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iOS中__block 关键字的底层实现原理

《iOS面试题集锦(附答案)》 中有这样一道题目:
在block内如何修改block外部变量?(38题)答案如下:

默认情况下,在block中访问的外部变量是复制过去的,即:写操作不对原变量生效。但是你可以加上 __block 来让其写操作生效,示例代码如下:

这是 微博@唐巧_boy的《iOS开发进阶》中的第11.2.3章节中的描述。你同样可以在面试中这样回答,但你并没有答到“点子上”。真正的原因,并没有书这本书里写的这么“神奇”,而且这种说法也有点牵强。面试官肯定会追问“为什么写操作就生效了?”真正的原因是这样的:

我们都知道:Block不允许修改外部变量的值,这里所说的外部变量的值,指的是栈中指针的内存地址。__block 所起到的作用就是只要观察到该变量被 block 所持有,就将“外部变量”在栈中的内存地址放到了堆中。进而在block内部也可以修改外部变量的值。

Block不允许修改外部变量的值Apple这样设计,应该是考虑到了block的特殊性,block也属于“函数”的范畴,变量进入block,实际就是已经改变了作用域。在几个作用域之间进行切换时,如果不加上这样的限制,变量的可维护性将大大降低。又比如我想在block内声明了一个与外部同名的变量,此时是允许呢还是不允许呢?只有加上了这样的限制,这样的情景才能实现。

我们可以打印下内存地址来进行验证:

“定义后”和“block内部”两者的内存地址是一样的,我们都知道 block 内部的变量会被 copy 到堆区,“block内部”打印的是堆地址,因而也就可以知道,“定义后”打印的也是堆的地址。

那么如何证明“block内部”打印的是堆地址?

把三个16进制的内存地址转成10进制就是:

  1. 定义后前:6171559672
  2. block内部:5732708296
  3. 定义后后:5732708296

中间相差438851376个字节,也就是 418.5M 的空间,因为堆地址要小于栈地址,又因为iOS中一个进程的栈区内存只有1M,Mac也只有8M,显然a已经是在堆区了。

这也证实了:a 在定义前是栈区,但只要进入了 block 区域,就变成了堆区。这才是 __block 关键字的真正作用。

理解到这是因为堆栈地址的变更,而非所谓的“写操作生效”,这一点至关重要,要不然你如何解释下面这个现象:

以下代码编译可以通过,并且在block中成功将a的从Tom修改为Jerry。

这里的a已经由基本数据类型,变成了对象类型。对象类型,block会对对象类型的指针进行copy,copy到堆中,但并不会改变该指针所指向的堆中的地址,所以在上面的示例代码中,block体内修改的实际是a指向的堆中的内容。

但如果我们尝试像上面图片中的65行那样做,结果会编译不通过,那是因为此时你在修改的就不是堆中的内容,而是栈中的内容。

上文已经说过:Block不允许修改外部变量的值,这里所说的外部变量的值,指的是栈中指针的内存地址。

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