Objective-C Block篇(一) : Block的实质

本文内容：

1. 什么是Blocks
2. