OC-Block的本质(二)-Block的三种类型

我们在讲block的本质的时候已经知道了,block的本质就是一个 OC 对象（它的底层结构中也有isa指针）,那么既然它是一个 OC 对象,它就会有类型,本文就将讲解block的三种类型.

image-20210422152917519

image-20210422152946078

block有3种类型，可以通过调用class方法或者isa指针查看具体类型，最终都是继承于NSBlock类型

NSGlobalBlock （ _NSConcreteGlobalBlock ）
NSMallocBlock （ _NSConcreteMallocBlock ）
NSStackBlock （ _NSConcreteStackBlock ）

验证block是OC对象，运行代码：

#import <Foundation/Foundation.h>
int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        
        //Block的定义
        void (^block)(void) = ^(){
            NSLog(@"Hello World");
        };
        
        NSLog(@"%@", [block class]);
        NSLog(@"%@", [block superclass]);
        NSLog(@"%@", [[block superclass] superclass]);
        NSLog(@"%@", [[[block superclass] superclass] superclass]);
    }
    return 0;
}

RUN>
*********************** 运行结果 **************************
2019-06-05 14:44:53.179548+0800 Interview03-block[16670:1570945] __NSGlobalBlock__
2019-06-05 14:44:53.179745+0800 Interview03-block[16670:1570945] __NSGlobalBlock
2019-06-05 14:44:53.179757+0800 Interview03-block[16670:1570945] NSBlock
2019-06-05 14:44:53.179767+0800 Interview03-block[16670:1570945] NSObject
上面的代码中，我们通过 [xxx class] 和 [xxx supperclass] 方法，打印出block的类型以及父类的类型，可以看继承关系是这样的
__NSGlobalBlock__->__NSGlobalBlock->NSBlock->NSObject
这也可以很好地证明block是一个对象，因为它的基类就是NSObject。而且我们也就知道了，block中的isa成员变量肯定是从NSObject继承而来的，而且isa指向block的类对象。

三种block在内存中的分布

在讲block在内存中的分布之前,先了解一下程序的内存分配情况,因为不同类型的block分配的内存也不同.

.text段 : 也称代码段,我们写的代码都存放在这里
.data区 : 也称数据区,一般存放全局变量, __NSGlobalBlock存放在这里
堆区 : 存放我们自己alloc出来的对象,动态分配内存,需要程序员自己申请内存,自己管理. __NSMallocBlock存放在堆区
栈区 : 一般存放局部变量,不需要程序员管理,系统自动分配,自动销毁,__NSStackBlock存放在栈区

程序内存布局

下面借助一个经典的图例，来看一看不同类型的block到底存储在哪里！

block的存放区域

一: __NSGlobalBlock

结论:没有访问 auto变量的block 就是 __NSGlobalBlock

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

RUN>

*********************** 运行结果 **************************
2019-06-05 14:44:53.179548+0800 Interview03-block[16670:1570945] __NSGlobalBlock__

二: __NSStackBlock

结论:访问了auto变量的block 就是 __NSStackBlock

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

RUN>
*********************** 运行结果 **************************
2021-04-23 14:18:41.452310+0800 Interview01-Block的本质[3973:122225] __NSMallocBlock__
怎么打印的是__NSMallocBlock__,刚才不是说访问了auto变量就是__NSStackBlock吗?
因为这里我们使用的是ARC,在ARC环境下,Xcode会默认帮我们做很多事情,我们在Build Settings中把ARC设置成MRC,再来打印一下:

image-20210423142137469
*********************** 运行结果 **************************
2021-04-23 14:21:27.667116+0800 Interview01-Block的本质[3992:123867] __NSStackBlock__
没有ARC的帮助下，这里的block类型确实是__NSStackBlock__。
其实我们在很多场景下，都会用到这种类型的block，因为很多情况下，我们都会在block 中用到环境变量，而大部分的环境变量都可能是auto变量，思考一下，如果我们不做任何处理，会碰到什么麻烦吗？

我们再将生面的代码调整如下

#import <Foundation/Foundation.h>

void (^block)(void);//全局变量block

void test(){
    int a = 10;
    
    block =     ^(){
                    NSLog(@"a的值为---%d",a);
                };
    
}

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        test();
        block();
    }
    return 0;
}

RUN>
*********************** 运行结果 **************************
2021-04-23 14:24:57.918540+0800 Interview01-Block的本质[4014:125856] a的值为----272632904
a的值10能被正确打印出来吗？a现在的值为272632904,很显然，这样的值用在我们的程序里面，肯定不是预期的。运行变得不可预料，这可不是一个正确的程序。

