1.相關(guān)概念

在這篇筆記開始之前竹伸，我們需要對以下概念有所了解尘颓。

1.1 操作系統(tǒng)中的棧和堆

注：這里所說的堆和棧與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的堆和棧不是一回事瓦堵。

我們先來看看一個(gè)由C/C++/OBJC編譯的程序占用內(nèi)存分布的結(jié)構(gòu)：

內(nèi)存分布結(jié)構(gòu)

• 棧區(qū)（stack）：由系統(tǒng)自動分配狼电，一般存放函數(shù)參數(shù)值贿衍、局部變量的值等浪默。由編譯器自動創(chuàng)建與釋放牡直。其操作方式類似于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的棧，即后進(jìn)先出浴鸿、先進(jìn)后出的原則井氢。

例如：在函數(shù)中申明一個(gè)局部變量int b;系統(tǒng)自動在棧中為b開辟空間。

• 堆區(qū)（heap）：一般由程序員申請并指明大小岳链，最終也由程序員釋放花竞。如果程序員不釋放，程序結(jié)束時(shí)可能會由OS回收。對于堆區(qū)的管理是采用鏈表式管理的约急，操作系統(tǒng)有一個(gè)記錄空閑內(nèi)存地址的鏈表零远，當(dāng)接收到程序分配內(nèi)存的申請時(shí)，操作系統(tǒng)就會遍歷該鏈表厌蔽，遍歷到一個(gè)記錄的內(nèi)存地址大于申請內(nèi)存的鏈表節(jié)點(diǎn)牵辣，并將該節(jié)點(diǎn)從該鏈表中刪除，然后將該節(jié)點(diǎn)記錄的內(nèi)存地址分配給程序奴饮。

例如：在C中malloc函數(shù)
char *p1;
p1 = (char *)malloc(10);
但是p1本身是在棧中的纬向。

鏈表：是一種常見的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，一般分為單向鏈表戴卜、雙向鏈表逾条、循環(huán)鏈表。以下為單向鏈表的結(jié)構(gòu)圖：

單向鏈表

單向鏈表是鏈表中最簡單的一種投剥，它包含兩個(gè)區(qū)域师脂，一個(gè)信息域和一個(gè)指針域。信息域保存或顯示關(guān)于節(jié)點(diǎn)的信息江锨，指針域儲存下一個(gè)節(jié)點(diǎn)的地址吃警。
上述的空閑內(nèi)存地址鏈表的信息域保存的就是空閑內(nèi)存的地址。

• 全局區(qū)/靜態(tài)區(qū)：顧名思義啄育，全局變量和靜態(tài)變量存儲在這個(gè)區(qū)域酌心。只不過初始化的全局變量和靜態(tài)變量存儲在一塊，未初始化的全局變量和靜態(tài)變量存儲在一塊灸撰。程序結(jié)束后由系統(tǒng)釋放谒府。
• 文字常量區(qū)：這個(gè)區(qū)域主要存儲字符串常量。程序結(jié)束后由系統(tǒng)釋放浮毯。
• 程序代碼區(qū)：這個(gè)區(qū)域主要存放函數(shù)體的二進(jìn)制代碼完疫。

下面舉一個(gè)前輩寫的例子：

//main.cpp
int a = 0; // 全局初始化區(qū)
char *p1; // 全局未初始化區(qū)
main {
    int b; // 棧
    char s[] = "abc"; // 棧
    char *p2; // 棧
    char *p3 = "123456"; // 123456\0在常量區(qū)，p3在棧上
    static int c =0债蓝； // 全局靜態(tài)初始化區(qū)
    p1 = (char *)malloc(10);
    p2 = (char *)malloc(20); // 分配得來的10和20字節(jié)的區(qū)域就在堆區(qū)
    strcpy(p1, "123456"); // 123456\0在常量區(qū)壳鹤，這個(gè)函數(shù)的作用是將"123456" 這串字符串復(fù)制一份放在p1申請的10個(gè)字節(jié)的堆區(qū)域中。
    // p3指向的"123456"與這里的"123456"可能會被編譯器優(yōu)化成一個(gè)地址饰迹。
}

strcpy函數(shù)
原型聲明：extern char *strcpy(char* dest, const char *src);
功能：把從src地址開始且含有NULL結(jié)束符的字符串復(fù)制到以dest開始的地址空間芳誓。

