本文

前言

很久前看了《Objective-C高級編程 iOS與OS X多線程和內(nèi)存管理》這本書理卑，但當(dāng)時看起來晦澀難懂。最近利用下班時間重讀了一遍期吓，覺得還是得記錄一下呐赡。畢竟往后階段對相同的東西會有更深刻的理解。溫故知新焚虱！
系列文章：
1购裙、《Objective-C高級編程》溫故知新之"自動引用計數(shù)"
2、《Objective-C高級編程》溫故知新之"Blocks"

Blocks概要

Blocks 是C語言的擴充功能鹃栽，即帶有自動變量（局部變量）的匿名函數(shù)躏率。

在計算機科學(xué)中，此概念也稱為閉包(Closure)、lambda計算等薇芝。Swift中稱作閉包

其他程序語言中 Block 的名稱

淺顯理解 Block

1蓬抄、Block 語法

完整形式的 Block 語法與一般的C語言函數(shù)定義相比，僅有兩點不同夯到。

（1)沒有函數(shù)名倡鲸。
（2)帶有“^”。

上面第一點也是匿名函數(shù)的由來黄娘。

Block 語法如下：

注意：Block 語法可以省略好幾個項目。

1克滴、返回值類型

省略返回值類型,如果表達(dá)式有 return 語句就使用該返回值的類型逼争，如果表達(dá)式中沒有 return 語句就使用 void 類型。 表達(dá)式中含有多個 return 語句時劝赔，所有 return 的返回值類型必須相同誓焦。相當(dāng)于

省略返回值類型

2、如果沒有參數(shù)着帽，參數(shù)列表也可以省略杂伟。

省略參數(shù)列表

2、截獲自動變量值

了解了匿名函數(shù)仍翰，接下來得了解“帶有自動變量值得匿名函數(shù)”中的“帶有自動變量值”的含義赫粥。

 int dmy = 256;
    int val = 10;
    const char *fmt = "val = %d\n";
    void (^blk)(void) = ^{
        printf(fmt, val);
    };
        val = 2;
        fmt = "These values were changed. val = %d\n";
    blk();

打印：

val = 10

在調(diào)用blk前予借，改動了val,大家可能認(rèn)為打印 val = 2,但實際上打印 val = 10;

該源碼中越平，Block 語法表達(dá)式使用的是它之前聲明的自動變量值為10的 val ，Block 表達(dá)式截獲了這個值灵迫，并且保存下來秦叛，所以在執(zhí)行 Block 語法后，即使在后面改寫 Block 中使用的自動變量的值也不會影響 Block 執(zhí)行時自動變量的值瀑粥。

3挣跋、 __block 說明符

如果我們嘗試修改截獲的自動變量值，會怎么樣狞换，結(jié)果是會報錯避咆。
編譯的時報“Variable is not assignable (missing __block type specifier)”

所以若要在 Block 語法的表達(dá)式中將值賦給在 Block 語法外聲明的自動變量，需要在該自動變量上附加 __block 說明符

    __block int val = 0;
    void (^blk)(void) = ^{
        val = 1;
    };
    blk();
    printf("val = %d\n", val);

打有拊搿：

val = 1

注意：使用截獲的值不會有問題牌借，只有賦值才回報錯。

深入理解 Block

1割按、Block 的實現(xiàn)

通過上篇系列文章講到的 clang -rewrite-objc 將下列 Block 語句 轉(zhuǎn)換為可讀源碼

    void (^blk)(void) = ^{(printf("Block\n"));};
    blk();
    return 0;

我們先挑出部分可讀源碼：
顯然膨报，上面代碼被轉(zhuǎn)換成了下列源碼

static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
      printf("Block\n");
}

該函數(shù)的參數(shù) __cself 相當(dāng)于 C++ 實例方法中指向?qū)嵗陨淼淖兞縯his, 或是 Objective-C 實例方法中指向?qū)ο笞陨淼淖兞?self ，即參數(shù) __cself 為指向 Block值的變量。

繼續(xù)看源碼中的參數(shù) struct __main_block_impl_0 *__cself的聲明

struct __main_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __main_block_desc_0* Desc;
  __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, int flags=0) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};

由于轉(zhuǎn)換后的源碼中现柠，也一并寫入了其構(gòu)造函數(shù)院领，所以看起來稍顯復(fù)雜，如果除開該構(gòu)造函數(shù)够吩，__main_block_impl_0結(jié)構(gòu)體會變得非常簡單比然。

struct __main_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __main_block_desc_0* Desc;
};

第一個成員變量是 impl，看下 __block_impl impl的聲明

struct __block_impl {
  void *isa;
  int Flags;
  int Reserved;
  void *FuncPtr;
};

