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:

- (NSArray*) getBlockArray
{
    int num = 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
{
    int a = 10;
    int b = 20;
}

- (void)test
{
    NSArray* obj = [self getBlockArray];
    [self forTest];
    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:

<__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

补充:如下几篇文章讲解得也很细致,可以参看。

《block没那么难(一)》

《block没那么难(二)》

《block没那么难(三)》

相关文章:

此条目发表在 iOS, iOS开发基础, Objective-C, 开发, 计算机技术 分类目录,贴了 , , , , , , 标签。将固定链接加入收藏夹。

发表评论

电子邮件地址不会被公开。 必填项已用 * 标注

您可以使用这些 HTML 标签和属性: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>