面试题：Objective-C中Block的底层实现与性能优化

Block的底层实现机制

数据结构

在Objective-C中，Block本质上是一个对象，其底层数据结构是一个struct。这个结构体包含了一些与Block相关的信息：

isa指针：用于表明该Block对象所属的类。所有对象都有isa指针，通过它可以找到对象的类信息。
调用函数指针：指向实际执行Block代码的函数。当Block被调用时，会通过这个指针找到具体的执行代码。
捕获变量相关信息：如果Block捕获了外部变量，结构体中会包含这些变量的相关信息，比如捕获变量的值或者对变量的引用。

例如，以下是一个简化的Block底层结构体示意（实际结构更复杂）：

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. */
};

存储类型

NSStackBlock：栈上的Block，生命周期与栈相关。当定义Block的函数返回时，栈上的Block会被销毁。这种类型的Block主要在函数内部定义且未进行拷贝操作时存在。例如：

void testFunction() {
    int value = 10;
    void (^stackBlock)() = ^{
        NSLog(@"%d", value);
    };
    // 这里的stackBlock是NSStackBlock类型
}

NSMallocBlock：堆上的Block，需要手动或自动地进行内存管理（通过copy和release等操作）。通常在将栈上的Block拷贝到堆上时（例如将Block作为参数传递给需要持有它的函数，或者将Block赋值给一个强引用的属性等情况），会变成NSMallocBlock类型。例如：

@property (nonatomic, strong) void (^heapBlock)();

- (void)assignBlock {
    int value = 10;
    void (^stackBlock)() = ^{
        NSLog(@"%d", value);
    };
    self.heapBlock = stackBlock; // stackBlock被拷贝到堆上，变为NSMallocBlock
}

NSGlobalBlock：全局的Block，存储在程序的全局数据区，生命周期伴随整个程序。当Block没有捕获任何外部变量时，会是这种类型。例如：

void (^globalBlock)() = ^{
    NSLog(@"Global Block");
};

性能优化

避免不必要的捕获

具体场景：在一个频繁调用的方法中，Block捕获了大量不必要的外部变量。
代码示例：

@interface ViewController ()
@property (nonatomic, strong) NSArray *largeDataArray;
@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    self.largeDataArray = @[@"a", @"b", @"c", @"d", @"e", ..., @"z"]; // 假设有大量数据

    for (int i = 0; i < 1000; i++) {
        [self performTaskWithBlock:^{
            NSLog(@"%@", self.largeDataArray); // Block捕获了largeDataArray
        }];
    }
}

- (void)performTaskWithBlock:(void (^)())block {
    block();
}

@end

优化方法：只捕获真正需要的变量，避免捕获大对象。可以在Block内部重新获取需要的数据，而不是直接捕获。例如：

@interface ViewController ()
@property (nonatomic, strong) NSArray *largeDataArray;
@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    self.largeDataArray = @[@"a", @"b", @"c", @"d", @"e", ..., @"z"];

    for (int i = 0; i < 1000; i++) {
        NSArray *dataToUse = self.largeDataArray; // 先获取需要的数据
        [self performTaskWithBlock:^{
            NSLog(@"%@", dataToUse); // 捕获小的局部变量
        }];
    }
}

- (void)performTaskWithBlock:(void (^)())block {
    block();
}

@end

合理管理Block的生命周期

具体场景：在一个视图控制器中，有一个Block作为属性，且该Block捕获了视图控制器本身（self），可能会导致循环引用，从而引起内存泄漏。
代码示例：

@interface ViewController ()
@property (nonatomic, strong) void (^block)(void);
@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    self.block = ^{
        NSLog(@"%@", self); // Block捕获了self
    };
}

@end

优化方法：使用__weak或者__unsafe_unretained修饰符来打破循环引用。例如：

@interface ViewController ()
@property (nonatomic, strong) void (^block)(void);
@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    __weak typeof(self) weakSelf = self;
    self.block = ^{
        typeof(self) strongSelf = weakSelf;
        if (strongSelf) {
            NSLog(@"%@", strongSelf);
        }
    };
}

@end

减少Block的创建次数

具体场景：在一个循环中频繁创建相同逻辑的Block。
代码示例：

for (int i = 0; i < 1000; i++) {
    void (^block)() = ^{
        NSLog(@"Block execution");
    };
    block();
}

优化方法：将Block的创建移到循环外部，避免每次循环都创建新的Block对象。例如：

void (^block)() = ^{
    NSLog(@"Block execution");
};
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
    block();
}

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面试题：Objective-C中Block的底层实现与性能优化

知识考点

面试题答案

Block的底层实现机制

数据结构

存储类型

性能优化

避免不必要的捕获

合理管理Block的生命周期

减少Block的创建次数