我們從其名稱可以聯(lián)想到某些標(biāo)志周循、今后版本升級所需的區(qū)域以及函數(shù)指針强法。這些會在后面詳細(xì)說明。第二個成員是 Desc 指針湾笛，以下為其__main_block_desc_0結(jié)構(gòu)體的聲明饮怯。

static struct __main_block_desc_0 {
  size_t reserved;
  size_t Block_size;
}

如同其名稱所示，其結(jié)構(gòu)為今后版本升級所需的區(qū)域和 Block 的大小嚎研。

我們再回頭看下初始化含有這些結(jié)構(gòu)體的 __main_block_impl_0 結(jié)構(gòu)體的構(gòu)造函數(shù)蓖墅。

__main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, int flags=0) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }

進(jìn)行講解前，我們先看看構(gòu)造函數(shù)的調(diào)用

void (*blk)(void) = ((void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA));

簡化后為

__main_block_impl_0(__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA);

第一個參數(shù)是由 Block 語法轉(zhuǎn)換的 C 語言函數(shù)指針临扮。第二個是參數(shù)是作為靜態(tài)全局變量初始化的 __main_block_desc_0結(jié)構(gòu)體實例指針论矾。問我怎么知道，看下面源碼案擞隆：

static struct __main_block_func_0 __main_block_desc_0_DATA = { 
    0, 
    sizeof(struct __main_block_impl_0)
};

由此可知贪壳，該源碼使用 Block，即__main_block_impl_0結(jié)構(gòu)體實例的大小蚜退，進(jìn)行初始化寥袭。
下面看看棧上的 __main_block_impl_0 結(jié)構(gòu)體實例是如何根據(jù)這些參數(shù)進(jìn)行初始化的。如果展開結(jié)構(gòu)體__main_block_impl_0中的__block_impl結(jié)構(gòu)體关霸，可記述為如下形式：

struct __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, int flags=0) {
    void *isa;
    int Flags;
    int Reserved;
    void *FuncPtr;
   struct __main_block_desc_0 *desc;
  }

該結(jié)構(gòu)體構(gòu)造函數(shù)會像下面這樣進(jìn)行初始化传黄。

  __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, int flags=0) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = 0;
    impl.FuncPtr = __main_block_func_0;
    Desc = &__main_block_desc_0_DATA;
  }

從而，__main_block_impl_0構(gòu)造函數(shù)已經(jīng)足夠清晰队寇，除了_NSConcreteStackBlock仍未講解膘掰，先看blk()的源碼

((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)blk)->FuncPtr)((__block_impl *)blk); 

去掉轉(zhuǎn)換部分為

(((__block_impl *)blk)->FuncPtr)((__block_impl *)blk); 

這就是簡單的使用函數(shù)指針調(diào)用函數(shù)。

那么一直沒說的_NSConcreteStackBlock是什么呢佳遣？

首先识埋，將 Block 指針賦給 Block 的結(jié)構(gòu)體成員變量 isa .為了理解他，首先要理解 Objective-C 類和對象的實質(zhì)零渐。其實窒舟，所謂 Block 就是 Objective-C 對象。

id 這一變量類型用于存儲 Objective-C 對象诵盼。在 Objective-C 源代碼中惠豺，雖然可以像使用 void *類型那樣隨意使用 id, 但此 id 類型也能在 C 語言中聲明银还。在 runtime.h 聲明如下：

typedef struct objc_object {
        Class isa;
    } *id;

id 為 objc_object 結(jié)構(gòu)體的指針類型。 然后再看下 Class

typedef struct objc_class *Class;

Class 為objc_class 結(jié)構(gòu)體 的指針類型洁墙。objc_class 結(jié)構(gòu)體聲明如下：

    struct objc_class {
        Class isa;
    };

這與 objc_object 結(jié)構(gòu)體相同蛹疯，所以

@interface MyObject : NSObject
{
    int val0;
    int val1;
}

上面代碼基于 object_object 結(jié)構(gòu)體，該類的對象的結(jié)構(gòu)體如下：

struct MyObject {
    Class isa;
    int val0;
    int val1;
};

可以看出热监，MyObject 類的實例變量 val0 和 val1 被聲明為對象的結(jié)構(gòu)體成員捺弦。 意味著，生成的各個對象孝扛，也就是“由該類生成的對象的各個結(jié)構(gòu)體實例列吼，通過成員變量 isa 保持該類的結(jié)構(gòu)體實例指針”，如下圖所示苦始。

Objective-C 類與對象的實質(zhì)

各類的結(jié)構(gòu)體就是基于 objc_class 結(jié)構(gòu)體的 class_t 結(jié)構(gòu)體寞钥。class_t 結(jié)構(gòu)體在 obj4 運行時庫聲明如下：

    struct class_t {
        struct class_t *isa;
        struct class_t *superclass;
        Cache cache;
        IMP *vtable;
        uintptr_t data_NEVER_USE;
    };

回到之前的 Block 結(jié)構(gòu)體，得知 _NSConcreteStackBlock盈简，相當(dāng)于 class_t 結(jié)構(gòu)體實例。在將 Block 作為 Objective-C 的對象處理時太示，關(guān)于該類的信息放置于 _NSConcreteStackBlock柠贤，信息包含成員變量、方法名稱类缤、方法的實現(xiàn)（即函數(shù)指針）臼勉、屬性以及父類的指針。

