block使用小结、在arc中使用block、如何防止循环引用

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author:BlueBox

 

 

引言

使用block已经有一段时间了,感觉自己了解的还行,但是几天前看到CocoaChina上一个关于block的小测试主题 : 【小测试】你真的知道blocks在Objective-C中是怎么工作的吗?,发现竟然做错了几道, 才知道自己想当然的理解是错误的,所以抽时间学习了下,并且通过一些测试代码进行测试,产生这篇博客。

Block简介(copy一段)

Block作为C语言的扩展,并不是高新技术,和其他语言的闭包或lambda表达式是一回事。需要注意的是由于Objective-C在iOS中不支持GC机制,使用Block必须自己管理内存,而内存管理正是使用Block坑最多的地方,错误的内存管理 要么导致return cycle内存泄漏要么内存被提前释放导致crash。 Block的使用很像函数指针,不过与函数最大的不同是:Block可以访问函数以外、词法作用域以内的外部变量的值。换句话说,Block不仅 实现函数的功能,还能携带函数的执行环境。

 

可以这样理解,Block其实包含两个部分内容

  1. Block执行的代码,这是在编译的时候已经生成好的;
  2. 一个包含Block执行时需要的所有外部变量值的数据结构。 Block将使用到的、作用域附近到的变量的值建立一份快照拷贝到栈上。

Block与函数另一个不同是,Block类似ObjC的对象,可以使用自动释放池管理内存(但Block并不完全等同于ObjC对象,后面将详细说明)。

Block基本语法

基本语法在本文就不赘述了,同学们自学。

Block的类型与内存管理

根据Block在内存中的位置分为三种类型NSGlobalBlock,NSStackBlock, NSMallocBlock。

  • NSGlobalBlock:类似函数,位于text段;
  • NSStackBlock:位于栈内存,函数返回后Block将无效;
  • NSMallocBlock:位于堆内存。

1、NSGlobalBlock如下,我们可以通过是否引用外部变量识别,未引用外部变量即为NSGlobalBlock,可以当做函数使用。

{
    //create a NSGlobalBlock
    float (^sum)(float, float) = ^(float a, float b){

        return a + b;
    };

    NSLog(@"block is %@", sum); //block is <__NSGlobalBlock__: 0x47d0>
}

2、NSStackBlock如下:

{
    NSArray *testArr = @[@"1", @"2"];

    void (^TestBlock)(void) = ^{

        NSLog(@"testArr :%@", testArr);
    };

    NSLog(@"block is %@", ^{

        NSLog(@"test Arr :%@", testArr);
    });
    //block is <__NSStackBlock__: 0xbfffdac0>
    //打印可看出block是一个 NSStackBlock, 即在栈上, 当函数返回时block将无效

    NSLog(@"block is %@", TestBlock);
    //block is <__NSMallocBlock__: 0x75425a0>
    //上面这句在非arc中打印是 NSStackBlock, 但是在arc中就是NSMallocBlock
    //即在arc中默认会将block从栈复制到堆上,而在非arc中,则需要手动copy.
}

3、NSMallocBlock只需要对NSStackBlock进行copy操作就可以获取,但是retain操作就不行,会在下面说明

Block的copy、retain、release操作 (还是copy一段)

不同于NSObjec的copy、retain、release操作:

  • Block_copy与copy等效,Block_release与release等效;
  • 对Block不管是retain、copy、release都不会改变引用计数retainCount,retainCount始终是1;
  • NSGlobalBlock:retain、copy、release操作都无效;
  • NSStackBlock:retain、release操作无效,必须注意的是,NSStackBlock在函数返回后,Block内存将被回收。即使retain也没用。容易犯的错误是[[mutableAarry addObject:stackBlock],(补:在arc中不用担心此问题,因为arc中会默认将实例化的block拷贝到堆上)在函数出栈后,从mutableAarry中取到的stackBlock已经被回收,变成了野指针。正确的做法是先将stackBlock copy到堆上,然后加入数组:[mutableAarry addObject:[[stackBlock copy] autorelease]]。支持copy,copy之后生成新的NSMallocBlock类型对象。
  • NSMallocBlock支持retain、release,虽然retainCount始终是1,但内存管理器中仍然会增加、减少计数。copy之后不会生成新的对象,只是增加了一次引用,类似retain;
  • 尽量不要对Block使用retain操作。

Block对外部变量的存取管理

基本数据类型

1、局部变量

局部自动变量,在Block中只读。Block定义时copy变量的值,在Block中作为常量使用,所以即使变量的值在Block外改变,也不影响他在Block中的值。

{
    int base = 100;
    long (^sum)(int, int) = ^ long (int a, int b) {

        return base + a + b;
    };

    base = 0;
    printf("%ldn",sum(1,2));
    // 这里输出是103,而不是3, 因为块内base为拷贝的常量 100
}

2、static修饰符的全局变量

因为全局变量或静态变量在内存中的地址是固定的,Block在读取该变量值的时候是直接从其所在内存读出,获取到的是最新值,而不是在定义时copy的常量.

{
    static int base = 100;
    long (^sum)(int, int) = ^ long (int a, int b) {
        base++;
        return base + a + b;
    };

    base = 0;
    printf("%ldn",sum(1,2));
    // 这里输出是4,而不是103, 因为base被设置为了0
    printf("%dn", base);
    // 这里输出1, 因为sum中将base++了
}

3、__block修饰的变量

Block变量,被__block修饰的变量称作Block变量。 基本类型的Block变量等效于全局变量、或静态变量。

注:Block被另一个Block使用时,另一个Block被copy到堆上时,被使用的Block也会被copy。但作为参数的Block是不会发生copy的

OBJC对象

block对于objc对象的内存管理较为复杂,这里要分static global local block变量分析、还要分非arc和arc分析

非arc中的变量

先看一段代码(非arc)

@interface MyClass : NSObject {
    NSObject* _instanceObj;
}
@end

@implementation MyClass

NSObject* __globalObj = nil;

- (id) init {
    if (self = [super init]) {
        _instanceObj = [[NSObject alloc] init];
    }
    return self;
}

- (void) test {
    static NSObject* __staticObj = nil;
    __globalObj = [[NSObject alloc] init];
    __staticObj = [[NSObject alloc] init];

    NSObject* localObj = [[NSObject alloc] init];
    __block NSObject* blockObj = [[NSObject alloc] init];

    typedef void (^MyBlock)(void) ;
    MyBlock aBlock = ^{
        NSLog(@"%@", __globalObj);
        NSLog(@"%@", __staticObj);
        NSLog(@"%@", _instanceObj);
        NSLog(@"%@", localObj);
        NSLog(@"%@", blockObj);
    };
    aBlock = [[aBlock copy] autorelease];
    aBlock();

    NSLog(@"%d", [__globalObj retainCount]);
    NSLog(@"%d", [__staticObj retainCount]);
    NSLog(@"%d", [_instanceObj retainCount]);
    NSLog(@"%d", [localObj retainCount]);
    NSLog(@"%d", [blockObj retainCount]);
}
@end

int main(int argc, char *argv[]) {
    @autoreleasepool {
        MyClass* obj = [[[MyClass alloc] init] autorelease];
        [obj test];
        return 0;
    }
}

执行结果为1 1 1 2 1。

__globalObj和__staticObj在内存中的位置是确定的,所以Block copy时不会retain对象。

_instanceObj在Block copy时也没有直接retain _instanceObj对象本身,但会retain self。所以在Block中可以直接读写_instanceObj变量。

localObj在Block copy时,系统自动retain对象,增加其引用计数。

blockObj在Block copy时也不会retain。

arc中的变量测试

由于arc中没有retain,retainCount的概念。只有强引用和弱引用的概念。当一个变量没有__strong的指针指向它时,就会被系统释放。因此我们可以通过下面的代码来测试。

代码片段1(globalObject全局变量)

NSString *__globalString = nil;

- (void)testGlobalObj
{
    __globalString = @"1";
    void (^TestBlock)(void) = ^{

        NSLog(@"string is :%@", __globalString); //string is :( null)
    };