1.2 結(jié)構(gòu)體（Struct）

在C語言中，結(jié)構(gòu)體(struct)指的是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)啊鸭。結(jié)構(gòu)體可以被聲明為變量锹淌、指針或數(shù)組等，用以實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)赠制。結(jié)構(gòu)體同時(shí)也是一些元素的集合赂摆，這些元素稱為結(jié)構(gòu)體的成員(member)，且這些成員可以為不同的類型，成員一般用名字訪問烟号。
我們來看看結(jié)構(gòu)體的定義：

struct tag { member-list } variable-list;

• struct：結(jié)構(gòu)體關(guān)鍵字绊谭。
• tag：結(jié)構(gòu)體標(biāo)簽。
• member-list：結(jié)構(gòu)體成員列表汪拥。
• variable-list：為結(jié)構(gòu)體聲明的變量列表达传。

在一般情況下，tag迫筑，member-list宪赶，variable-list這三部分至少要出現(xiàn)兩個(gè)。以下為示例：

// 該結(jié)構(gòu)體擁有3個(gè)成員脯燃，整型的a逊朽，字符型的b，雙精度型的c
// 并且為該結(jié)構(gòu)體聲明了一個(gè)變量s1
// 該結(jié)構(gòu)體沒有標(biāo)明其標(biāo)簽
struct{
    int a;
    char b;
    double c;
} s1;

// 該結(jié)構(gòu)體擁有同樣的三個(gè)成員
// 并且該結(jié)構(gòu)體標(biāo)明了標(biāo)簽EXAMPLE
// 該結(jié)構(gòu)體沒有聲明變量
struct EXAMPLE{
    int a;
    char b;
    double c;
};

//用EXAMPLE標(biāo)簽的結(jié)構(gòu)體曲伊，另外聲明了變量t1、t2追他、t3
struct EXAMPLE t1, t2[20], *t3;

以上就是簡單結(jié)構(gòu)體的代碼示例坟募。結(jié)構(gòu)體的成員可以包含其他結(jié)構(gòu)體，也可以包含指向自己結(jié)構(gòu)體類型的指針邑狸。結(jié)構(gòu)體的變量也可以是指針懈糯。

下面我們來看看結(jié)構(gòu)體成員的訪問。結(jié)構(gòu)體成員依據(jù)結(jié)構(gòu)體變量類型的不同单雾，一般有2種訪問方式赚哗，一種為直接訪問，一種為間接訪問硅堆。直接訪問應(yīng)用于普通的結(jié)構(gòu)體變量屿储，間接訪問應(yīng)用于指向結(jié)構(gòu)體變量的指針。直接訪問使用結(jié)構(gòu)體變量名.成員名渐逃，間接訪問使用(*結(jié)構(gòu)體指針名).成員名或者使用結(jié)構(gòu)體指針名->成員名够掠。相同的成員名稱依靠不同的變量前綴區(qū)分。

struct EXAMPLE{
    int a;
    char b;
};

//聲明結(jié)構(gòu)體變量s1和指向結(jié)構(gòu)體變量的指針s2
struct EXAMPLE s1, *s2;

//給變量s1和s2的成員賦值,注意s1.a和s2->a并不是同一成員
s1.a = 5;
s1.b = 6;
s2->a = 3;
s2->b = 4;

最后我們來看看結(jié)構(gòu)體成員存儲茄菊。在內(nèi)存中疯潭，編譯器按照成員列表順序分別為每個(gè)結(jié)構(gòu)體成員分配內(nèi)存。如果想確認(rèn)結(jié)構(gòu)體占多少存儲空間面殖，則使用關(guān)鍵字sizeof竖哩，如果想得知結(jié)構(gòu)體的某個(gè)特定成員在結(jié)構(gòu)體的位置，則使用offsetof宏(定義于stddef.h)脊僚。

struct EXAMPLE{
    int a;
    char b;
};

//獲得EXAMPLE類型結(jié)構(gòu)體所占內(nèi)存大小
int size_example = sizeof( struct EXAMPLE );

//獲得成員b相對于EXAMPLE儲存地址的偏移量
int offset_b = offsetof( struct EXAMPLE, b );

1.3 閉包（Closure）

閉包就是一個(gè)函數(shù)相叁，或者一個(gè)指向函數(shù)的指針，加上這個(gè)函數(shù)執(zhí)行的非局部變量。
說的通俗一點(diǎn)钝荡，就是閉包允許一個(gè)函數(shù)訪問聲明該函數(shù)運(yùn)行上下文中的變量街立，甚至可以訪問不同運(yùn)行上文中的變量。
我們用腳本語言來看一下：

function funA(callback){
    alert(callback());
}

function funB(){
    var str = "Hello World"; // 函數(shù)funB的局部變量埠通，函數(shù)funA的非局部變量
    funA（
        function（）{
            return str;
        }
    ）赎离；
}

通過上面的代碼我們可以看出，按常規(guī)思維來說端辱，變量str是函數(shù)funB的局部變量梁剔，作用域只在函數(shù)funB中，函數(shù)funA是無法訪問到str的舞蔽。但是上述代碼示例中函數(shù)funA中的callback可以訪問到str荣病，這是為什么呢，因?yàn)殚]包性渗柿。

2.blcok基礎(chǔ)知識

block實(shí)際上就是Objective-C語言對閉包的實(shí)現(xiàn)个盆。

2.1 block的原型及定義

我們來看看block的原型：

NSString * ( ^ myBlock )( int );

上面的代碼聲明了一個(gè)block(^)原型，名字叫做myBlock朵栖，包含一個(gè)int型的參數(shù)颊亮，返回值為NSString類型的指針。

下面來看看block的定義：

myBlock = ^( int paramA )
{
    return [ NSString stringWithFormat: @"Passed number: %i", paramA ];
};

上面的代碼中陨溅，將一個(gè)函數(shù)體賦值給了myBlock變量终惑，其接收一個(gè)名為paramA的參數(shù)，返回一個(gè)NSString對象门扇。

注意：一定不要忘記block后面的分號雹有。

定義好block后，就可以像使用標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)一樣使用它了：

myBlock(7);

由于block數(shù)據(jù)類型的語法會降低整個(gè)代碼的閱讀性臼寄，所以常使用typedef來定義block類型霸奕。例如，下面的代碼創(chuàng)建了GetPersonEducationInfo和GetPersonFamilyInfo兩個(gè)新類型吉拳，這樣我們就可以在下面的方法中使用更加有語義的數(shù)據(jù)類型铅祸。

// Person.h
#import <Foundation/Foundation.h>

// Define a new type for the block
typedef NSString * (^GetPersonEducationInfo)(NSString *);
typedef NSString * (^GetPersonFamilyInfo)(NSString *);

@interface Person : NSObject

- (NSString *)getPersonInfoWithEducation:(GetPersonEducationInfo)educationInfo
    andFamily:(GetPersonFamilyInfo)familyInfo;

@end

我們用一張大師文章里的圖來總結(jié)一下block的結(jié)構(gòu)：

block

2.2 將block作為參數(shù)傳遞

// .h
-(void) testBlock:( NSString * ( ^ )( int ) )myBlock;

// .m
-(void) testBlock:( NSString * ( ^ )( int ) )myBlock
{
    NSLog(@"Block returned: %@", myBlock(7) );
}

由于Objective-C是強(qiáng)制類型語言，所以作為函數(shù)參數(shù)的block也必須要指定返回值的類型合武，以及相關(guān)參數(shù)類型临梗。

2.3 閉包性

上文說過，block實(shí)際是Objc對閉包的實(shí)現(xiàn)稼跳。
我們來看看下面代碼：

#import <Cocoa/Cocoa.h>

void logBlock( int ( ^ theBlock )( void ) )
{
    NSLog( @"Closure var X: %i", theBlock() );
}

int main( void )
{
    NSAutoreleasePool * pool;
    int ( ^ myBlock )( void );
    int x;

    pool = [ [ NSAutoreleasePool alloc ] init ];
    x = 42;

    myBlock = ^( void )
    {
        return x;
    };

    logBlock( myBlock );

    [ pool release ];

    return EXIT_SUCCESS;
}

上面的代碼在main函數(shù)中聲明了一個(gè)整型盟庞，并賦值42，另外還聲明了一個(gè)block汤善，該block會將42返回什猖。然后將block傳遞給logBlock函數(shù)票彪，該函數(shù)會顯示出返回的值42。即使是在函數(shù)logBlock中執(zhí)行block不狮，而block又聲明在main函數(shù)中降铸，但是block仍然可以訪問到x變量，并將這個(gè)值返回摇零。

注意：block同樣可以訪問全局變量推掸，即使是static。

2.4 block中變量的復(fù)制與修改

對于block外的變量引用驻仅，block默認(rèn)是將其復(fù)制到其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中來實(shí)現(xiàn)訪問的谅畅，如下圖：

copy variables

myBlock = ^( void )
{
    x++;

    return x;
};

編譯器會報(bào)錯，表明在block中變量x是只讀的粘优。
有時(shí)候確實(shí)需要在block中處理變量仇味，怎么辦？別著急雹顺，我們可以用__block關(guān)鍵字來聲明變量邪铲，這樣就可以在block中修改變量了。
基于之前的代碼无拗，給x變量添加__block關(guān)鍵字，如下：

__block int x;

對于用__block修飾的外部變量引用昧碉，block是復(fù)制其引用地址來實(shí)現(xiàn)訪問的英染，如下圖：

ref variables

3.編譯器中的block

3.1 block的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義

我們通過大師文章中的一張圖來說明：

block struct

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. */
};

從上面代碼看出被饿，Block_layout就是對block結(jié)構(gòu)體的定義：

• isa指針：指向表明該block類型的類四康。
• flags：按bit位表示一些block的附加信息，比如判斷block類型狭握、判斷block引用計(jì)數(shù)闪金、判斷block是否需要執(zhí)行輔助函數(shù)等。
• reserved：保留變量论颅，我的理解是表示block內(nèi)部的變量數(shù)哎垦。
• invoke：函數(shù)指針，指向具體的block實(shí)現(xiàn)的函數(shù)調(diào)用地址恃疯。
• descriptor：block的附加描述信息漏设，比如保留變量數(shù)、block的大小今妄、進(jìn)行copy或dispose的輔助函數(shù)指針郑口。
• variables：因?yàn)閎lock有閉包性鸳碧，所以可以訪問block外部的局部變量。這些variables就是復(fù)制到結(jié)構(gòu)體中的外部局部變量或變量的地址犬性。

3.2 block的類型

block有幾種不同的類型瞻离，每種類型都有對應(yīng)的類，上述中isa指針就是指向這個(gè)類乒裆。這里列出常見的三種類型：

• _NSConcreteGlobalBlock：全局的靜態(tài)block套利，不會訪問任何外部變量，不會涉及到任何拷貝缸兔，比如一個(gè)空的block日裙。例如：

#include <stdio.h>

int main()
{
    ^{ printf("Hello, World!\n"); } ();
    return 0;
} 

• _NSConcreteStackBlock：保存在棧中的block，當(dāng)函數(shù)返回時(shí)被銷毀惰蜜。例如：

#include <stdio.h>

int main()
{
    char a = 'A';
    ^{ printf("%c\n",a); } ();
    return 0;
}

• _NSConcreteMallocBlock：保存在堆中的block昂拂，當(dāng)引用計(jì)數(shù)為0時(shí)被銷毀。該類型的block都是由_NSConcreteStackBlock類型的block從棧中復(fù)制到堆中形成的抛猖。例如下面代碼中惊橱，在exampleB_addBlockToArray方法中的block還是_NSConcreteStackBlock類型的，在exampleB方法中就被復(fù)制到了堆中引颈，成為_NSConcreteMallocBlock類型的block：

void exampleB_addBlockToArray(NSMutableArray *array) {
    char b = 'B';
    [array addObject:^{
            printf("%c\n", b);
    }];
}
 
void exampleB() {
    NSMutableArray *array = [NSMutableArray array];
    exampleB_addBlockToArray(array);
    void (^block)() = [array objectAtIndex:0];
    block();
} 

