在 Flutter 中玩转 Objective-C Block

dart_native 作为一条比 Channel 性能更高开发成本更低的超级通道,通过 C++ 调用 Native 的 API,深入底层且考虑全面。很多 Objective-C 接口的参数和返回值是 Block,所以这就需要支持用 Dart 语言创建和调用 Objective-C Block。

Dart 调用 Objective-C 带 Block 的 API

Dart 语言支持协程,这样就无需传递闭包来作为异步调用的回调。而 Objective-C 大量 API 都使用 Block 作为回调,当 Dart 调用这类异步 API 的时候,就需要 Dart 侧创建 Block 并传递给 Objective-C。

Dart 语言中的 Function 可以当做闭包,可以实现下面这样的效果:

stub.fooBlock((NSObject a) {
    print('hello block! ${a.toString()}');
    return a;
});

而对应的 Objective-C 接口如下:

typedef NSObject *(^BarBlock)(NSObject *a);
- (void)fooBlock:(BarBlock)block;

下面就讲下 dart_native 是如何做到把 Dart Function 当做 Block 传给 Objective-C 的。

函数签名

首先要确保的是 Dart Function 的签名跟 Objective-C Block 是一致的,这样二者才能转换。在 Dart 里一切皆为对象,Function 也不例外。那么拿到 Function 的 runtimeType 即可,然后解析其内容。不过 runtimeType 的内容都是 Dart 类名,如何能与 Objective-C 类型对应上呢? dart_native 的策略是提供与 Native 同名的类,这样使用这些同名类定义 Dart Function,就可以把函数签名映射到 Native 上了。

列举一些 Dart 声明的基础类型:

class unsigned_char = char with _ToAlias;
class short = NativeBox<int> with _ToAlias;
class unsigned_short = NativeBox<int> with _ToAlias;
class unsigned_int = NativeBox<int> with _ToAlias;
class long = NativeBox<int> with _ToAlias;
class unsigned_long = NativeBox<int> with _ToAlias;
class long_long = NativeBox<int> with _ToAlias;
class unsigned_long_long = NativeBox<int> with _ToAlias;
class size_t = NativeBox<int> with _ToAlias;
class NSInteger = NativeBox<int> with _ToAlias;
class NSUInteger = NativeBox<int> with _ToAlias;
class float = NativeBox<double> with _ToAlias;
class CGFloat = NativeBox<double> with _ToAlias;
class CString = NativeBox<String> with _ToAlias;

动态创建 Block

有了函数签名,如何构造对应的 Block 对象呢?首先要知道 Block 是什么,而这是就又个老生常谈的话题了。我十分建议你先了解下 BlockHook 及其相关文章,这样会对理解这部分内容有很大帮助。

废话不多说,上硬核:

- (void)initBlock {
    const char *typeString = self.typeString.UTF8String;
    int32_t flags = (BLOCK_HAS_COPY_DISPOSE | BLOCK_HAS_SIGNATURE);
    // Struct return value on x86(32&64) MUST be put into pointer.(On heap)
    if (typeString[0] == '{' && (TARGET_CPU_X86 || TARGET_CPU_X86_64)) {
        flags |= BLOCK_HAS_STRET;
    }
    // Check block encoding types valid.
    NSUInteger numberOfArguments = [self _prepCIF:&_cif withEncodeString:typeString flags:flags];
    if (numberOfArguments == -1) { // Unknown encode.
        return;
    }
    self.numberOfArguments = numberOfArguments;
    if (self.hasStret) {
        self.numberOfArguments--;
    }
    
    _closure = ffi_closure_alloc(sizeof(ffi_closure), (void **)&_blockIMP);
    
    ffi_status status = ffi_prep_closure_loc(_closure, &_cif, DNFFIBlockClosureFunc, (__bridge void *)(self), _blockIMP);
    if (status != FFI_OK) {
        NSLog(@"ffi_prep_closure returned %d", (int)status);
        abort();
    }

    struct _DNBlockDescriptor descriptor = {
        0,
        sizeof(struct _DNBlock),
        (void (*)(void *dst, const void *src))copy_helper,
        (void (*)(const void *src))dispose_helper,
        typeString
    };
    
    _descriptor = malloc(sizeof(struct _DNBlockDescriptor));
    memcpy(_descriptor, &descriptor, sizeof(struct _DNBlockDescriptor));

    struct _DNBlock simulateBlock = {
        &_NSConcreteStackBlock,
        flags,
        0,
        _blockIMP,
        _descriptor,
        (__bridge void*)self
    };
    _signature = [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:typeString];
    _block = (__bridge id)Block_copy(&simulateBlock);
    SEL selector = NSSelectorFromString(@"autorelease");
    #pragma clang diagnostic push
    #pragma clang diagnostic ignored "-Warc-performSelector-leaks"
    _block = [_block performSelector:selector];
    #pragma clang diagnostic pop
}

