Block是什么？

Block實際上是Objective-C對閉包的實現(xiàn)窟赏。

關于閉包的概念：
In programming languages, a closure is a function or reference to a function together with a referencing environment—a table storing a reference to each of the non-local variables (also called free variables or upvalues) of that function.
閉包是包含了非本地變量（也叫作自由變量或upvalues）的函數(shù)或函數(shù)的引用岩灭，這些變量不是在這個代碼塊內(nèi)或者任何全局上下文中定義的拌倍，而是在定義代碼塊的環(huán)境中定義（局部變量）。

正文

文章的結(jié)構(gòu)噪径，將分為三個部分柱恤，具體如下：

一.閱讀C++中的Block源碼
    1.最簡單的Block
    2.截取自由變量的Block
    3.使用__block的Block
二.3種Block對象類型
    1._NSConcreteGlobalBlock
    2._NSConcreteStackBloc    
    3._NSConcreteMallocBlock
三.循環(huán)引用ARC

一.閱讀C++中的Block源碼

Block實際上是作為極普通的C語言源代碼來處理的，通過支持Block的編譯器找爱，含有Block語法的源代碼轉(zhuǎn)換為一般C語言編譯器能夠處理的源代碼梗顺，并作為極為普通的C語言源代碼被編譯。我們可以在終端通過clang（LLVM編譯器）將Objective-C的代碼轉(zhuǎn)換為C++源代碼车摄，具體指令為：clang -rewrite-objc 源代碼文件名寺谤，即可在文件目錄下生成相應的同名cpp文件仑鸥。

1.最簡單的Block

這是一個最簡單的block，沒有任何外部變量变屁，只在block塊中執(zhí)行一條printf語句眼俊。我們通過clang將main.m轉(zhuǎn)換為main.cpp。通過sublime text打開cpp文件粟关，會看到將近10萬行的代碼疮胖，直接滑動到文件最下方，找到我們需要的學習的代碼闷板，如下圖所示：

在main函數(shù)中可以看到兩行關于block的代碼澎灸，第一行是聲明、初始化blk變量遮晚，第二行則是調(diào)用block方法性昭。blk變量被指向了一個叫做__main_block_impl_0的結(jié)構(gòu)體，結(jié)構(gòu)體的構(gòu)造方法中要傳入兩個參數(shù)县遣，一個是void *fp巩梢，表示函數(shù)指針，另一個是__main_block_desc_0艺玲，存儲了block的描述信息。函數(shù)指針指向的是__main_block_func_0鞠抑，這是一個static函數(shù)饭聚，函數(shù)中只有一行代碼，就是我們要執(zhí)行的printf語句搁拙∶胧幔可以看到__main_block_func_0函數(shù)有一個傳參struct __main_block_impl_0 *__cself，表示block本身箕速，用途類似于OC消息機制要傳入self酪碘，由于blk沒有引用外部變量，所以在當前的函數(shù)中沒有使用到__cself盐茎。__main_block_desc_0有一個靜態(tài)的結(jié)構(gòu)體實例__main_block_desc_0_DATA兴垦，在初始化blk變量的時候傳入的就是這個實例，在該結(jié)構(gòu)體中有保留值reserved字柠，以及block的大小Block_size探越。
__main_block_impl_0中包含了一個通用struct，__block_impl窑业。所有的block都會包含這個結(jié)構(gòu)體钦幔，變量FuncPtr就是函數(shù)指針，可以看到該結(jié)構(gòu)體包含了isa指針常柄，表明Block本質(zhì)上也是個OC對象鲤氢。圖中isa賦值的_NSConcreteStackBlock就是其中一種Block類搀擂。

關于Block的結(jié)構(gòu)，有如上一個導圖卷玉。該結(jié)構(gòu)和clang分析出來的本質(zhì)是一樣的哨颂，只是變量名和結(jié)構(gòu)體嵌套略微不同。invoke就是函數(shù)指針揍庄，由于我們沒有使用外部變量咆蒿，所以不存在variables和descriptor中的copy、dispose蚂子。

1.isa指針沃测，所有對象都有該指針，用于實現(xiàn)對象相關的功能食茎。

2.flags蒂破，用于按bit位表示一些block的附加信息，block copy的實現(xiàn)代碼可以看到對該變量的使用别渔。

3.reserved附迷，保留變量。

4.invoke哎媚，函數(shù)指針喇伯，指向具體的Block實現(xiàn)的函數(shù)調(diào)用地址。

5.descriptor拨与，表示該Block的附加描述信息稻据，主要是size大小，以及copy和dispose函數(shù)的指針买喧。

6.variables捻悯，截取過來的變量，Block能夠訪問它外部的局部變量淤毛，就是因為將這些變量（或變量的地址）復制到了結(jié)構(gòu)體中今缚。

額外的說下，雖然結(jié)構(gòu)體的嵌套有差別低淡，但本質(zhì)是一樣的姓言，結(jié)構(gòu)體本身并不帶有任何額外信息，下圖中TestA和TestB在內(nèi)存上是完全一樣的：

另外再說下clang得到的cpp中關于block的調(diào)用方式：
((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)blk)->FuncPtr)((__block_impl *)blk);
這里有一個有意思的強制轉(zhuǎn)換蔗蹋，就是將指向__main_block_impl_0的blk強轉(zhuǎn)成子結(jié)構(gòu)體__block_impl事期，然后直接調(diào)用__block_impl的FuncPtr（函數(shù)指針）≈窖眨可以這樣強轉(zhuǎn)的原因在于__block_impl位于__main_block_impl_0的最頂部兽泣。舉個例子，如下圖所示：

上圖兩次輸出的數(shù)字分別是2和1胁孙。第二次強轉(zhuǎn)所獲得的valueB所存儲的值唠倦，實際上是TestB中的變量a称鳞，因為它是TestB最頂部的int值。結(jié)構(gòu)體的本質(zhì)是稠鼻，我們和C語言約定了一段內(nèi)存空間的長短冈止，及其內(nèi)容的安排，它和int等類型一樣候齿，都是數(shù)據(jù)類型熙暴，其他類型怎么轉(zhuǎn)換，結(jié)構(gòu)體就怎么轉(zhuǎn)換慌盯。當把TestB強轉(zhuǎn)成ValueB后周霉，會按照ValueB的格局對該內(nèi)存空間進行解釋，而這段內(nèi)存的第一段長度等于int類型的空間存儲的是TestB的a的值亚皂，即為1俱箱。

2.截取自由變量的Block

我們這次在Block外部定義一個局部變量test_value，在Block的代碼塊中輸出該變量灭必。同樣使用clang獲取cpp文件如下：

可以看到在__main_block_impl_0結(jié)構(gòu)體中多了一個叫做test_value的int值狞谱。在__main_block_func_0中，首先通過__cself->test_value獲取int值禁漓，然后再進行printf輸出跟衅。注意到此處的test_value是屬于Block中的一塊內(nèi)存空間，和Block外部的test_value沒有了關聯(lián)播歼。
所謂的截取自動變量值与斤，意味著在執(zhí)行Block初始化語句時，將Block所使用的自動變量值保存到Block的結(jié)構(gòu)體實例中荚恶，在Block內(nèi)部修改該變量值并不能影響原先的變量。
如果在Block塊中對test_value執(zhí)行賦值語句磷支，并不能改變Block外部的test_value變量谒撼，實際上，編譯器會進行報錯雾狈。

3.使用__block的Block

對Block外部變量添加__block修飾符就可以在Block塊中對變量進行修改廓潜，我們通過clang看下它的實現(xiàn)原理。

這回代碼多了很多東西善榛，可以看到__main_block_impl_0中的test_value變成了一個指向__Block_byref_test_value_0的指針辩蛋。在main函數(shù)中，初始化test_value并不是簡單的新建一個int型變量移盆，而是構(gòu)造了一個__Block_byref_test_value_0的結(jié)構(gòu)體悼院。test_value變成了一個對象，在它的結(jié)構(gòu)體中咒循，屬性test_value用來存儲原先的int值据途，__forwarding指針指向了初始化的結(jié)構(gòu)體本身绞愚，即使該結(jié)構(gòu)體被拷貝到Block中，__forwarding指針仍然指向最初的那個結(jié)構(gòu)體颖医，所以使用該變量的方式是test_value->__forwarding->test_value位衩。

二.3種Block對象類型

由于Block也是Objective-C對象，所以它有相應的類熔萧。目前有三種Block類：

NSConcreteGlobalBlock糖驴，全局的靜態(tài)Block，不會訪問任何外部變量佛致。

NSConcreteStackBlock贮缕，保存在棧中的Block，當函數(shù)返回時會被銷毀晌杰。

NSConcreteMallocBlock跷睦，保存在堆中的Block，當引用計數(shù)為0時會被銷毀肋演。

1.NSConcreteGlobalBlock

這種情況的block是一個global類型抑诸，在通過NSLog輸出為global類型，并且在clang的cpp文件中能看到impl的isa賦值成為了_NSConcreteGlobalBlock爹殊。