總結(jié)一下：

• _NSConcreteGlobalBlock類型的block要么是空block沦童，要么是不訪問任何外部變量的block。它既不在棧中撑教，也不在堆中朝墩，我理解為它可能在內(nèi)存的全局區(qū)。
• _NSConcreteStackBlock類型的block有閉包行為伟姐，也就是有訪問外部變量收苏，并且該block只且只有有一次執(zhí)行，因?yàn)闂Ｖ械目臻g是可重復(fù)使用的愤兵，所以當(dāng)棧中的block執(zhí)行一次之后就被清除出棧了鹿霸，所以無法多次使用。
• _NSConcreteMallocBlock類型的block有閉包行為秆乳，并且該block需要被多次執(zhí)行懦鼠。當(dāng)需要多次執(zhí)行時(shí)，就會把該block從棧中復(fù)制到堆中屹堰，供以多次執(zhí)行肛冶。

3.3 編譯器如何編譯

我們通過一個(gè)簡單的示例來說明：

#import <dispatch/dispatch.h>

typedef void(^BlockA)(void);

__attribute__((noinline))
void runBlockA(BlockA block) {
    block();
}

void doBlockA() {
    BlockA block = ^{
        // Empty block
    };
    runBlockA(block);
}

上面的代碼定義了一個(gè)名為BlockA的block類型，該block在函數(shù)doBlockA中實(shí)現(xiàn)扯键，并將其作為函數(shù)runBlockA的參數(shù)淑趾，最后在函數(shù)doBlockA中調(diào)用函數(shù)runBloackA。

注意：如果block的創(chuàng)建和調(diào)用都在一個(gè)函數(shù)里面忧陪，那么優(yōu)化器(optimiser)可能會對代碼做優(yōu)化處理扣泊，從而導(dǎo)致我們看不到編譯器中的一些操作近范，所以用__attribute__((noinline))給函數(shù)runBlockA添加noinline，這樣優(yōu)化器就不會在doBlockA函數(shù)中對runBlockA的調(diào)用做內(nèi)聯(lián)優(yōu)化處理延蟹。

我們來看看編譯器做的工作內(nèi)容：

#import <dispatch/dispatch.h>

__attribute__((noinline))
void runBlockA(struct Block_layout *block) {
    block->invoke();
}

void block_invoke(struct Block_layout *block) {
    // Empty block function
}

void doBlockA() {
    struct Block_descriptor descriptor;
    descriptor->reserved = 0;
    descriptor->size = 20;
    descriptor->copy = NULL;
    descriptor->dispose = NULL;

    struct Block_layout block;
    block->isa = _NSConcreteGlobalBlock;
    block->flags = 1342177280;
    block->reserved = 0;
    block->invoke = block_invoke;
    block->descriptor = descriptor;

    runBlockA(&block);
}

上面的代碼結(jié)合block的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義评矩，我們能很容易得理解編譯器內(nèi)部對block的工作內(nèi)容。

3.4 copy()和dispose()

上文中提到阱飘，如果我們想要在以后繼續(xù)使用某個(gè)block斥杜，就必須要對該block進(jìn)行拷貝操作，即從椓ば伲空間復(fù)制到堆空間蔗喂。所以拷貝操作就需要調(diào)用Block_copy()函數(shù)，block的descriptor中有一個(gè)copy()輔助函數(shù)高帖，該函數(shù)在Block_copy()中執(zhí)行缰儿，用于當(dāng)block需要拷貝對象的時(shí)候，拷貝輔助函數(shù)會retain住已經(jīng)拷貝的對象散址。

既然有有copy那么就應(yīng)該有release乖阵，與Block_copy()對應(yīng)的函數(shù)是Block_release()，它的作用不言而喻预麸，就是釋放我們不需要再使用的block瞪浸，block的descriptor中有一個(gè)dispose()輔助函數(shù)，該函數(shù)在Block_release()中執(zhí)行吏祸，負(fù)責(zé)做和copy()輔助函數(shù)相反的操作对蒲，例如釋放掉所有在block中拷貝的變量等。

4.總結(jié)

以上內(nèi)容是我學(xué)習(xí)各大師的文章后對自己學(xué)習(xí)情況的一個(gè)記錄贡翘，其中有部分文字和代碼示例是來自大師的文章蹈矮，還有一些自己的理解，如有錯誤還請大家勘誤床估。

本文首發(fā)地址：Objective-C中的Block