关于 Block 中捕获 self 的分析

问题

最近遇到一个已经使用了weak-strong dance的block依旧强引用了self的情况，好在block没被VC持有只是延迟释放，但这里的关键是用了weak_self的blcok理应不会强持有self才对，莫非之前的代码都有问题？下面是”有问题的”代码(为方便理解已删掉部分无关代码)

- (void)requestQBossYellowDiamondAdvWithId:(int)appid
{
    qz_weakify(self);
    [[QBossEngine instance] getAdv:_uin appid:appid iReqFlag:0x01 key:@"" advCnt:1 advid:0 iPullAsExposeOper:1 withDone:^(NSDictionary *dict , NSString *traceInfo){
        qz_strongify(self);
        _qbosstraceInfo = traceInfo;
        _bannerImageLink = dict[@"img"];
    }];
}

的确有加weakify和strongify(宏的具体展开可参照下面的demo代码)，但仔细看代码的话会发现访问成员变量的时候都没有加self，其实这里有默认一个条件，即_qbosstraceInfo等同于self->_qbosstraceInfo，一般来讲这样理解是没错的，但是qz_strongify在block内重新定义了一个self的话也适用嘛？两者如果等同的话block应该只捕获外部的weak_self才对，但实际运行结果又与假设的不符，看来只能分析具体的实现了

重写成C++代码

下面是仿照qz_strongify写法的demo代码

- (void)testBlock {
    __weak KDTest *weak_self = self;
    id blockVar = ^{
        _Pragma("clang diagnostic push")
        _Pragma("clang diagnostic ignored \"-Wshadow\"")
        __strong KDTest *self = weak_self;
        _Pragma("clang diagnostic pop")
        self->_testString = @"1";
        _testString = @"2";
        self.testString = @"3";
    };
}

接着通过Clang重写成C++，重点看self->_testString = @"1";和_testString = @"1";这两句，重写后的结果如下

(*(NSString *__strong *)((char *)self + OBJC_IVAR_$_KDTest$_testString)) = (NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_yz_mzcvr8_x7n18p3pdyf1f5n8m0000gn_T_block_6c1266_mi_0;
        (*(NSString *__strong *)((char *)self + OBJC_IVAR_$_KDTest$_testString)) = (NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_yz_mzcvr8_x7n18p3pdyf1f5n8m0000gn_T_block_6c1266_mi_1;

可以看到里面使用的同一个self，(char *)self + OBJC_IVAR_$_KDTest$_testString)，不过其实这也证明不了什么，因为就算重定义了self两个也都是指向一个地址，重点还是看是否有强引用self，下面是block生成的结构体

struct __KDTest__testBlock_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __KDTest__testBlock_block_desc_0* Desc;
  KDTest *__weak weak_self;
  __KDTest__testBlock_block_impl_0(void *fp, struct __KDTest__testBlock_block_desc_0 *desc, KDTest *__weak _weak_self, int flags=0) : weak_self(_weak_self) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};

可以看到里面只捕获了一个weak_self，一开始我以为这就是最终结论，肯定是工具误报没错了(´▽｀) ，不过so上有个类似问题，里面有一句话

if you write self->_testItVar you access data member of structure self, if you write only _testIVar you access ivar from current structure that is visible

大概意思就是不写self的时候访问的是当前可见的structure的变量，放在这里来说就是即使自己重新定义了一个self，不加self使用的仍然是实例方法传进来的self，重定义的self只对显式的访问有效，所以那就是说C++方法有问题喽？刚好周会上也有说到重写C++，其实真正编译的时候代码不会转成C++，实际的实现不一定是这样，所以这里的C++代码对不对是要打问号的，那么把上面的demo代码转成汇编肯定不会有错了吧

汇编代码

利用Xcode自带的汇编器分析下实现，由于转成的汇编代码(基于ARMv7)太长这里只讲关键部分

首先对于实例方法会带上两个隐藏的参数，一个是self，一个是cmd，下面是调用testBlock方法之前的初始化部分

push    {r4, r5, r6, r7, lr}
add    r7, sp, #12
sub    sp, #60
add    r2, sp, #48
str    r0, [sp, #56]
str    r1, [sp, #52]

