iOS - Block底层解析

软件设计

2017-07-19

Block是iOS开发中一种比较特殊的数据结构，它可以保存一段代码，在合适的地方再调用，具有语法简介、回调方便、编程思路清晰、执行效率高等优点，受到众多猿猿的喜爱。但是Block在使用过程中，如果对Block理解不深刻，容易出现Cycle Retain的问题。本文主要从ARC模式下解析一下Block的底层实现，以及Block的三种类型（栈、堆、全局）的区别。

一、Block定义

1. Block 定义及使用

返回值类型 (^block变量名)(形参列表) = ^(形参列表) {
};

// 调用Block保存的代码
block变量名(实参);

2. 项目中使用格式

在项目中，通常会重新定义Block的类型的别名，然后用别名来定义Block的类型

// 定义block类型
typedef void (^Block)(int);

// 定义block
Block block = ^(int a){};

// 调用block
block(3);

二、Block底层实现

Block的底层实现是结构体，和类的底层实现类似，都有isa指针，可以把Block当成是一个对象。下面通过创建一个控制台程序，来窥探Block的底层实现

1. block内存结构

Block 的内存结构图

iOS - Block底层解析

Block_layout结构体成员含义如下：

isa: 指向所属类的指针，也就是block的类型
flags: 标志变量，在实现block的内部操作时会用到
Reserved: 保留变量
invoke: block执行时调用的函数指针，block内部的执行代码都在这个函数中
descriptor: block的详细描述，包含 copy/dispose 函数，处理block引用外部变量时使用
variables: block范围外的变量，如果block没有调用任何外部变量，该变量就不存在

Block_descriptor结构体成员含义如下：

reserved: 保留变量
size: block的内存大小
copy: 拷贝block中被 __block 修饰的外部变量
dispose: 和 copy 方法配置应用，用来释放资源

具体实现代码如下（代码来自Block_private.h）:

enum {
    BLOCK_REFCOUNT_MASK =     (0xffff),
    BLOCK_NEEDS_FREE =        (1 << 24),
    BLOCK_HAS_COPY_DISPOSE =  (1 << 25),
    BLOCK_HAS_CTOR =          (1 << 26), /* Helpers have C++ code. */
    BLOCK_IS_GC =             (1 << 27),
    BLOCK_IS_GLOBAL =         (1 << 28),
    BLOCK_HAS_DESCRIPTOR =    (1 << 29)
};

/* Revised new layout. */
struct Block_descriptor {
    unsigned long int reserved;
    unsigned long int size;
    void (*copy)(void *dst, void *src);
    void (*dispose)(void *);
};

struct Block_layout {
    void *isa;
    int flags;
    int reserved; 
    void (*invoke)(void *, ...);
    struct Block_descriptor *descriptor;
    /* Imported variables. */
};

2. 创建block

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
    
        // 最简block
        ^{ };
    }
    return 0;
}

3. 转换结构

利用 clang 把 *.m 的文件转换为 *.cpp 文件，就可以看到 Block 的底层实现了

$ clang -rewrite-objc main.m

转换后的代码：

struct __block_impl {
    void *isa;
    int Flags;
    int Reserved;
    void *FuncPtr;
};

struct __main_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __main_block_desc_0* Desc;
  __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, int flags=0) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};
static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
}

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)};
int main(int argc, const char * argv[]) {
    /* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool;
        (void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA);
    }
    return 0;
}

从代码中可以看出，__main_block_impl_0就是Block的C++实现（最后面的_0代表是main中的第几个Block），__main_block_func_0是Block的代码块，__main_block_desc_0是Block的描述，__block_impl是Block的定义。

__block_impl成员含义如下：

isa: 指向所属类的指针，也就是block的类型
flags，标志变量，在实现block的内部操作时会用到
Reserved，保留变量
FuncPtr，block执行时调用的函数指针

__main_block_impl_0解释如下：

impl: block对象
Desc: block对象的描述

其中，__main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, int flags=0) 这是显式构造函数，flags的默认值为0，函数体如下：

__main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, int flags=0) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }

可以看出：

__main_block_impl_0的isa指针指向了_NSConcreteStackBlock，所有的局部block都是在栈上门创建
从main函数中看， __main_block_impl_0的FuncPtr指向了函数__main_block_func_0
__main_block_impl_0的Desc也指向了定义__main_block_desc_0时就创建的__main_block_desc_0_DATA，其中Block_size记录了block结构体大小等信息

__main_block_desc_0成员含义如下：

reserved: 保留变量
Block_size: block内存大小，sizeof(struct __main_block_impl_0)

三、Block类型

Block有三种类型：

_NSConcreteGlobalBlock: 存储在全局数据区
_NSConcreteStackBlock: 存储在栈区
_NSConcreteMallocBlock: 存储在堆区

APUE的进程虚拟内存段分布图如下：

iOS - Block底层解析

其中，_NSConcreteGlobalBlock 和 _NSConcreteStackBlock 可以由程序创建，而 _NSConcreteMallocBlock 则无法由程序创建，只能由 _NSConcreteStackBlock 通过拷贝生成。

1. 全局block 和栈block

测试代码如下：

void (^globalBlock)() = ^{

};

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
    
        void (^stackBlock1)() = ^{

        };
    }
    return 0;
}

clang转换后的代码如下：

// globalBlock
struct __globalBlock_block_impl_0 {
  ...
  __globalBlock_block_impl_0(void *fp, struct __globalBlock_block_desc_0 *desc, int flags=0) {
    impl.isa = &_NSConcreteGlobalBlock;
    ...
  }
};
...

// stackBlock
struct __main_block_impl_0 {
  ...
  __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, int flags=0) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    ...
  }
};
...
int main(int argc, const char * argv[]) {
    /* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool;
        void (*stackBlock)() = (void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA);
    }
    return 0;
}

可以看出， globalBlock 的 isa 指向了 _NSConcreteGlobalBlock，即在全局区域创建，编译时其具体代码在代码段中，Block变量则存储在全局数据区；而stackBlock 的 isa 则指向了 _NSConcreteStackBlock，表明在栈区创建。

2. 捕获外部参数对栈区block结构的影响

由于堆区 Block 是由栈区 Block 转化而成，所以下面主要分析栈区 Block 如何转化为堆区 Block。

捕获局部非静态变量

代码：

int a = 0;
    ^{a;};

转化后：

struct __Person__test_block_impl_0 {
  ...
  int a;
  // a(_a)是构造函数的参数列表初始化形式，相当于a = _a。从_I_Person_test看，传入的就是a
  __Person__test_block_impl_0(void *fp, struct __Person__test_block_desc_0 *desc, int _a, int flags=0) : a(_a) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    ...
  }
};

static void _I_Person_test(Person * self, SEL _cmd) {
    int a;
    (void (*)())&__Person__test_block_impl_0((void *)__Person__test_block_func_0, &__Person__test_block_desc_0_DATA, a);
}

可以看到，Block 对于栈区变量的引用只是值传递，由于 Block 内部变量 a 和外部变量 a 不在同一个作用域，所以在 Block 内部不能把变量 a 作为左值(left-value)，因为赋值没有意义。所以，如果出现如下代码，编译器会提示错误：

a = 10;

iOS - Block底层解析

捕获局部静态变量

代码：

static int a;
    ^{
        a = 10;
    };

转换后：

struct __Person__test_block_impl_0 {
  ...
  int *a;
  __Person__test_block_impl_0(void *fp, struct __Person__test_block_desc_0 *desc, int *_a, int flags=0) : a(_a) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    ...
  }
};
static void __Person__test_block_func_0(struct __Person__test_block_impl_0 *__cself) {
  int *a = __cself->a; // bound by copy
  // 这里通过局部静态变量a的地址来对其进行修改
  (*a) = 10;
}

static void _I_Person_test(Person * self, SEL _cmd) {
    static int a;
    // 传入a的地址
    (void (*)())&__Person__test_block_impl_0((void *)__Person__test_block_func_0, &__Person__test_block_desc_0_DATA, &a);
}

