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iOS进阶（一）block与property

由 好久不见. 提交于 2019-12-10 05:58:06

iOS进阶（一）block与property

 

这篇读书笔记主要介绍了C语言内存分配、block疑难点、property的深入理解，自己对这三块做了系统性的总结，希望对你有所帮助。

C语言内存分配

Objective-C从名字来看就可以知道是一门超C语言，所以了解C语言的内存模型对于理解Objective-C的内存管理有很大的帮助。C语言内存模型图如下：

1-1 C内存分配.png

从图中可以看出内存被分成了5个区，每个区存储的内容如下：

  • 栈区(stack)：存放函数的参数值、局部变量的值等，由编译器自动分配释放，通常在函数执行结束后就释放了，其操作方式类似数据结构中的栈。栈内存分配运算内置于处理器的指令集，效率很高，但是分配的内存容量有限，比如iOS中栈区的大小是2M。

  • 堆区(heap)：就是通过new、malloc、realloc分配的内存块，它们的释放编译器不去管，由我们的应用程序去释放。如果应用程序没有释放掉，操作系统会自动回收。分配方式类似于链表。

  • 静态区：全局变量和静态变量的存储是放在一块的，初始化的全局变量和静态变量在一块区域，未初始化的全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另一块区域。程序结束后，由系统释放。

  • 常量区：常量存储在这里，不允许修改的。

  • 代码区：存放函数体的二进制代码。

栈区在什么时候释放内存呢？我们通过下面的一个例子来说明下：

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- (void)print {

    int i = 10;

    int j = 20;

    NSLog(@"i+j = %d", (i+j));

}

在上面的代码中当程序执行到 } 的时候，变量i和j的作用域已经结束了，编译器就会自动释放掉i和j所占的内存，所以理解好作用域就理解了栈区的内存分配。

栈区和堆区的区别主要为以下几点：

  • 对于栈来说，内存管理由编译器自动分配释放；对于堆来说，释放工作由程序员控制。

  • 栈的空间大小比堆小许多。

  • 栈是机器系统提供的数据结构，计算机会在底层对栈提供支持，所以分配效率比堆高。

  • 栈中存储的变量出了作用域就无效了，而堆由于是由程序员进行控制释放的，变量的生命周期可以延长。

参考文章：

C程序的内存管理

C/C++内存管理详解

block

声明block属性的时候为什么用copy呢？

在说明为什么要用copy前，先思考下block是存储在栈区还是堆区呢？其实block有3种类型：

  • 全局块(_NSConcreteGlobalBlock)

  • 栈块(_NSConcreteStackBlock)

  • 堆块(_NSConcreteMallocBlock)

全局块存储在静态区（也叫全局区），相当于Objective-C中的单例；栈块存储在栈区，超出作用域则马上被销毁。堆块存储在堆区中，是一个带引用计数的对象，需要自行管理其内存。

怎么判断一个block所在的存储位置呢？

  • block不访问外界变量（包括栈中和堆中的变量）

block既不在栈中也不在堆中，此时就为全局块，ARC和MRC下都是如此。

  • block访问外界变量

MRC环境下：访问外界变量的block默认存储在栈区。

ARC环境下：访问外界变量的block默认存放在堆中，实际上是先放在栈区，在ARC情况下自动又拷贝到堆区，自动释放。

使用copy修饰符的作用就是将block从栈区拷贝到堆区，为什么要这么做呢？我们看下Apple官方文档给出的答案：

1-2 block copy.png

通过官方文档可以看出，复制到堆区的主要目的就是保存block的状态，延长其生命周期。因为block如果在栈上的话，其所属的变量作用域结束，该block就被释放掉，block中的__block变量也同时被释放掉。为了解决栈块在其变量作用域结束之后被释放掉的问题，我们就需要把block复制到堆中。

不同类型的block使用copy方法的效果也不一样，如下所示：

block的类型 存储区域 复制效果

_NSConcreteStackBlock 栈 从栈复制到堆

_NSConcreteGlobalBlock 静态区(全局区) 什么也不做

_NSConcreteMallocBlock 堆 引用计数增加

加上__block之后为什么就可以修改block外面的变量了？

我们先看下例子1：

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- (void)testMethod {

    int anInteger = 42;

 

    void (^testBlock)(void) = ^{

        NSLog(@"Integer is : %i", anInteger);

    };

 

    anInteger = 50;

 

    testBlock();

}

运行后输出的结果如下：

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Integer is : 42

为什么不是50呢？这个问题稍后做解释。我们在看加入__block的情况，例子2如下：

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- (void)testMethod {

    __block int anInteger = 42;

 

    void (^testBlock)(void) = ^{

        NSLog(@"Integer is : %i", anInteger);

    };

 

    anInteger = 50;

 

    testBlock();

}

运行后输出的结果如下：

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Integer is : 50

两次运行结果不一样，中间发生了什么呢？我们接下来来具体分析下。

在例子1中，block会把anInteger变量复制为自己私有的const变量，也就是说block会捕获栈上的变量(或指针)，将其复制为自己私有的const变量。在例子1中，在进行anInteger = 50的操作的时候，block已经将其复制为自己的私有变量，所以这里的修改对block里面的anInteger不会造成任何影响。

