雖然網(wǎng)上Block已經(jīng)被寫爛了,自己還是覺得棋电，無論如何自己抱著求真的態(tài)度自己看一遍源碼。之前介紹過Block的基本使用Block苇侵。這一片將深入介紹一下Block的具體實現(xiàn)离陶。

真沒想到自己一直認為自己做了這么久的iOS不應(yīng)該再去糾結(jié)Block這樣的知識點，回頭一看衅檀，知識還是得溫故而知新招刨。

測試代碼

分析思路：使用clang -rewrite-objc將含有Block的.m文件翻譯為.cpp。對照著翻譯之后的源碼進行分析哀军。

現(xiàn)在定義如下幾個block沉眶。

//沒有捕獲變量
void blockFunc0()
{
    void (^block)(void) = ^{
        NSLog(@"num ");
    };
    block();
}

//普通局部變量
void blockFunc1()
{
    int num = 100;
    void (^block)(void) = ^{
        NSLog(@"num equal %d", num);
    };
    num = 200;
    block();
}
//普通__block局部變量
void blockFunc2()
{
    __block int num = 100;
    void (^block)(void) = ^{
        NSLog(@"num equal %d", num);
    };
    num = 200;
    block();
}

//全局變量
int num = 100;
void blockFunc3()
{
    void (^block)(void) = ^{
        NSLog(@"num equal %d", num);
    };
    num = 200;
    block();
}

//靜態(tài)變量
void blockFunc4()
{
    static int num = 100;
    void (^block)(void) = ^{
        NSLog(@"num equal %d", num);
    };
    num = 200;
    block();
}

上面是準備的測試代碼

普通局部變量（blockFunc1）

blockFunc1和blockFunc0翻譯之后的差距就只是__blockFunc0_block_impl_0和__blockFunc1_block_impl_0結(jié)構(gòu)體中多了num這個字段，其余的都一樣杉适。所以這幾直接從blockFunc1講起谎倔。

執(zhí)行完clang -rewrite-objc命令之后會得到不少的警告，最終翻譯出來的文件比較大猿推。因為翻譯之后方法的名字不會變片习，所以可以通過搜索相關(guān)的方法名就能快速找到翻譯之后方法對應(yīng)的位置。

blockFunc1翻譯為（注意對比翻譯前后的結(jié)果）

void blockFunc1()
{
    int num = 100;
    void (*block)(void) = ((void (*)())&__blockFunc1_block_impl_0((void *)__blockFunc1_block_func_0, &__blockFunc1_block_desc_0_DATA, num));
    num = 200;
    ((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)block)->FuncPtr)((__block_impl *)block);
}

根據(jù)上面的結(jié)果可以提取出如下幾個重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

__block_impl

定義block的結(jié)構(gòu)體蹬叭，根據(jù)定義可以知道Block實際上就是對象藕咏，保存了一個ISA指針。那么如果是對象的話就很順利成長的把block的內(nèi)存秽五，生命周期管理同對象關(guān)聯(lián)起來孽查。目前block_impl的isa指針有_NSConcreteStackBlock、_NSConcreteGlobalBlock坦喘、_NSConcreteMallocBlock

struct __block_impl {
  void *isa;//表明Block實際上是個對象
  int Flags;
  int Reserved;
  void *FuncPtr;
};

字段對應(yīng)的含義

字段名	含義
isa	isa 指向?qū)嵗龑ο竺ぴ伲砻?block 也是一個 Objective-C 對象。block 有三種類型：_NSConcreteStackBlock瓣铣、_NSConcreteGlobalBlock答朋、_NSConcreteMallocBlock，isa 對應(yīng)有三種值棠笑。因為block是對像梦碗，則就有對象的內(nèi)存管理及生命周期管理。恰恰三個對應(yīng)的值也就是這個作用。
Flags	按位表示一些block的附加信息
Reserved	保留變量
FuncPtr	函數(shù)指針叉弦，指向具體的block實現(xiàn)的函數(shù)調(diào)用地址