這種情況下的block仍然是global類型蜕乡，通過NSLog輸出的仍然是NSGlobalBlock。但是在clang轉(zhuǎn)換的cpp中梗夸，由于clang改寫的具體實現(xiàn)方式和LLVM不太一樣层玲，并且這里沒有開啟ARC，我們看到的isa指向的是stack類型反症。在開啟ARC時辛块，block應該是global類型。

因為不需要對自動變量進行capture截獲铅碍，所以Block用結(jié)構(gòu)體實例的內(nèi)容不依賴于執(zhí)行時的狀態(tài)润绵，因此整個程序只需要一個實例。這樣就可以將Block的結(jié)構(gòu)體實例放在和全局變量相同的數(shù)據(jù)區(qū)域胞谈。

判斷是否為global類型的Block可以依據(jù)以下條件：

1.記述全局變量的地方有Block語法時

2.Block語法的表達式中不使用應截獲的自動變量時

2.NSConcreteStackBlock

在MRC中調(diào)用了外部變量的Block就會是一個stack類型尘盼，在NSLog中可以看到。注意在ARC中已經(jīng)不存在stack類型的Block了烦绳。

3.NSConcreteMallocBlock

當Block從棧上復制到堆上時卿捎，isa就會被修改為malloc類型。Block執(zhí)行copy方法就會進行棧到堆的拷貝径密，若已經(jīng)是malloc類的Block午阵，則會對Block的引用計數(shù)+1，若是global類型執(zhí)行copy則不起任何作用享扔。

上圖為MRC環(huán)境下趟庄，將stack類型的block進行拷貝得到的對象就是malloc類型括细。

再次使用clang獲取cpp代碼，可以注意到戚啥，descriptor中有copy和dispose方法奋单，就是在Block進行copy時對__block對象也進行引用計數(shù)操作。
棧上的__block變量會被復制到堆上猫十，這時會將成員變量__forwarding的值替換成復制堆上的__block變量的地址

什么時候會將棧上的Block復制到堆览濒？

在以前版本的ARC中：</br>
1.調(diào)用Block的copy實例方法時</br>
2.Block作為函數(shù)返回值返回時</br>
3.將Block賦值給附有__strong修飾符id類型的類或Block類型成員變量時</br>
4.在方法中含有usingBlock的Cocoa框架方法或GCD的API中傳遞Block時

現(xiàn)在，在ARC開啟的情況下拖云，將會只有NSConcreteGlobal和NSConcreteMallocBlock類型的block贷笛。由于ARC已經(jīng)能很好的處理對象的聲明周期的管理，這樣所有對象都放到堆上管理宙项，對于編譯器實現(xiàn)來說乏苦，會比較方便。

查看以上代碼生成的cpp文件尤筐，__block和descriptor中都有copy和dispose方法汇荐，descriptor中的方法用來對__block實例進行引用計數(shù)操作，__block中的方法用來對array進行引用計數(shù)操作盆繁。

上兩張圖的輸出結(jié)果都是0掀淘，主要說下圖二，Block持有了__block對象油昂，但是__block對象無法持有__weak修飾的NSArray對象革娄，所以執(zhí)行Block方法塊時NSArray對象已經(jīng)被釋放。

三.循環(huán)引用

執(zhí)行上方的代碼冕碟，Person的dealloc不會被調(diào)用拦惋，因為blk與Person實例相互引用了。

使用__block變量同樣不能解決循環(huán)引用安寺，因為Block引用了__block對象厕妖，__block對象引用了self，self引用了Block我衬。

在Block代碼塊內(nèi)對__block對象賦值nil可以避免循環(huán)引用，但是如果沒有執(zhí)行過Block或忘記賦值nil都會引起循環(huán)引用饰恕。使用__block的優(yōu)點是挠羔，可控制變量的持有期。

使用__weak可以讓Block無法持有Person實例埋嵌，從而避免了循環(huán)引用破加。另外，為了方式在Block執(zhí)行半途時Person實例被釋放雹嗦，通常在Block方法塊中先創(chuàng)建一個__strong的Person指針對其進行持有范舀，當Block方法塊結(jié)束后合是，strongSelf就會被釋放。