    __globalString = nil;

    TestBlock();
}

- (void)testStaticObj
{
    static NSString *__staticString = nil;
    __staticString = @"1";

    printf("static address: %pn", &__staticString);    //static address: 0x6a8c

    void (^TestBlock)(void) = ^{

        printf("static address: %pn", &__staticString); //static address: 0x6a8c

        NSLog(@"string is : %@", __staticString); //string is :( null)
    };

    __staticString = nil;

    TestBlock();
}

- (void)testLocalObj
{
    NSString *__localString = nil;
    __localString = @"1";

    printf("local address: %pn", &__localString); //local address: 0xbfffd9c0

    void (^TestBlock)(void) = ^{

        printf("local address: %pn", &__localString); //local address: 0x71723e4

        NSLog(@"string is : %@", __localString); //string is : 1
    };

    __localString = nil;

    TestBlock();
}

- (void)testBlockObj
{
    __block NSString *_blockString = @"1";

    void (^TestBlock)(void) = ^{

        NSLog(@"string is : %@", _blockString); // string is :( null)
    };

    _blockString = nil;

    TestBlock();
}

- (void)testWeakObj
{
    NSString *__localString = @"1";

    __weak NSString *weakString = __localString;

    printf("weak address: %pn", &weakString);  //weak address: 0xbfffd9c4
    printf("weak str address: %pn", weakString); //weak str address: 0x684c

    void (^TestBlock)(void) = ^{

        printf("weak address: %pn", &weakString); //weak address: 0x7144324
        printf("weak str address: %pn", weakString); //weak str address: 0x684c

        NSLog(@"string is : %@", weakString); //string is :1
    };

    __localString = nil;

    TestBlock();
}

由以上几个测试我们可以得出:

1、只有在使用local变量时,block会复制指针,且强引用指针指向的对象一次。其它如全局变量、static变量、block变量等,block不会拷贝指针,只会强引用指针指向的对象一次。

2、即时标记了为__weak或__unsafe_unretained的local变量。block仍会强引用指针对象一次。(这个不太明白,因为这种写法可在后面避免循环引用的问题)

循环引用retain cycle

循环引用指两个对象相互强引用了对方,即retain了对方,从而导致谁也释放不了谁的内存泄露问题。如声明一个delegate时一般用assign而不能用retain或strong,因为你一旦那么做了,很大可能引起循环引用。在以往的项目中,我几次用动态内存检查发现了循环引用导致的内存泄露。

这里讲的是block的循环引用问题,因为block在拷贝到堆上的时候,会retain其引用的外部变量,那么如果block中如果引用了他的宿主对象,那很有可能引起循环引用,如:

self.myblock = ^{

            [self doSomething];
        };

为测试循环引用,写了些测试代码用于避免循环引用的方法,如下,(只有arc的,懒得做非arc测试了)

- (void)dealloc
{

    NSLog(@"no cycle retain");
}

- (id)init
{
    self = [super init];
    if (self) {

#if TestCycleRetainCase1

        //会循环引用
        self.myblock = ^{

            [self doSomething];
        };
#elif TestCycleRetainCase2

        //会循环引用
        __block TestCycleRetain *weakSelf = self;
        self.myblock = ^{

            [weakSelf doSomething];
        };

#elif TestCycleRetainCase3

        //不会循环引用
        __weak TestCycleRetain *weakSelf = self;
        self.myblock = ^{

            [weakSelf doSomething];
        };

#elif TestCycleRetainCase4

        //不会循环引用
        __unsafe_unretained TestCycleRetain *weakSelf = self;
        self.myblock = ^{

            [weakSelf doSomething];
        };

#endif

        NSLog(@"myblock is %@", self.myblock);

    }
    return self;
}

- (void)doSomething
{
    NSLog(@"do Something");
}

int main(int argc, char *argv[]) {
    @autoreleasepool {
        TestCycleRetain* obj = [[TestCycleRetain alloc] init];
        obj = nil;
        return 0;
    }
}

经过上面的测试发现,在加了__weak和__unsafe_unretained的变量引入后,TestCycleRetain方法可以正常执行dealloc方法,而不转换和用__block转换的变量都会引起循环引用。

因此防止循环引用的方法如下:

__unsafe_unretained TestCycleRetain *weakSelf = self;

end