由于局部静态变量也存储在静态数据区，和程序拥有一样的生命周期，但是其作用范围局限在定义它的函数中，所有在Block里是通过地址来访问。

捕获全局变量

代码：

// 全局静态
static int a;
// 全局
int b;
- (void)test
{

    ^{
        a = 10;
        b = 10;
    };
}

转换后：

static int a;
int b;

static void __Person__test_block_func_0(struct __Person__test_block_impl_0 *__cself) {

  a = 10;
  b = 10;
}

static void _I_Person_test(Person * self, SEL _cmd) {

    (void (*)())&__Person__test_block_impl_0((void *)__Person__test_block_func_0, &__Person__test_block_desc_0_DATA);
}

可以看出，因为全局变量都在静态数据区，在程序结束前不会被销毁，所以block直接访问了对应的变量，而没有在Persontest_block_impl_0结构体中给变量预留位置。

捕获对象的变量

代码：

@interface Person()
{
    int _a;
}

@end

@implementation Person

- (void)test
{
    void (^block)() = ^{
        _a;
    };
}

@end

转换后：

struct __Person__test_block_impl_0 {
  ...
  Person *self;
  __Person__test_block_impl_0(void *fp, struct __Person__test_block_desc_0 *desc, Person *_self, int flags=0) : self(_self) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    ...
  }
};

static void __Person__test_block_func_0(struct __Person__test_block_impl_0 *__cself) {
  Person *self = __cself->self; // bound by copy

  (*(int *)((char *)self + OBJC_IVAR_$_Person$_a));
}

static void _I_Person_test(Person * self, SEL _cmd) {
    void (*block)() = ((void (*)())&__Person__test_block_impl_0((void *)__Person__test_block_func_0, &__Person__test_block_desc_0_DATA, self, 570425344));
}

可以看到，即使 Block只是引用对象的变量，但是底层依然引用的是对象本身 self，这和直接使用 self.a产生的循环引用的问题是一样的。所以，要在 Block 内使用对象的弱引用，即可解决循环引用的问题。并且，对变量a的访问也是通过 self的地址加 a的偏移量的形式。

**捕获__block修饰的基本变量**

代码：

__block int a;
    ^{
        a = 10;
    };

转换后：

struct __Block_byref_a_0 {
  void *__isa;
__Block_byref_a_0 *__forwarding;
 int __flags;
 int __size;
 int a;
};

struct __main_block_impl_0 {
  ...
  __Block_byref_a_0 *a; // by ref
  __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, __Block_byref_a_0 *_a, int flags=0) : a(_a->__forwarding) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    ...
  }
};

static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
  __Block_byref_a_0 *a = __cself->a; // bound by ref
  (a->__forwarding->a) = 10;
}

static void __main_block_copy_0(struct __main_block_impl_0*dst, struct __main_block_impl_0*src) {_Block_object_assign((void*)&dst->a, (void*)src->a, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);}

static void __main_block_dispose_0(struct __main_block_impl_0*src) {_Block_object_dispose((void*)src->a, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);}

static struct __main_block_desc_0 {
  ...
  void (*copy)(struct __main_block_impl_0*, struct __main_block_impl_0*);
  void (*dispose)(struct __main_block_impl_0*);
} __main_block_desc_0_DATA = { 0, sizeof(struct __main_block_impl_0), __main_block_copy_0, __main_block_dispose_0};

int main(int argc, const char * argv[]) {
    /* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool; 

        __attribute__((__blocks__(byref))) __Block_byref_a_0 a = {(void*)0,(__Block_byref_a_0 *)&a, 0, sizeof(__Block_byref_a_0), 1};

        ((void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, (__Block_byref_a_0 *)&a, 570425344));
    }
    return 0;
}

可以看到，被__block修饰的变量被封装成了一个对象，类型为__Block_byref_a_0，然后把&a作为参数传给了Block。

__Block_byref_a_0 成员含义如下：

__isa: 指向所属类的指针，被初始化为 (void*)0
__forwarding: 指向对象在堆中的拷贝
__flags: 标志变量，在实现block的内部操作时会用到
__size: 对象的内存大小
a: 原始类型的变量

其中，isa、__flags 和 __size 的含义和之前类似，而 __forwarding 是用来指向对象在堆中的拷贝，runtime.c 里有源码说明：

static void _Block_byref_assign_copy(void *dest, const void *arg, const int flags) {
    ...
    struct Block_byref *copy = (struct Block_byref *)_Block_allocator(src->size, false, isWeak);
    copy->flags = src->flags | _Byref_flag_initial_value; // non-GC one for caller, one for stack
    // 堆中拷贝的forwarding指向它自己
    copy->forwarding = copy; // patch heap copy to point to itself (skip write-barrier)
    // 栈中的forwarding指向堆中的拷贝
    src->forwarding = copy;  // patch stack to point to heap copy
    copy->size = src->size;
    ...
}