ARM汇编有规定第一个参数会放入r0中，所以对应这里r0就是self，可以看到有将self的值存入栈内，栈上的偏移为56

下面是创建block的部分(简单一句赋值汇编就有这么长ಥ_ಥ)

    .loc    1 20 32 prologue_end    @ /Users/kodyzhou/Downloads/block.m:20:32
    ldr    r0, [sp, #56]
    .loc    1 20 20 is_stmt 0       @ /Users/kodyzhou/Downloads/block.m:20:20
    str    r0, [sp, #12]           @ 4-byte Spill
    mov    r0, r2
    ldr    r1, [sp, #12]           @ 4-byte Reload
    bl    _objc_initWeak
Ltmp1:
    add    r1, sp, #48
    add    r2, sp, #16
    movw    lr, :lower16:(___block_descriptor_tmp-(LPC0_0+4))
    movt    lr, :upper16:(___block_descriptor_tmp-(LPC0_0+4))
LPC0_0:
    add    lr, pc
    movw    r3, :lower16:("___19-[KDTest testBlock]_block_invoke"-(LPC0_1+4))
    movt    r3, :upper16:("___19-[KDTest testBlock]_block_invoke"-(LPC0_1+4))
LPC0_1:
    add    r3, pc
    movw    r9, #0
    movw    r12, #0
    movt    r12, #49664
    movw    r4, :lower16:(L__NSConcreteStackBlock$non_lazy_ptr-(LPC0_2+4))
    movt    r4, :upper16:(L__NSConcreteStackBlock$non_lazy_ptr-(LPC0_2+4))
LPC0_2:
    add    r4, pc
    ldr    r4, [r4]
    .loc    1 21 8 is_stmt 1        @ /Users/kodyzhou/Downloads/block.m:21:8
    add.w    r5, r2, #24
    add.w    r6, r2, #20
    .loc    1 21 19 is_stmt 0       @ /Users/kodyzhou/Downloads/block.m:21:19
    str    r4, [sp, #16]
    str.w    r12, [sp, #20]
    str.w    r9, [sp, #24]
    str    r3, [sp, #28]
    str.w    lr, [sp, #32]
    adds    r2, #24
    str    r0, [sp, #8]            @ 4-byte Spill
    mov    r0, r2
    str    r6, [sp, #4]            @ 4-byte Spill
    str    r5, [sp]                @ 4-byte Spill
    bl    _objc_copyWeak
    ldr    r0, [sp, #56]
    .loc    1 21 19 discriminator 1 @ /Users/kodyzhou/Downloads/block.m:21:19
    bl    _objc_retain
    add    r1, sp, #16
    .loc    1 21 19                 @ /Users/kodyzhou/Downloads/block.m:21:19
    str    r0, [sp, #36]
    .loc    1 21 8 discriminator 2  @ /Users/kodyzhou/Downloads/block.m:21:8
    mov    r0, r1
    bl    _objc_retainBlock

block在创建的时候一开始是放在栈上的，调用了最后的_objc_retainBlock后才会拷贝到堆上，block本质就是一个结构体，布局如下图，当需要捕获外部变量的时候会把捕获的变量放到结构体内，总之这里关键就是要看是否有将self强引用并捕获到block内，我们首先要先找到存放block指针的地方

    movw    r4, :lower16:(L__NSConcreteStackBlock$non_lazy_ptr-(LPC0_2+4))
    movt    r4, :upper16:(L__NSConcreteStackBlock$non_lazy_ptr-(LPC0_2+4))
LPC0_2:
    add    r4, pc
    ldr    r4, [r4]
    .loc    1 21 8 is_stmt 1        @ /Users/kodyzhou/Downloads/block.m:21:8
    add.w    r5, r2, #24
    add.w    r6, r2, #20
    .loc    1 21 19 is_stmt 0       @ /Users/kodyzhou/Downloads/block.m:21:19
    str    r4, [sp, #16]