到此餐弱，我們已經(jīng)了解 Block 的實質(zhì)宴霸，知道 Block 即為 Objective-C 的對象了。

2膏蚓、截獲自動變量值

C代碼

    int dmy = 256;
    int val = 10;
    const char *fmt = "val = %d\n";
    void (^blk)(void) = ^{
        printf(fmt, val);
    };
        val = 2;
        fmt = "These values were changed. val = %d\n";
    blk();

源代碼

struct __Block_byref_val_0 {
  void *__isa;
__Block_byref_val_0 *__forwarding;
 int __flags;
 int __size;
 int val;
};

struct __main_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __main_block_desc_0* Desc;
  const char *fmt;
  int val;
  __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, const char *_fmt, int _val, int flags=0) : fmt(_fmt), val(_val) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};
static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
  const char *fmt = __cself->fmt; // bound by copy
  int val = __cself->val; // bound by copy

     z   printf(fmt, val);
    }

static struct __main_block_desc_0 {
  size_t reserved;
  size_t Block_size;
} __main_block_desc_0_DATA = { 0, sizeof(struct __main_block_impl_0)};
int main(int argc, const char * argv[]) {

    int dmy = 256;
    int val = 10;
    const char *fmt = "val = %d\n";
    void (*blk)(void) = ((void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, fmt, val));
        val = 2;
        fmt = "These values were changed. val = %d\n";
    ((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)blk)->FuncPtr)((__block_impl *)blk);
    return 0;


}

我們挑出部分代碼

struct __main_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __main_block_desc_0* Desc;
  const char *fmt;
  int val;
};
static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
  const char *fmt = __cself->fmt; // bound by copy
  int val = __cself->val; // bound by copy

     z   printf(fmt, val);
    }

從clang 編譯后自帶的注釋得知是值復(fù)制,不是指針復(fù)制瓢谢，不會受外界影響。再加上形參 __cself 是 block 自身驮瞧，也就是說氓扛， val 值是執(zhí)行block 內(nèi)部語句時的值，也就是 10论笔，這就是所謂的截獲自動變量值原理采郎。

3、__block 說明符

上面說到狂魔，添加__block 說明符則可以在 Block 內(nèi)部修改截獲的值蒜埋，那原理是怎樣的呢

C++代碼

struct __Block_byref_val_0 {
  void *__isa;
__Block_byref_val_0 *__forwarding;
 int __flags;
 int __size;
 int val;
};

發(fā)現(xiàn)添加了__block 說明符，它竟然變成了結(jié)構(gòu)體實例最楷，結(jié)構(gòu)體最后一個成員變量 val 相當(dāng)于原自動變量整份。

Block 會被復(fù)制到堆上待错，即存儲在堆上，所以外部變量也被復(fù)制到了堆上皂林，我們對加了__block關(guān)鍵字的外部變量進(jìn)行操作朗鸠，實際上是對已經(jīng)被copy到了堆區(qū)的變量進(jìn)行操作，而不是原來棧上的變量础倍。如果不加__block烛占，變量在 Block 內(nèi)部只讀

4、Block 存儲域

Block 語法根據(jù)不同類型變量（下圖的類是轉(zhuǎn)換過后的類）沟启，存儲的位置也不同忆家。如下圖：

Block 的類

1、_NSConcreteStackBlock

截獲自動變量德迹，上面講得 Block 類都是 _NSConcreteStackBlock 類芽卿，存儲在棧上。

2胳搞、_NSConcreteGlobalBlock

記述全局變量的地方使用 Block 語法時卸例，生成的就是該類。存儲在數(shù)據(jù)區(qū)域肌毅。
例如下列代碼：

void (^blk)(void) = ^{ //此時將 Block 用結(jié)構(gòu)體實例設(shè)置在程序的數(shù)據(jù)區(qū)域筷转。
    printf("Global Block\n");
};
int main(int argc, const char * argv[]) { ... }

3、_NSConcreteMallocBlock

在某種情況下悬而，Block 會被復(fù)制到堆上呜舒，即存儲在堆上。
例如下列代碼：

/**對于引用了外部變量的Block笨奠，如果沒有對他進(jìn)行copy袭蝗，*/
/**他的作用域只會在聲明他的函數(shù)棧內(nèi)（類型是__NSStackBlock__），*/
/**如果想在非ARC下直接返回此類Block般婆，Xcode會提示編譯錯誤的 */

  typedef int(^MyBlock)();

        MyBlock func()
        {
             //ARC
             int i = 1;
             return ^{ return i; };   
        }

/** ----------------------- */
  typedef int(^MyBlock)();

        MyBlock func()
        {
             //非ARC
             int i = 1;
             return [^{ return i; } copy];   在這里修改一下就好了
        }