这样做是为了保证在 Block内或 Block 变量后面对变量a的访问，都是直接访问堆内的对象，而不上栈上的变量。同时，在 Block 拷贝到堆内时，它所捕获的由 __block 修饰的局部基本类型也会被拷贝到堆内（拷贝的是封装后的对象），从而会有 copy 和 dispose处理函数。

Block_byref的结构定义在 Block_private.h 文件里有介绍:

struct Block_byref {
    void *isa;
    struct Block_byref *forwarding;
    int flags; /* refcount; */
    int size;
    void (*byref_keep)(struct Block_byref *dst, struct Block_byref *src);
    void (*byref_destroy)(struct Block_byref *);
    /* long shared[0]; */
};

// flags/_flags类型
enum {
        /* See function implementation for a more complete description of these fields and combinations */
        // 是一个对象
        BLOCK_FIELD_IS_OBJECT   =  3,  /* id, NSObject, __attribute__((NSObject)), block, ... */
        // 是一个block
        BLOCK_FIELD_IS_BLOCK    =  7,  /* a block variable */
        // 被__block修饰的变量
        BLOCK_FIELD_IS_BYREF    =  8,  /* the on stack structure holding the __block variable */
        // 被__weak修饰的变量，只能被辅助copy函数使用
        BLOCK_FIELD_IS_WEAK     = 16,  /* declared __weak, only used in byref copy helpers */
        // block辅助函数调用（告诉内部实现不要进行retain或者copy）
        BLOCK_BYREF_CALLER      = 128  /* called from __block (byref) copy/dispose support routines. */
};

可以看到，Block_byref 和 __Block_byref_a_0 的前4个成员类型相同，可以互相转化。

** copy 函数

copy 的实现函数是 _Block_object_assign，它根据对象的 flags 来判断是否需要拷贝，或者只是赋值，函数实现在 runtime.c 里：

// _Block_object_assign源码
void _Block_object_assign(void *destAddr, const void *object, const int flags) {
...
    else if ((flags & BLOCK_FIELD_IS_BYREF) == BLOCK_FIELD_IS_BYREF)  {
        // copying a __block reference from the stack Block to the heap
        // flags will indicate if it holds a __weak reference and needs a special isa
        _Block_byref_assign_copy(destAddr, object, flags);
    }
...
}

// _Block_byref_assign_copy源码
static void _Block_byref_assign_copy(void *dest, const void *arg, const int flags) {
    // 这里因为前面4个成员的内存分布一样，所以直接转换后，使用Block_byref的成员变量名，能访问到__Block_byref_a_0的前面4个成员
    struct Block_byref **destp = (struct Block_byref **)dest;
    struct Block_byref *src = (struct Block_byref *)arg;
...
    else if ((src->forwarding->flags & BLOCK_REFCOUNT_MASK) == 0) {
        // 从main函数对__Block_byref_a_0的初始化，可以看到初始化时将flags赋值为0
        // 这里表示第一次拷贝，会进行复制操作，并修改原来flags的值
        // static int _Byref_flag_initial_value = BLOCK_NEEDS_FREE | 2;
        // 可以看出，复制后，会并入BLOCK_NEEDS_FREE，后面的2是block的初始引用计数
        ...
        copy->flags = src->flags | _Byref_flag_initial_value;
        ...
    }
    // 已经拷贝到堆了，只增加引用计数
    else if ((src->forwarding->flags & BLOCK_NEEDS_FREE) == BLOCK_NEEDS_FREE) {
        latching_incr_int(&src->forwarding->flags);
    }
    // 普通的赋值，里面最底层就*destptr = value;这句表达式
    _Block_assign(src->forwarding, (void **)destp);
}

