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block本质探寻一之内存结构

2019年01月09日 20:04  | 萬仟网IT编程  | 我要评论

一、代码——命令行模式

//main.m

#import <foundation/foundation.h>

struct __block_impl {
    void *isa;
    int flags;
    int reserved;
    void *funcptr;
};

struct __main_block_desc_0 {
    size_t reserved;
    size_t block_size;
};

struct __main_block_impl_0 {
    struct __block_impl impl;
    struct __main_block_desc_0* desc;
    int age;
};

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
//        ^{
//            nslog(@"this is a block");
//        }();
        
        int age = 10;
        void (^block)(int, int) = ^(int a, int b){
            nslog(@"this is a block:%d", age);
            nslog(@"a:%d b:%d", a, b);
        };
        
        struct __main_block_impl_0 *blockstruct = (__bridge struct __main_block_impl_0 *)block;
        

         block(20, 30);

    }
    return 0;
}

分析:以下代码的前提,因为我们知道block底层的构造就是上述结构体的构造,桥接的目的就是展示这样的结构体内部是怎样的;

struct __main_block_impl_0 *blockstruct = (__bridge struct __main_block_impl_0 *)block;

二、调试

//lldb模式

1)第一个断点

 

 2)第二个断点

 

3)转入汇编

 

 

4)汇编界面

 

 

分析:

1)我们发现内部变量的层次感:

第一层:包含impl、desc、age;

第二层:impl包含isa、flags、reserved、funcptr;

2)block大括号内部的代码的第一行的地址跟funcptr指针指向的地址是一样的,那么block大括号内的代码是如何存放的,跟funcptr指针有什么关系?往下看;

 

 三、将main.m文件转成底层实现代码(即c++代码)

1)命令行:xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m

 

说明:警告不用管; 

 

2)找到main.cpp文件

 

3)拖入文件并打开

说明:不对mian.cpp文件编译的目的是,自己可以任意对该文件的代码操作而不报错; 

 

  

 

 说明:

1)上面两张图中,1、2、3是一一对应关系(1:为block要引用的外部变量;2:定义的block;3:调用block);

2)在2处,本人把一些强制转换去除了(如:void (*)等),便于阅读;

四、底层代码分析

1)block结构体(对2的分析)

很明显,block是一个指针,指向__main_block_impl_0,那__main_block_impl_0又是什么呢,往下看;

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;
  }
};

__main_block_impl_0是个结构体,内部成员变量有__block_impl类型的结构体变量,__main_block_desc_0类型的结构体变量,外部应用变量,以及一个__main_block_impl_0方法(该方法名跟所在的结构体名称相同,为c++的一个构造方法,类似于init方法);

<1>__block_impl

struct __block_impl {
  void *isa;
  int flags;
  int reserved;
  void *funcptr;
};

该结构体有四个成员变量,这跟上述lldb模式下显示的成员变量相同,而第一个成员变量为isa指针,我们知道这是oc对象(实例、类、元类)的专属标志,很显然__main_block_impl_0是一个oc对象,而oc对象的本质就是在内存中为结构体,此处完全吻合;

<2>__main_block_desc_0

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)};

该结构体有两个成员变量,同时定义了一个结构体变量并对其赋值,reserved赋值为0,block_size赋值为__main_block_impl_0即block的内存大小;

<3>__main_block_impl_0构造函数

__main_block_impl_0在main 函数中传了三个参数:

//__main_block_func_0参数

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_tb_zgsq5gq15rd3zvbdmw1c09y80000gn_t_main_51dde3_mi_0, age);
            nslog((nsstring *)&__nsconstantstringimpl__var_folders_tb_zgsq5gq15rd3zvbdmw1c09y80000gn_t_main_51dde3_mi_1, a, b);
        }

很显然,__main_block_func_0函数存放的是block大括号里面的代码,而该函数是直接赋值给__main_block_impl_0构造函数的第一个参数fp指针,而fp又赋值给__block_impl结构体中的funcptr变量,因此,回顾上述lldb模式,funcptr指针存放的地址跟37号断点处转入汇编模式显示的首地址是一样的,结合此处,可以肯定,funcptr变量指向block大括号内的代码,该代码存放在内存中的分配好的函数中(__main_block_func_0);

//__main_block_desc_0_data参数

__main_block_desc_0_data是一个结构体,包含了block的内存大小,最终赋值给__main_block_desc_0结构体类型变量desc;

//age直接赋值给_age

构造函数中的第四个参数flags默认设置为0;

 

2)block调用(对3的分析)

block调用代码可以简化成以下代码

(__block_impl *)block->funcptr(block, 20, 30);

<1>参数:经上述分析,我们知道funcptr指向block大括号内的代码块即__main_block_func_0函数,该函数共有三个参数,block本身,和两个int类型变量,实参与形参一一对应,这点没问题;

<2>强引用:因为block是一个结构体指针,其引用结构体变量只能通过"->"形式引用(如果是结构体变量非指针,则可以通过点(.)引用——此处是c语言语法知识,稍啰嗦了点!);

但是funcptr并不是block(即__main_block_impl_0)结构体的成员变量,为什么能直接引用,而不应该是block->impl.funcptr吗?

我们看到block进行了强制转换(__block_impl *),而__block_impl结构体中是存在funcptr变量的,但这完全是两个不同的结构体,也不能强制转换引用啊?

我们可以看到,__block_impl结构体在__main_block_impl_0结构体中是第一个成员变量类型,即__main_block_impl_0的首地址其实就是__block_impl结构体的首地址,也就是说,__main_block_impl_0结构体的地址是从isa指针变量开始的,即__main_block_impl_0结构体在__block_impl结构体的大小范围内跟__block_impl结构体是完全重合的(其实就是同一片内存),只不过__main_block_impl_0结构体大小要比__block_impl结构体大——因此,经过强制转换后block完全可以直接引用funcptr成员变量;

 

五、结论

【1】block本质是一个oc对象,以结构体形式存放在内存中;block本身是一个指针,存放的是该结构体的内存地址(可以把block理解成函数名——函数名也是指针,指向函数的入口地址);

【2】block大括号内的代码存放在固定的函数中,该函数的入口地址存放在block结构体的成员变量指针(funcptr)中;

【3】block结构体分为函数调用结构体变量impl(包含isa指针变量、函数调用指针变量)、信息描述结构体指针变量desc(包含block内存大小成员变量)、外部引用变量(age),以及构造函数;

如下图所示(构造函数没有写出来,size即为block内存大小):

 

 

 

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