__blockFunc1_block_desc_0

保存對block的一些描述信息丐一，比如保留字段大小藻糖，以及block結(jié)構(gòu)大小淹冰。并且這里定義__blockFunc1_block_desc_0_DATA，并且還初始化了巨柒∮Ｋ可以看到初始化的情況下reserved為0，Block_size就是__blockFunc1_block_impl_0（包含了兩種結(jié)構(gòu)體的結(jié)構(gòu)體洋满，下面會介紹）大小晶乔。

static struct __blockFunc1_block_desc_0 {
  size_t reserved;
  size_t Block_size;
} __blockFunc1_block_desc_0_DATA = { 0, sizeof(struct __blockFunc1_block_impl_0)};

字段名	含義
reserved	保留字段的大小
Block_size	block結(jié)構(gòu)大小

__blockFunc1_block_impl_0

保存了block相關(guān)的信息，是前面兩種結(jié)構(gòu)體的結(jié)合體牺勾，包含了捕獲的外部變量正罢。比如這里的num，初始化的時候會初始化block_imp內(nèi)部變量驻民，如函數(shù)指針翻具，block_imp的對象類型。

struct __blockFunc1_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __blockFunc1_block_desc_0* Desc;
  int num;//定義的變量
  //初始化傳入?yún)?shù)有函數(shù)指針回还，block的秒速
  __blockFunc1_block_impl_0(void *fp, struct __blockFunc1_block_desc_0 *desc, int _num, int flags=0) : num(_num) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};

字段對應(yīng)的含義

字段名	含義
impl	block_imp結(jié)構(gòu)體信息
Desc	對block的附加描述
`***`	對外部捕獲的變量

方法翻譯

Block內(nèi)容

Block里面的具體內(nèi)容被翻譯為了__blockFunc1_block_func_0函數(shù)裆泳，注意int num = __cself->num; // bound by copy表明了num的值是值接拷貝過去的。這一點將會隨著捕獲外部變量的作用域不同而不同柠硕，后面會總結(jié)工禾。

static void __blockFunc1_block_func_0(struct __blockFunc1_block_impl_0 *__cself) {
  int num = __cself->num; // bound by copy
        NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_8f_84gy29_n1dvdwnqfkytdv4nw0000gn_T_BlockTest_581040_mi_1, num);
    }

Block調(diào)用

這就是OC中的blockFunc1最終被翻譯的結(jié)果。

void blockFunc1()
{
    int num = 100;
    void (*block)(void) = ((void (*)())&__blockFunc1_block_impl_0((void *)__blockFunc1_block_func_0, &__blockFunc1_block_desc_0_DATA, num));
    num = 200;
    ((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)block)->FuncPtr)((__block_impl *)block);
}

注意void在C++中的一些不同蝗柔，比如void*表示“任意類型的指針”或表示“該指針與一地址值相關(guān)闻葵，但是不清楚在此地址上的對象的類型”。癣丧，可以簡單的理解為泛型的表示笙隙。最終block被翻譯為了函數(shù)指針。

因為在__blockFunc1_block_impl_0創(chuàng)建的時候設(shè)置了最后一個參數(shù)flags=0的默認值坎缭，所以上面在創(chuàng)建__blockFunc1_block_impl_0沒有傳入?yún)?shù)flags竟痰。

這里還需要注意的就是使用了C++中的結(jié)構(gòu)體強轉(zhuǎn)類型。對應(yīng)的代碼的就是__blockFunc1_block_func_0轉(zhuǎn)為__block_impl類型掏呼。因為C++中坏快，只要高地址的數(shù)據(jù)類型相同（也就是首地址相同）就可以實現(xiàn)強轉(zhuǎn)。因為在__blockFunc1_block_func_0結(jié)構(gòu)體中憎夷。第一個數(shù)據(jù)類型就是__block_impl所以可以實現(xiàn)強轉(zhuǎn)莽鸿。