这里就是用来初始化block第一个成员isa指针的部分，将指针存到r4然后通过str指令写入栈内，可以看到它在栈上的偏移是16，按照struct的布局继续往下看

    str.w    r12, [sp, #20]
    str.w    r9, [sp, #24]
    str    r3, [sp, #28]
    str.w    lr, [sp, #32]
    adds    r2, #24
    str    r0, [sp, #8]            @ 4-byte Spill
    mov    r0, r2
    str    r6, [sp, #4]            @ 4-byte Spill
    str    r5, [sp]                @ 4-byte Spill
    bl    _objc_copyWeak
    ldr    r0, [sp, #56]
    .loc    1 21 19 discriminator 1 @ /Users/kodyzhou/Downloads/block.m:21:19
    bl    _objc_retain
    add    r1, sp, #16
    .loc    1 21 19                 @ /Users/kodyzhou/Downloads/block.m:21:19
    str    r0, [sp, #36]

在连续存储了栈偏移为20、24等几个变量后，可以看到有句ldr r0, [sp, #56]，前面说到这里存储的是self的地址，把self地址存到r0后马上调用了_objc_retain方法，这个方法会将r0指向的对象引用计数+1，然后随即将这个对象的地址存放到栈偏移36的地方，这里应该就是强引用self的部分了，证据找到了！不过为了让结果更明显顺便贴下当显式指明self情况时的汇编代码

    .loc    1 21 9 is_stmt 1        @ /Users/kodyzhou/Downloads/block.m:21:9
    add.w    r5, r2, #20
    .loc    1 21 20 is_stmt 0       @ /Users/kodyzhou/Downloads/block.m:21:20
    str    r4, [sp, #12]
    str.w    r12, [sp, #16]
    str.w    r9, [sp, #20]
    str    r3, [sp, #24]
    str.w    lr, [sp, #28]
    adds    r2, #20
    str    r0, [sp, #4]            @ 4-byte Spill
    mov    r0, r2
    str    r5, [sp]                @ 4-byte Spill
    bl    _objc_copyWeak
    add    r0, sp, #12
    .loc    1 21 9 discriminator 1  @ /Users/kodyzhou/Downloads/block.m:21:9
    bl    _objc_retainBlock

可以看到这时没有objc_retain只执行了objc_copyWeak，所以不加self会导致额外的retain即强持有self

最后的最后看一下block调用的反编译结果

int ___19-[KDTest testBlock]_block_invoke(int arg0) {
    var_18 = objc_loadWeakRetained(arg0 + 0x28);
    rax = var_18 + *_OBJC_IVAR_$_KDTest._testString;
    objc_storeStrong(rax, @"1");
    objc_storeStrong(*(arg0 + 0x20) + *_OBJC_IVAR_$_KDTest._testString, @"2");
    [var_18 setTestString:@"3"];
    rax = objc_storeStrong(var_18, 0x0);
    return rax;
}

可以看到不同于重写的C++方法，这里加不加self会导致不同的赋值方式，不加self的情况会使用block中持有的self来访问。

至此可以确定在block中重定义了self的情况下_qbosstraceInfo和self->_qbosstraceInfo不等同，前者会导致blcok强持有外部的self。

总结

对于strongify有两种不同实现，各有优缺点

• __strong KDTest *self = weak_self;
  
  第一种是重新定义一个和self命名不同的变量比如strong_self，然后后面都用这个strong_self来操作，这种写法优点是含义很明确、不会造成误解，因为只用了strong_self所以很明确不会捕获外部的self，但缺点是得时刻注意不要错写成self

• __strong KDTest *strong_self = weak_self;
  
  第二种就是空间里面使用的，重新定义的变量就叫self(其实这里编译器也不让重新定义self的，只是在宏里面强行掩盖掉了)，优点是发消息的时候不用担心写错了直接用self就行，但缺点是直接访问成员变量时必须指明self否则会强引用住外部的self，由于很容易误以为写不写self是一样的，对于不熟悉的人很容易忽视掉这最重要的一点

总而言之要把握weak-strong dance正确的使用姿势还是需要多多注意，不明白实现的话很容易写出有问题的代码，終わり(´-ω-`)

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