在例子2中，anInteger是一个局部变量，存储在栈区的。给anInteger加入__block修饰符所起到的作用就是只要观察到该变量被block所持有，就将该变量在栈中的内存地址放到堆中，此时不管block外部还是内部anInterger的内存地址都是一样的，进而不管在block外部还是内部都可以修改anInterger变量的值，所以anInteger = 50之后，在block输出的值就是50了。可以通过一个图简单来描述一下：

1-3 __block.png

block中循环引用的问题？使用系统的block api是否也考虑循环引用的问题？weak与strong之间的区别？

在使用block的时候，我们要特别注意循环引用的问题，先来看一个循环引用的例子：

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@interface XYZBlockKeeper : NSObject

 

@property (nonatomic, copy) void (^block)(void);

 

@end

 

@implementation XYZBlockKeeper

 

- (void)configureBlock {

    self.block = ^{

        [self doSomething];    

    };

}

 

@end

在上面的代码中我们声明了一个block属性，所以self对block有一个强引用。而在block内部又对self进行了一次强引用，这样就形成了一个封闭的环，也就是我们经常说的强引用循环。引用关系如图：

1-4 strong retain cycle.png

在这种情况下，由于其相互引用，内存不能够进行释放，就造成了内存泄漏的问题。怎么解决循环引用的问题呢？我们经常通过声明一个weakSelf来解决循环引用的问题，更改后的代码如下：

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- (void)configureBlock {

    __weak typeof(self) weakSelf = self;

    self.block = ^{

        [weakSelf doSomething];

    };

}

加入weakSelf之后，block对self就由强引用关系变成了弱引用关系，这样在属性所指的对象遭到摧毁时，属性值也会被清空，就打破了block捕获的作用域带来的循环引用。这跟设置self.block = nil是同样的道理。

在使用系统提供的block api需要考虑循环引用的问题吗？比如：

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[UIView animateWithDuration:0.5 animations:^{

    [self doSomething];

}];

在这种情况下是不需要考虑循环引用的，因为这里只有block对self进行了一次强引用，属于单向的强引用，没有形成循环引用。

weak与strong有什么区别呢？先看一段代码：

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- (void)configureBlock {

    __weak typeof(self) weakSelf = self;

    self.block = ^{

        [weakSelf doSomething]; // weakSelf != nil

        // preemption(抢占) weakSelf turned nil

        [weakSelf doAnotherThing];

    };

}

这段代码看起来很正常呀，但是在并发执行的时候，block的执行是可以抢占的，而且对weakSelf指针的调用时序不同可以导致不同的结果，比如在一个特定的时序下weakSelf可能会变成nil，这个时候在执行doAnotherThing就会造成程序的崩溃。为了避免出现这样的问题，采用__strong的方式来进行避免，更改后的代码如下：

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- (void)configureBlock {

    __weak typeof(self) weakSelf = self;

    self.block = ^{

        __strong typeof(weakSelf) strongSelf = weakSelf;

        [strongSelf doSomething]; // strongSelf != nil

        // 在抢占的时候，strongSelf还是非nil的。

        [strongSelf doAnotherThing];

    };

}

从代码中可以看出加入__strong所起的作用就是在抢占的时候strongSelf还是非nil的，避免出现nil的情况。

总结：

  • 在block不是作为一个property的时候，可以在block里面直接使用self，比如UIView的animation动画block。

  • 当block被声明为一个property的时候，需要在block里面使用weakSelf，来解决循环引用的问题。

  • 当和并发执行相关的时候，当涉及异步的服务的时候，block可以在之后被执行，并且不会发生关于self是否存在的问题。

参考文章：

iOS Block详解

property

@synthesize和@dynamic分别有什么作用？

在说两者分别有什么作用前，我们先看下@property的本质是什么：

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@property = ivar + getter + setter;

从上面可以看出@property的本质就是ivar(实例变量)加存取方法(getter + setter)。在我们属性定义完成后，编译器会自动生成该属性的getter和setter方法，这个过程就叫做自动合成。除了生成getter与setter方法，编译器还要自动向类中添加适当类型的实例变量，并且在属性名前面加下划线，以此做实例变量的名字。

@synthesize的作用就是如果你没有手动实现getter与setter方法，那么编译器就会自动为你加上这两个方法。

@dynamic的作用就是告诉编译器，getter与setter方法由用户自己实现，不自动生成。当然对于readonly的属性只需要提供getter即可。

如果都没有写@synthesize和@dynamic，那么默认的就是@synthesize var = _var;

为了加深对@synthesize和@dynamic的理解，我们来看几个具体的例子，例子1代码如下：

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@interface ViewController ()

 

@property (nonatomic, copy) NSString *name;

 

@end

 

@implementation ViewController

 

@dynamic name;

 

- (void)viewDidLoad {

    [super viewDidLoad];

 

    self.name = @"国士梅花";

    NSLog(@"name is : %@", self.name);