代码中，block是一个定义在函数外的全局变量

在函数test()内，代码^(){ NSLog(@"a的值为---%d",a); };首先会为我们生成一个__NSStaticBlock__类型的Block，它存储与当前函数test()的栈空间内，然后它的指针被赋值给了全局变量block。

在main函数中，首先调用函数test()，全局变量block就指向了test()函数栈上的这个__NSStaticBlock__类型的Block，然后test()调用结束，栈空间回收

然后block被调用，问题就出在这里，此时，test()的栈空间都被系统回收去做其他事情了，也就是说上面的那个__NSStaticBlock__类型的Block的内存也被回收了。虽然通过对象block（或者说block指针）,最终还可访问原来变量a的所指向的那块内存，但是这里面寸的值就无法保证是我们所需要的10了，所以可以看到打印结果是一个无法预期的数字

为了避免出现这种情况,我们需要把block存储在堆上,__NSMallocBlock就闪亮登场了.

三: __NSMallocBlock

结论: 当一个__NSStackBlock调用了copy操作,返回的就是一个__NSMallocBlock

#import <Foundation/Foundation.h>

void (^block)(void);//全局变量block

void test(){
    int a = 10;
    
    block =     [^(){ NSLog(@"a的值为---%d",a); } copy];
}

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        
        test();
        block();
        NSLog(@"block的类型为%@",[block class]);
    }
    return 0;
}

RUN>
*********************** 运行结果 **************************
2021-04-23 14:33:02.199804+0800 Interview01-Block的本质[4069:130439] a的值为---10
2021-04-23 14:33:02.200377+0800 Interview01-Block的本质[4069:130439] block的类型为__NSMallocBlock__
可以看到，变量a的打印值还是10，并且block所指向的也确实是一个__NSMallocBlock__。正是由于copy之后，[^(){ NSLog(@"a的值为---%d",a); } copy];所返回的Block是存放在堆上的，所以里面a的值仍是被捕获时后的值10，因此打印结果不受影响。

如果对__NSGlobalBlock__调用copy方法呢？这里就直接告诉你，结果仍然是一个__NSGlobalBlock__，

image-20210423143641956

总结

block类型	环境
NSGlobalBlock	没有访问auto变量
NSMallocBlock	NSStackBlock调用了copy
NSStackBlock	访问了auto变量

GlobalBlock没有访问auto变量，这种类型的block都可用方法代替，不常用。

可以把block从栈放到堆里面，每一种类型的block调用copy后的结果如下所示：

block类型	副本源的配置存储域	复制效果
NSGlobalBlock	程序的数据区段	什么也不做
NSMallocBlock	堆	引用计数器增加
NSStackBlock	栈	从栈复制到堆

ARC环境下Block的copy问题

上面的讨论实验，我们都是基于MRC环境下，对Block在内存中的存储情况进行讨论。由于我们在平时代码中生成的block都是在函数内创建的，也就是都是__NSStaticBlock__类型的，而通常我们需要将其保存下来，在将来的某个时候调用，但是那个时间点上往往该block所在的函数栈已经不存在了，因此在MRC环境下，我们需要通过对其调用copy方法，将__NSStaticBlock__的内容复制到堆区内存上，使之成为一个__NSMallocBlock__，这样才不影响后续的使用，同时，作为使用者，需要确保在使用完block之后而不在需要它的时候，对block调用release方法将其释放掉，这样才能避免产生内存泄漏问题。

ARC的出现，为我们开发者做了很多繁琐而细致的工作，是我们不用再内存管理方面耗费太多精力，其中，就包括了对block的copy处理。举个例子，我们对上一份代码微调一下，把copy操作去掉，如下

#import <Foundation/Foundation.h>

void (^block)(void);//全局变量block

void test(){
    int a = 10;
    
    block =     ^(){ NSLog(@"a的值为---%d",a);   };
}

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        
        test();
        block();
        NSLog(@"block的类型为%@",[block class]);
    }
    return 0;
}

将ARC开关打开，运行程序我们得到如下结果

RUN>

*********************** 运行结果 **************************
2021-04-23 14:33:02.199804+0800 Interview01-Block的本质[4069:130439] a的值为---10
2021-04-23 14:33:02.200377+0800 Interview01-Block的本质[4069:130439] block的类型为__NSMallocBlock__

可以看到，这跟我们在MRC下手动将block进行copy之后的结果一样，说明ARC其实替我们做了相应的copy操作。在ARC环境下,编译器会自动把栈上的block copy到堆上。

特别备注

本系列文章总结自MJ老师在腾讯课堂iOS底层原理班（下）/OC对象/关联对象/多线程/内存管理/性能优化，相关图片素材均取自课程中的课件。如有侵权，请联系我删除，谢谢！