主要操作都在代码注释中了，总体来说，__block修饰的基本类型会被包装为对象，并且只在最初block拷贝时复制一次，后面的拷贝只会增加这个捕获变量的引用计数。

** dispose 函数

dispose 的实现函数是 _Block_object_dispose，代码依然可以在 runtime.c 里：

void _Block_object_dispose(const void *object, const int flags) {
    //printf("_Block_object_dispose(%p, %x)\n", object, flags);
    if (flags & BLOCK_FIELD_IS_BYREF)  {
        // get rid of the __block data structure held in a Block
        _Block_byref_release(object);
    }
    ...
}

// Old compiler SPI
static void _Block_byref_release(const void *arg) {
    struct Block_byref *shared_struct = (struct Block_byref *)arg;
    int refcount;

    // dereference the forwarding pointer since the compiler isn't doing this anymore (ever?)
    shared_struct = shared_struct->forwarding;
    
    ...
    refcount = shared_struct->flags & BLOCK_REFCOUNT_MASK;
    ...
    else if ((latching_decr_int(&shared_struct->flags) & BLOCK_REFCOUNT_MASK) == 0) {
        ...
    }
}

可以看到，被__block修改的变量，释放时要 latching_decr_int减引用计数，直到计数为0，就释放改对象；而普通的对象、Block，就直接释放销毁。

**捕获没有__block修饰的对象**

代码：

NSObject *a = [[NSObject alloc] init];
    Block block = ^ {
        a;
    };

转换后部分结果如下：

static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
  NSObject *a = __cself->a; // bound by copy
  a;
}

static void __main_block_copy_0(struct __main_block_impl_0*dst, struct __main_block_impl_0*src) {_Block_object_assign((void*)&dst->a, (void*)src->a, 3/*BLOCK_FIELD_IS_OBJECT*/);}

static void __main_block_dispose_0(struct __main_block_impl_0*src) {_Block_object_dispose((void*)src->a, 3/*BLOCK_FIELD_IS_OBJECT*/);}

int main(int argc, const char * argv[]) {
    /* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool; 
        ...
        Block block = ((void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, a, 570425344));
    }
    return 0;
}

对象在没有__block修饰时，并没有产生__Block_byref_a_0结构体，只是将标志位修改为BLOCK_FIELD_IS_OBJECT。而在_Block_object_assign中对应的判断分支代码如下:

...
else if ((flags & BLOCK_FIELD_IS_OBJECT) == BLOCK_FIELD_IS_OBJECT) {
    _Block_retain_object(object);
    _Block_assign((void *)object, destAddr);
}
...

可以看到，block复制时，会retain捕捉对象，以增加其引用计数。

**捕获有__block修饰的对象**

代码：

__block NSObject *a = [[NSObject alloc] init];
    Block block = ^ {
        a;
    };

转化后部分结果如下：

struct __Block_byref_a_0 {
  void *__isa;
__Block_byref_a_0 *__forwarding;
 int __flags;
 int __size;
 void (*__Block_byref_id_object_copy)(void*, void*);
 void (*__Block_byref_id_object_dispose)(void*);
 NSObject *a;
};
int main(int argc, const char * argv[]) {
    /* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool;
attribute__((__blocks__(byref))) __Block_byref_a_0 a = {(void*)0,(__Block_byref_a_0 *)&a, 33554432, sizeof(__Block_byref_a_0), __Block_byref_id_object_copy_131, __Block_byref_id_object_dispose_131,....};
Block block = (void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, (__Block_byref_a_0 *)&a, 570425344);
}

// 以下的40表示__Block_byref_a_0对象a的位移（4个指针(32字节)＋2个int变量(8字节)＝40字节）
static void __Block_byref_id_object_copy_131(void *dst, void *src) {
 _Block_object_assign((char*)dst + 40, *(void * *) ((char*)src + 40), 131);
}
static void __Block_byref_id_object_dispose_131(void *src) {
 _Block_object_dispose(*(void * *) ((char*)src + 40), 131);
}

可以看到，对于对象，处理增加了__Block_byref_a_0外，还另外增加了两个辅助函数__Block_byref_id_object_copy、__Block_byref_id_object_dispose,以实现对对象内存的管理。其中两者的最后一个参数131表示BLOCK_BYREF_CALLER|BLOCK_FIELD_IS_OBJECT，BLOCK_BYREF_CALLER表示在内部实现中不对a对象进行retain或copy；以下为_Block_object_assign函数的部分代码：

if ((flags & BLOCK_BYREF_CALLER) == BLOCK_BYREF_CALLER) {
    ...
    else {
        // do *not* retain or *copy* __block variables whatever they are
        _Block_assign((void *)object, destAddr);
    }
}

_Block_byref_assign_copy函数的以下代码会对上面的辅助函数__Block_byref_id_object_copy_131进行调用；570425344表示BLOCK_HAS_COPY_DISPOSE | BLOCK_HAS_DESCRIPTOR，即（1<<25 | 1<<29），_Block_byref_assign_copy函数的部分代码:

if (src->flags & BLOCK_HAS_COPY_DISPOSE) {
    // Trust copy helper to copy everything of interest
    // If more than one field shows up in a byref block this is wrong XXX
    copy->byref_keep = src->byref_keep;
    copy->byref_destroy = src->byref_destroy;
    (*src->byref_keep)(copy, src);
}

四、ARC中block的工作特点

在ARC模式下，在栈间传递Block时，不需要手动copy栈中的Block，即可让Block正常工作。主要原因是ARC对栈中的Block自动执行了copy，将_NSConcreteStackBlock类型的Block转换成了_NSConcreteMallocBlock类型的Block。

1. block，非函数参数

代码：

int i = 10;
    void (^block)() = ^{i;};
    
    __unsafe_unretained void (^weakBlock)() = ^{i;};
    
    void (^stackBlock)() = ^{};
    
    NSLog(@"%@", ^{i;});
    
    NSLog(@"%@", block);
    
    NSLog(@"%@", weakBlock);
    
    NSLog(@"%@", stackBlock);
    
    /* ARC
     <__NSStackBlock__: 0x7fff5fbff708>
     <__NSMallocBlock__: 0x100300000>
     <__NSStackBlock__: 0x7fff5fbff738>
     <__NSGlobalBlock__: 0x100001110>
     */
    
    /* MRC
     <__NSStackBlock__: 0x7fff5fbff6e0>
     <__NSStackBlock__: 0x7fff5fbff740>
     <__NSStackBlock__: 0x7fff5fbff710>
     <__NSGlobalBlock__: 0x1000010e0>*/

从打印结果可以看出，ARC模式下，Block 只有引用了外部的变量，并且被强引用，才会被拷贝到堆上；只引用了外部的变量，或者被弱引用都只在栈上创建；如果没有引用外部变量，无论是否被强引用，都会被转换为全局 Block，也就是说，在编译时，这个Block的所有内容已经在代码段中生成了。

2. block，作为参数传递

代码

typedef void (^Block)();

NSMutableArray *arrays;

void testBlock() {
    int a = 5;
    
    [arrays addObject:^{
        NSLog(@"%d", a);
    }];
}

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        // insert code here..
        
        arrays = @[].mutableCopy;
        
        testBlock();
        
        Block block = [arrays firstObject];
        
        NSLog(@"%@", block);
        
        /* ARC
         * <__NSMallocBlock__: 0x1006034c0>
         */
        
        /* MRC
         * 崩溃，野指针
         */
    }
    return 0;
}

可以看出，ARC模式下，栈区的Block 被拷贝到了堆区，在 testBlock 函数结束后依然可以访问；而 MRC模式下，由于我们没有手动执行[block copy]来将Block拷贝到堆区，随着函数生命周期结束，Block被销毁，访问时出现野指针错误，但是如果把testBlock函数中的Block打印语句删掉:

NSLog(@"%d", a);

那么，Block就变为全局的，在MRC模式下，再次访问不会出错。

参考文章

http://www.jianshu.com/p/51d04b7639f1

http://www.jianshu.com/p/aff2cad778c0

http://www.galloway.me.uk/2013/05/a-look-inside-blocks-episode-3-block-copy/

runtime.c

Block.private.h

block ios block使用变量

安科网

iOS - Block底层解析

软件设计

一、Block定义

1. Block 定义及使用

2. 项目中使用格式

二、Block底层实现

1. block内存结构

2. 创建block

3. 转换结构

三、Block类型

1. 全局block 和栈block

2. 捕获外部参数对栈区block结构的影响

四、ARC中block的工作特点

1. block，非函数参数

2. block，作为参数传递

参考文章

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