}

 

@end

我们在进行编译的时候没有问题，但是运行的时候就会发生崩溃，崩溃的原因如下：

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'NSInvalidArgumentException', reason: '-[ViewController setName:]: unrecognized selector sent to instance 0x7fd28dd06000'

崩溃的原因是不识别setName方法，这也验证了如果加入了@dynamic的话，编译系统就不会自己生成getter和setter方法了，需要我们自己来实现。

我们在来看下@synthesize合成实例变量的规则是什么？例子2代码如下：

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@interface ViewController ()

 

@property (nonatomic, copy) NSString *name;

 

@end

 

@implementation ViewController

 

@synthesize name = _myName;

 

- (void)viewDidLoad {

    [super viewDidLoad];

 

    self.name = @"国士梅花";

    NSLog(@"name is : %@", _myName);

}

 

@end

从代码中可以看出，1、当我们指定了成员变量的名称(指定为带下划线的myName)，就会生成指定的成员变量。如果代码中存在带下划线的name，就不会在生成了。2、如果是@synthesize name;还会生成一个名称为带下划线的name成员变量，也就是说如果没有指定成员变量的名称会自动生成一个属性同名的成员变量。3、如果是@synthesize name = _name; 就不会生成成员变量了。

在有了自动合成属性实例变量之后，@synthesize还有哪些使用场景呢？先搞清楚一个问题，什么时候不会使用自动合成？

  • 同时重写了setter和getter时。

  • 重写了只读属性的getter时。

  • 使用了@dynamic时。

  • 在@protocol中定义的所有属性。

  • 在category中定义的所有属性。

  • 重载的属性。

注意点：

  • 在category中使用@property也是只会生成getter和setter方法的声明，如果真的需要给category增加属性的实现，需要借助于运行时的两个函数：objc_setAssociatedObject和objc_getAssociatedObject。

  • 在protocol中使用property只会生成setter和getter方法声明，使用属性的目的是希望遵守我协议的对象能够实现该属性。

weak、copy、strong、assgin分别用在什么地方？

什么情况下会使用weak关键字？

  • 在ARC中，出现循环引用的时候，会使用weak关键字。

  • 自身已经对它进行了一次强引用，没有必要再强调引用一次。

assgin适用于基本的数据类型，比如NSInteger、BOOL等。

NSString、NSArray、NSDictionary等经常使用copy关键字，是因为他们有对应的可变类型：NSMutableString、NSMutableArray、NSMutableDictionary；

除了上面的三种情况，剩下的就使用strong来进行修饰。

为什么NSString、NSDictionary、NSArray要使用copy修饰符呢？

要搞清楚这个问题，我们先来弄明白深拷贝与浅拷贝的区别，以非集合类与集合类两种情况来进行说明下，先看非集合类的情况，代码如下：

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NSString *name = @"国士梅花";

NSString *newName = [name copy];

NSLog(@"name memory address: %p newName memory address: %p", name, newName);

运行之后，输出的信息如下：

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name memory address: 0x10159f758 newName memory address: 0x10159f758

可以看出复制过后，内存地址是一样的，没有发生变化，这就是浅复制，只是把指针地址复制了一份。我们改下代码改成[name mutableCopy]，此时日志的输出信息如下：

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name memory address: 0x101b72758 newName memory address: 0x608000263240

我们看到内存地址发生了变化，并且newName的内存地址的偏移量比name的内存地址要大许多，由此可见经过mutableCopy操作之后，复制到堆区了，这就是深复制了，深复制就是内容也就进行了拷贝。

上面的都是不可变对象，在看下可变对象的情况，代码如下：

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NSMutableString *name = [[NSMutableString alloc] initWithString:@"国士梅花"];

NSMutableString *newName = [name copy];

NSLog(@"name memory address: %p newName memory address: %p", name, newName);

运行之后日志输出信息如下：

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name memory address: 0x600000076e40 newName memory address: 0x6000000295e0

从上面可以看出copy之后，内存地址不一样，且都存储在堆区了，这是深复制，内容也就进行拷贝。在把代码改成[name mutableCopy]，此时日志的输出信息如下：

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name memory address: 0x600000077380 newName memory address: 0x6000000776c0

可以看出可变对象copy与mutableCopy的效果是一样的，都是深拷贝。

总结：对于非集合类对象的copy操作如下：

  • [immutableObject copy]; //浅复制

  • [immutableObject mutableCopy]; //深复制

  • [mutableObject copy]; //深复制

  • [mutableObject mutableCopy]; //深复制

采用同样的方法可以验证集合类对象的copy操作如下：

  • [immutableObject copy]; //浅复制

  • [immutableObject mutableCopy]; //单层深复制

  • [mutableObject copy]; //深复制

  • [mutableObject mutableCopy]; //深复制

对于NSString、NSDictionary、NSArray等经常使用copy关键字，是因为它们有对应的可变类型：NSMutableString、NSMutableDictionary、NSMutableArray，它们之间可能进行赋值操作，为确保对象中的字符串值不会无意间变动，应该在设置新属性时拷贝一份。

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