__block局部變量（blockFunc2）

上面通過了第一個例子分析了整個過程。后面加與不加block其實實現(xiàn)內(nèi)容都一樣。下面列舉幾個不同點祥得。

如果使用__block修飾變量兔沃，則在生成為__blockFunc2_block_impl_0的時候?qū)ν獠孔兞康男揎椃灰粯印＞唧w來講對應(yīng)到下面的__Block_byref_num_0 *num; // by ref级及。同時在初始化__blockFunc2_block_impl_0的時候num會初始化為_num->__forwarding乒疏。

struct __blockFunc2_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __blockFunc2_block_desc_0* Desc;
  __Block_byref_num_0 *num; // by ref
  __blockFunc2_block_impl_0(void *fp, struct __blockFunc2_block_desc_0 *desc, __Block_byref_num_0 *_num, int flags=0) : num(_num->__forwarding) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

_block_imp的結(jié)構(gòu)同上面一樣。

__Block_byref_num_0

和上面不同饮焦，但是多了一個__Block_byref_num_0怕吴。他的定義如下。

struct __Block_byref_num_0 {
  void *__isa;
__Block_byref_num_0 *__forwarding;
 int __flags;
 int __size;
 int num;
};

其中各個字段含義如下：

字段名	含義
__isa	對象指針
__forwarding	指向自己的指針
__flags	標志位
__size	結(jié)構(gòu)體大小
num	外部變量

__blockFunc2_block_impl_0

相比之前多了一個__Block_byref_num_0字段县踢。該字段在初始化的時候就已經(jīng)賦值了转绷。

struct __blockFunc2_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __blockFunc2_block_desc_0* Desc;
  __Block_byref_num_0 *num; // by ref
  __blockFunc2_block_impl_0(void *fp, struct __blockFunc2_block_desc_0 *desc, __Block_byref_num_0 *_num, int flags=0) : num(_num->__forwarding) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};

__blockFunc2_block_desc_0

static struct __blockFunc2_block_desc_0 {
  size_t reserved;
  size_t Block_size;
  void (*copy)(struct __blockFunc2_block_impl_0*, struct __blockFunc2_block_impl_0*);
  void (*dispose)(struct __blockFunc2_block_impl_0*);
} __blockFunc2_block_desc_0_DATA = { 0, sizeof(struct __blockFunc2_block_impl_0), __blockFunc2_block_copy_0, __blockFunc2_block_dispose_0};

相對于blockFunc1的翻譯結(jié)果多了一個copy的方法以及一個dispose方法，并且在初始化的時候就確定了這兩個方法硼啤。

后面會知道這兩個方法起的作用就是內(nèi)存管理的作用议经。

__blockFunc2_block_copy_0

static void __blockFunc2_block_copy_0(struct __blockFunc2_block_impl_0*dst, struct __blockFunc2_block_impl_0*src) {_Block_object_assign((void*)&dst->num, (void*)src->num, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);}

找到了_Block_object_assign的函數(shù)聲明為void _Block_object_assign(void *, const void *, const int);。當block field是指針類型的時候就會發(fā)生拷貝谴返。可以很明確的看到進行拷貝的其實是__blockFunc2_block_impl_0結(jié)構(gòu)體中的__Block_byref_num_0煞肾。

__blockFunc2_block_dispose_0

static void __blockFunc2_block_dispose_0(struct __blockFunc2_block_impl_0*src) {_Block_object_dispose((void*)src->num, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);}

同樣最終釋放的也是__blockFunc2_block_impl_0中的__Block_byref_num_0。所以__Block_byref_num_0這個對象非常重要亏镰。

方法翻譯

Block內(nèi)容

追憶這里直接傳遞的是__Block_byref_num_0結(jié)構(gòu)體指針扯旷。在這個結(jié)構(gòu)體指針里面保存了之前的外部變量。使用到外部變量的時候直接從結(jié)構(gòu)體里面獲取索抓。

static void __blockFunc2_block_func_0(struct __blockFunc2_block_impl_0 *__cself) {
  __Block_byref_num_0 *num = __cself->num; // bound by ref

        NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_8f_84gy29_n1dvdwnqfkytdv4nw0000gn_T_BlockTest_581040_mi_2, (num->__forwarding->num));
    }

block調(diào)用

void blockFunc2()
{
    __attribute__((__blocks__(byref))) __Block_byref_num_0 num = {(void*)0,(__Block_byref_num_0 *)&num, 0, sizeof(__Block_byref_num_0), 100};
    void (*block)(void) = ((void (*)())&__blockFunc2_block_impl_0((void *)__blockFunc2_block_func_0, &__blockFunc2_block_desc_0_DATA, (__Block_byref_num_0 *)&num, 570425344));
    (num.__forwarding->num) = 200;
    ((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)block)->FuncPtr)((__block_impl *)block);
}

首先創(chuàng)建了一個__Block_byref_num_0結(jié)構(gòu)體钧忽。里面記錄了自己的指針以及結(jié)構(gòu)體大小和外部變量的值100。在給外部變量賦值的時候使用了(num.__forwarding->num) = 200;逼肯，也通過指針的方式復制耸黑。這樣就達到改變外部變量值得目的。

情況分析

根據(jù)上面的內(nèi)容篮幢，當在使用__block修飾變量之后涩堤，之前直接出現(xiàn)外部變量（這里的num）的地方都被__Block_byref_num_0這個結(jié)構(gòu)體所替換換队询。并且在此基礎(chǔ)上還多了copy以及dispose方法。最終也是通過__Block_byref_num_0實現(xiàn)的內(nèi)存管理。

copy和dispose的作用如下：

當blockFunc2從棧上被copy到堆上時蕴坪，會調(diào)用__blockFunc2_block_copy_0將blockFunc2類型的成員變量num（具體來講應(yīng)該是__Block_byref_num_0）從棧上復制到堆上蹬挺，而這個時候__forwarding指針就會指向堆上的結(jié)構(gòu)體缭乘；
當blockFunc2被釋放時身坐，相應(yīng)地會調(diào)用__blockFunc2_block_dispose_0來釋放blockFunc2類型的成員變量num（具體來講應(yīng)該是__Block_byref_num_0）。同樣__forwarding指針指向堆上的結(jié)構(gòu)體也就被釋放蛋叼。
為什么要這么做呢焊傅？其實也是為了保證block能夠訪問有效的正確內(nèi)存區(qū)域剂陡。

因為blockFunc2函數(shù)中的局部變量num和函數(shù)__blockFunc2_block_impl_0不在同一個作用域中，調(diào)用過程中只是進行了值傳遞狐胎。當然鸭栖，在上面代碼中，我們可以通過指針來實現(xiàn)局部變量的修改握巢。不過這是由于在調(diào)用__blockFunc2_block_impl_0時晕鹊，blockFunc2函數(shù)棧還沒展開完成，變量num還在棧中镜粤。但是在很多情況下捏题，block是作為參數(shù)傳遞以供后續(xù)回調(diào)執(zhí)行的玻褪。通常在這些情況下肉渴，block被執(zhí)行時，定義時所在的函數(shù)棧已經(jīng)被展開带射，局部變量已經(jīng)不在棧中了已經(jīng)被銷毀了同规，再用指針訪問就會報常見的壞內(nèi)存訪問。

因為block可以作為屬性窟社，并且也經(jīng)常作為參數(shù)傳遞券勺，而Block最終展開的是一個函數(shù)，展開的函數(shù)里面的變量作用域和被block被調(diào)用的函數(shù)作用域是不同的灿里。通常在情況下关炼，block被執(zhí)行時，定義時所在的函數(shù)棧已經(jīng)被展開匣吊，局部變量已經(jīng)不在棧中了已經(jīng)被銷毀了儒拂，再用指針訪問就會報常見的壞內(nèi)存訪問。因此block有copy方法將其在堆上色鸳，所以在block被copy的同時社痛，將局部變量間接也copy放在堆上就能夠保證局部變量可以被block正常訪問到。具體來講可以看看下面這張圖命雀，最終是通過__forwarding指針來實現(xiàn)這個目的：

