Block 内存布局详解

1 内存布局

按照LLVM工程源码中的Block-ABI-Apple.rst描述，Block的内存布局如下:

1. struct Block {
2.     void *isa;
3.     int flags;
4.     int reserved;
5.     R(*invoke)(Block *, ...);
6.     struct Block_Descriptor {
7.         unsigned long int reserved;
8.         unsigned long int size;
9.         void(*copy_helper)(void *dst, void *src);
10.         void(*dispose_helper)(void *src);
11.     } *descriptor;
12.     // 被捕获的变量
13.     ...
14. }

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isa表明Block也是一个OC对象，它的取值后面会说明。
flags是各种标志位，它的取值后面会说明。
reserved是保留字段，不赋值。
invoke是函数指针，指向Block要执行的函数。
descriptor是一个结构体指针，里面包含了Block的各种描述信息。
descriptor.reserved是保留字段，不会进行赋值。
descriptor.size是整个Block结构体的大小。
descriptor.copy_helper与Block的拷贝相关，这个成员只有满足特定条件才会存在，后面会有介绍。
descriptor.dispose_helper与Block的释放相关，这个成员只有满足特定条件才会存在，后面会有介绍。
descriptor后面就是Block捕获的各种变量。

下面用一个例子来直观感受一下，假设有下面的Block定义:

1. int bi = 4;
2. void(^blk)(int, int, int) = ^(int i, int j, int k) {
3.     int result = i + j + k + bi;
4.     NSLog(@"%ld", result);
5. };

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使用lldb查看内存布局如下:

1. (lldb) po $x0
2. <__NSStackBlock__: 0x16ba0f280>
3. signature: "v20@?0i8i12i16"
4. invoke   : 0x1043eff4c (~/Library/Developer/CoreSimulator/Devices/ABFDFFF1-D158-48E1-9C91-0C8642E93E82/data/Containers/Bundle/Application/FC608AF0-55EA-493E-A1D4-851CFD67F9F0/iOSTest.app/iOSTest`__22-[BlockHandler handle]_block_invoke)

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可以看到上面的Block是一个__NSStackBlock，地址是0x16ba0f280。
下面看下地址0x16ba0f280对应的内存值:

1. (lldb) x/8g 0x16ba0f280
2. 0x16ba0f280: 0x00000001f2d7bb28 0x00000000c0000000
3. 0x16ba0f290: 0x00000001043eff4c 0x00000001043fc220
4. 0x16ba0f2a0: 0x0000000000000004

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按照上面所述的内存布局:
0x00000001f2d7bb28就是isa指针。
0x00000000c0000000就是reserved+flags，高4字节是reserved，低4字节是flags。
0x00000001043eff4c就是invoke指针。
0x00000001043fc220就是descriptor指针。
0x0000000000000004就是捕获的变量bi，它的值是4。
我们分别将它们的值打印出来确认一下:

1. # isa
2. (lldb) po 0x00000001f2d7bb28
3. __NSStackBlock__
5. # invoke
6. (lldb) image lookup -a 0x00000001043eff4c
7.       Address: iOSTest[0x0000000100003f4c] (iOSTest.__TEXT.__text + 12020)
8.       Summary: iOSTest`__22-[BlockHandler handle]_block_invoke at BlockHandler.m:16
9.       
10. # descriptor 指针
11. (lldb) image lookup -a 0x00000001043fc220
12.       Address: iOSTest[0x0000000100010220] (iOSTest.__DATA_CONST.__const + 0)
13.       Summary: iOSTest`__block_descriptor_36_e14_v20
    ?0i8i12i16l

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descriptor结构体的内存值也可以打印出来:

1. (lldb) x/8g 0x00000001043fc220
2. 0x1043fc220: 0x0000000000000000 0x0000000000000024

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可以看到第1个8字节是reserved字段，没有赋值，保持0。
第2个8字节是size字段，表示整个Block结构体占用0x24个字节，换算成10进制就是36字节，捕获的int变量只占用了4字节。
由于不满足条件，descriptor结构体没有copy_helper和dispose_helper。
2 isa

Block结构体最顶部是isa指针，说明也可以看成一个OC对象。
Block的类型可以有以下3种:
StackBlock: 创建在栈上的Block；
GlobalBlock: 全局的Block；
MallocBlock: 创建在堆上的Block。
但是，上面所写的Block例子:

1. int bi = 4;
2. void(^blk)(int, int, int) = ^(int i, int j, int k) {
3.     int result = i + j + k + bi;
4.     NSLog(@"%ld", result);
5. };

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看起来应该是一个StackBlock，但是如果在lldb上打印blk，会发现它是一个MallocBlock:

1. (lldb) po [blk description]
2. <__NSMallocBlock__: 0x600000c1c1b0>

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原因是在ARC环境下，编译器自动将创建出来的StackBlock进行了Retain操作，导致变成了MallocBlock:

1. ...
2. 0x104b7bebc <+112>: add    x8, x8, #0x220            ; __block_descriptor_36_e14_v20
   ?0i8i12i16l
3. 0x104b7bec0 <+116>: str    x8, [sp, #0x48]
4. 0x104b7bec4 <+120>: ldur   w8, [x29, #-0x14]
5. 0x104b7bec8 <+124>: str    w8, [sp, #0x50]
6. ->  0x104b7becc <+128>: bl     0x104b81278               ; symbol stub for: objc_retainBlock

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如果想查看StackBlock，就要在Retain之前，像上面一样打印$x0寄存器。
同时，并不仅仅是定义在全局环境下的Block才能成为GlobalBlock。
满足下面2个条件，也可以成为GlobalBlock:
1 定义的Block不捕获任何变量；
2 Block内部只使用全局变量或者static变量。
也就是说，下面定义的Block都是GlobalBlock:

1. void blockTest() {
2.   // 没有捕获任何变量
3.   void(^blk)(int, int, int) = ^(int i, int j, int k) {
4.       int result = i + j + k;
5.       NSLog(@"%ld", result);
6.   };
7. }
9. int g = 1; // 全局变量
10. void blockTest() {
11.   // 只使用全局变量
12.   void(^blk)(int, int, int) = ^(int i, int j, int k) {
13.       int result = i + j + k + g;
14.       NSLog(@"%ld", result);
15.   };
16. }
18. static int s = 1; // 静态变量
19. void blockTest() {
20.   // 只使用静态变量
21.   void(^blk)(int, int, int) = ^(int i, int j, int k) {
22.       int result = i + j + k + s;
23.       NSLog(@"%ld", result);
24.   };
25. }
27. void blockTest() {
28.   static int s = 1; // 局部静态变量
29.   // 只使用局部静态变量
30.   void(^blk)(int, int, int) = ^(int i, int j, int k) {
31.       int result = i + j + k + s;
32.       NSLog(@"%ld", result);
33.   };
34. }

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3 flags

在LLVM工程源码中的CGBlocks.h中定义了flags:
[code]enum BlockLiteralFlags {  BLOCK_IS_NOESCAPE      =  (1