简单来说,动态创建 Block 的流程封装在了一个 Wrapper 类中,步骤如下:

  1. 用 libffi 动态创建相同签名的函数,
  2. 准备好创建 Block 需要的 flagdescriptionsignaturewrapper 对象等
  3. 根据 Block 的内存模型创建对应的结构体(栈上)
  4. 把 Block 对象 copy 到堆上,并发送 autorelease 消息

这上面每一步其实都不简单,单独拆出来都能写一段。但因为 bang 大佬已经写过文章 介绍过了,我这里就不再赘述了。我只是站在巨人的肩膀上,增加了一些改进和对 Dart 的适配(如支持结构体、 x86 兼容等)。很惭愧,就做了一点微小的工作。

映射 Block 和 Dart Function

Block 对象创建好了,需要跟 Dart Function 映射起来,然后当 Block 被执行的时候才会调用到对应的 Dart 逻辑。

关于回调这块,我在 Dart 侧维护一个 Map 来管理 Native 到 Dart 的回调映射。基本思路是,Key 为 Native 对象的地址,Value 为 Dart 侧的 Block 类。

Dart 版的 Block 类构造方法里会将映射建立起来:

factory Block(Function function) {
    List<String> dartTypes = _dartTypeStringForFunction(function);
    List<String> nativeTypes = _nativeTypeStringForDart(dartTypes);
    Pointer<Utf8> typeStringPtr = Utf8.toUtf8(nativeTypes.join(', '));
    NSObject blockWrapper =
        NSObject.fromPointer(blockCreate(typeStringPtr, _callbackPtr));
    int blockAddr = blockWrapper.perform(SEL('blockAddress'));
    Block result = Block._internal(Pointer.fromAddress(blockAddr));
    free(typeStringPtr);
    result.types = dartTypes;
    result._wrapper = blockWrapper;
    result.function = function;
    _blockForAddress[result.pointer.address] = result;
    return result;
}

Block 类的 dealloc 方法里会移除映射,防止造成 Dart 版的『野指针』。

dealloc() {
    _wrapper = null;
    _blockForAddress.remove(pointer.address);
    super.dealloc();
}

Dart 调用 Objective-C 返回的 Block

结合对 Block 的理解以及实践过 Dart 调用 OC 方法的经验,很容易在 Dart 版的 Block 中实现个 invoke 方法:

dynamic invoke([List args]) {
    if (pointer == nullptr) {
      return null;
    }
    Pointer<Utf8> typesEncodingsPtr = _blockTypeEncodeString(pointer);
    Pointer<Int32> countPtr = allocate<Int32>();
    Pointer<Pointer<Utf8>> typesPtrPtr =
        nativeTypesEncoding(typesEncodingsPtr, countPtr, 0);
    int count = countPtr.value;
    free(countPtr);
    // typesPtrPtr contains return type and block itself.
    if (count != (args?.length ?? 0) + 2) {
      throw 'Args Count NOT match';
    }

    Pointer<Pointer<Void>> argsPtrPtr = nullptr.cast();
    if (args != null) {
      argsPtrPtr = allocate<Pointer<Void>>(count: args.length);
      for (var i = 0; i < args.length; i++) {
        var arg = args[i];
        if (arg == null) {
          arg = nil;
        }
        String encoding = Utf8.fromUtf8(typesPtrPtr.elementAt(i + 2).value);
        storeValueToPointer(arg, argsPtrPtr.elementAt(i), encoding);
      }
    }
    Pointer<Void> resultPtr = blockInvoke(pointer, argsPtrPtr);
    if (argsPtrPtr != nullptr.cast()) {
      free(argsPtrPtr);
    }
    String encoding = Utf8.fromUtf8(typesPtrPtr.elementAt(0).value);
    dynamic result = loadValueFromPointer(resultPtr, encoding);
    return result;
  }
}

简单来说上面的实现做了如下几步:

blockInvoke
blockInvoke

后续

关于 Block 这块其实还有很多技术细节没有叙述完整,包括 copy 方法的实现,回调映射的细节,类型自动转换的细节等。因为篇幅原因,感兴趣的可以直接看源码: https://github.com/dart-native/dart_native

其实我期望的是使用 Dart 的协程来完成处理异步回调,这样更现代更优雅。日后会基于此方案再次封装上层接口,支持协程。

dart_native 作为一条深入底层且考虑全面的 Dart 到 Native 超级通道,未来还要做的事情还有很多。

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