [[NSArray alloc] initWithObjects: ^{NSLog(@"blk0:%d", val);}, ^{NSLog(@"blk1:%d", val);}, nil];}
一个例子就了然,返回的数组里面的 block 是不可用的,需要再手动拷贝一次才可以,这个较为简单,就不作过多解释。
关于 block 的拷贝操作可以用一张表总结下
block 拷贝的讲解就到此为止,有兴趣可以了解下 block 的多次拷贝。
block的多次拷贝:下面的例子在 ARC 下并不会产生内存泄露哦
blk = [[[[blk copy] copy] copy] copy]; // 翻译后的代码{ blk_t tmp = [blk copy]; blk = tmp; }{ blk_t tmp = [blk copy]; blk = tmp; }{ blk_t tmp = [blk copy]; blk = tmp; }{ blk_t tmp = [blk copy]; blk = tmp;}
__block 变量的内存管理
上面啰嗦一堆,这小节主要用图说话,必要时加文字说明。
当 block 从栈内存被拷贝到堆内存时,__block 变量的变化如下图。需要说明的是,当栈上的 block 被拷贝到堆上,堆上的 block 再次被拷贝时,对 __block 变量已经没有影响了。
当多个 block 获取同一个 __block 变量,block 从栈被拷贝到堆时
当 block 被废弃时,__block 变量被释放
__forwarding
前文已经说过,当 block 从栈被拷贝到堆时,__forwarding
指针变量也会指向堆区的结构体。但是为什么要这么做呢?为什么要让原本指向栈区的结构体的指针,去指向堆区的结构体呢?看起来匪夷所思,实则原因很简单,要从__forwarding
产生的缘由说起。想想起初为什么要给 block 添加 copy 的功能,就是因为 block 获取了局部变量,当要在其他地方(超出局部变量作用范围)使用这个 block 的时候,由于访问局部变量异常,导致程序崩溃。为了解决这个问题,就给 block 添加了 copy 功能。在将 block 拷贝到堆上的同时,将__forwarding
指针指向堆上结构体。后面如果要想使用 __block 变量,只要通过__forwarding
访问堆上变量,就不会出现程序崩溃了。
/*************** __forwarding 的作用 ***************///猜猜下面代码的打印结果?{ __block int val = 0; void (^blk)(void) = [^{++val;} copy]; ++val; blk(); NSLog(@"%d", val);}
一定有很多人会猜1
,其实打印 2
。原因很简单,当栈上的 block 被拷贝到堆上时,栈上的 __forwarding
也会指向堆
上的 __block 变量的结构体。
上面的代码中^{++val;}
和 ++val;
都会被转换成 ++(val.__forwarding->val);
,堆
上的 val 被加了两次
,最后打印堆上的 val 为2
。
图解
block 和变量的内存管理终于讲完了,看似很长,只要了解本质,其实很简单。
下篇文章: block和对象的内存管理(三)。
原文地址: https://www.zybuluo.com/MicroCai/note/57603
- iOS-Block和变量的内存管理(二)
- block没那么难(二):block和变量的内存管理
- block没那么难(二):block和变量的内存管理
- block没那么难(二):block和变量的内存管理
- block没那么难 block和变量的内存管理(二)
- Block和变量,内存管理
- IOS开发—block对外部变量的内存管理
- iOS多线程编程和内存管理---block截获自动变量的解释(2)
- iOS开发 - Block块的使用(二)内存管理和特性
- iOS的block内存管理
- Block的内存管理以及变量Capture
- iOS-Block和对象的内存管理(三)
- IOS开发之Block的使用和内存管理
- Block的类型和block对外部变量内存管理的研究
- iOS笔记 Block和内存管理
- iOS:Block 编程3--内存管理、对象、变量
- iOS关于block的内存管理
- 内存管理和 Block
- FlexBox-01 布局模型
- WebViewStudy笔记
- Android之Adapter用法总结
- 机器学习实战教程(第一章 准备工作)
- HDUACM2049-错排
- iOS-Block和变量的内存管理(二)
- Wooden Sticks(贪心)
- Android面试知识
- java内部类详解
- stl之空间配置器Allocator
- 安卓开发常用方法集合
- maven 仓库
- JDBC事务处理
- 取火柴--三峡大学蓝桥杯训练题目