全局變量（blockFunc3）

這種情況下轉(zhuǎn)換的結(jié)果block和不捕獲任何變量的block結(jié)果是一樣的蒜哀。

struct __blockFunc0_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __blockFunc0_block_desc_0* Desc;
  __blockFunc0_block_impl_0(void *fp, struct __blockFunc0_block_desc_0 *desc, int flags=0) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};

int num = 100;//注意，這里已經(jīng)聲明了一個num為全局變量

struct __blockFunc3_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __blockFunc3_block_desc_0* Desc;
  __blockFunc3_block_impl_0(void *fp, struct __blockFunc3_block_desc_0 *desc, int flags=0) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};

因為是全局變量吏砂，所以任何地方都可以修改撵儿。跟block沒什么關(guān)系（因為block最終也是轉(zhuǎn)換為函數(shù)來調(diào)用）。

static局部變量（blockFunc4）

這種情況下重點看一下如下幾點：

__blockFunc4_block_impl_0中保持的是int *num;也即是指針狐血。

struct __blockFunc4_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __blockFunc4_block_desc_0* Desc;
  int *num;
  __blockFunc4_block_impl_0(void *fp, struct __blockFunc4_block_desc_0 *desc, int *_num, int flags=0) : num(_num) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};

block調(diào)用被轉(zhuǎn)換為：

void blockFunc4()
{
    static int num = 100;
    void (*block)(void) = ((void (*)())&__blockFunc4_block_impl_0((void *)__blockFunc4_block_func_0, &__blockFunc4_block_desc_0_DATA, &num));
    num = 200;
    ((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)block)->FuncPtr)((__block_impl *)block);
}

注意這里聲明了static int num = 100;所以傳遞的是指針淀歇，和blockFunc1中最大的不同就是int num 變成了int *num 由整型變成了整型指針類型，注意：這個不再是傳值氛雪，而是傳地址房匆，這說明對應(yīng) static 修飾的自動變量值在被 block 截獲之后仍可以與外部自動變量保持同步，因為它們的地址是同一個。

Block內(nèi)存管理

Block一共有三種類型浴鸿，三面介紹的幾種block全是_NSConcreteGlobalBlock井氢。

_NSConcreteGlobalBlock

經(jīng)過測試只有當 block 字面量寫在全局作用域時，即為 global block岳链。而且僅此一種花竞，網(wǎng)上有人當 block 字面量不獲取任何外部變量時也是global block，但是經(jīng)過自己測試還是_NSConcreteStackBlock類型掸哑。

globalblock如下形式：

_NSConcreteStackBlock

這種類型block是最多的一種约急，處于內(nèi)存的棧區(qū)，如果其變量作用域結(jié)束苗分，這個 block 就被廢棄厌蔽，block 上的 __block 變量也同樣會被廢棄。

block 提供了 copy 的功能摔癣，將 block 和 __block 變量從椗拷貝到堆，就是 _NSConcreteMallocBlock择浊。

_NSConcreteMallocBlock

當 block 從棿鞑罚拷貝到堆后，當棧上變量作用域結(jié)束時琢岩，仍然可以繼續(xù)使用 block

堆上的 block 類型為 _NSConcreteMallocBlock投剥，所以會將 _NSConcreteMallocBlock 寫入 isa。對應(yīng)到代碼上就是impl.isa = &_NSConcreteMallocBlock担孔。

ARC 下的 block

在開啟 ARC 時江锨，大部分情況下編譯器通常會將創(chuàng)建在棧上的 block 自動拷貝到堆上。當
block 作為函數(shù)的參數(shù)傳遞時攒磨，編譯器不會自動調(diào)用 copy 方法

如下這幾種情況都不用手動拷貝

當 block 作為函數(shù)返回值返回時泳桦，編譯器自動將 block 作為 _Block_copy 函數(shù)，效果等同于 block 直接調(diào)用 copy 方法娩缰；
當 block 被賦值給 __strong id 類型的對象或 block 的成員變量時灸撰，編譯器自動將 block 作為 _Block_copy 函數(shù)，效果等同于 block 直接調(diào)用 copy 方法拼坎；
當 block 作為參數(shù)被傳入方法名帶有 usingBlock 的 Cocoa Framework 方法或 GCD 的 API 時浮毯。這些方法會在內(nèi)部對傳遞進來的 block 調(diào)用 copy 或 _Block_copy 拷貝;

比如自動拷貝的情況：

/************ ARC下編譯器自動拷貝block ************/
typedef int (^blk_t)(int);
blk_t func(int rate)
{
    return ^(int count){return rate * count;};
}

如果沒有自動拷貝，因為外部傳入的參數(shù)放到的是棧上泰鸡，如果后面去調(diào)用這個返回的block肯定會發(fā)生異常债蓝，但是在ARC下面不會出問題，于是翻譯一下盛龄∈渭＃可以查到如下代碼

blk_t func(int rate)
{
    blk_t tmp = &__func_block_impl_0(__func_block_func_0, &__func_block_desc_0_DATA, rate);
    tmp = objc_retainBlock(tmp);
    return objc_autoreleaseReturnValue(tmp); 
}

由于 block 字面量是創(chuàng)建在棧內(nèi)存芳誓，通過 objc_retainBlock() 函數(shù)拷貝到堆內(nèi)存，讓 tmp 重新指向堆上的 block啊鸭，然后將 tmp 所指的堆上的 block 作為一個 Objective-C 對象放入 autoreleasepool 里面锹淌，從而保證了返回后的 block 仍然可以正確執(zhí)行。

需要手動執(zhí)行copy的block:

/************ ARC下編譯器手動拷貝block ************/
id getBlockArray()
{
    int val = 10;
    return [[NSArray alloc] initWithObjects: 
                            ^{NSLog(@"blk0:%d", val);}, 
                            ^{NSLog(@"blk1:%d", val);}, nil];
}

這里block最為了函數(shù)參數(shù)赠制，編譯器不會自動拷貝赂摆。所以在調(diào)用這個方法的時候會出現(xiàn)異常。

總結(jié)

Block原理總算是講完了钟些。其難點就是對于外部變量的捕獲場景比較多烟号。通過分析源碼，比較麻煩的就是加了__block的情況政恍。通過__forwarding指針達到棧和堆上面的切換汪拥。這里沒有列舉對象類型的例子原因是對象類型其實就是一個指針。簡單來講就是把上面的num換成指針類型而已抚垃，其余的規(guī)則都是一樣的喷楣。

__block的作用可以簡單總結(jié)為趟大，處理兩個函數(shù)作用域訪問訪問變量的時候鹤树，防止壞內(nèi)存訪問。

后面講了Block的幾種類型以及相關(guān)內(nèi)存管理逊朽，同堆棧一樣罕伯。最后將了ARC環(huán)境下Block的注意事項。

Block深入分析

Block深入分析

測試代碼

普通局部變量（blockFunc1）

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

__block_impl

__blockFunc1_block_desc_0

__blockFunc1_block_impl_0

方法翻譯

Block內(nèi)容

Block調(diào)用

__block局部變量（blockFunc2）

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

__Block_byref_num_0

__blockFunc2_block_impl_0

__blockFunc2_block_desc_0

__blockFunc2_block_copy_0

__blockFunc2_block_dispose_0

方法翻譯

Block內(nèi)容

block調(diào)用

情況分析

全局變量（blockFunc3）

static局部變量（blockFunc4）

Block內(nèi)存管理

_NSConcreteGlobalBlock

_NSConcreteStackBlock

_NSConcreteMallocBlock

ARC 下的 block

總結(jié)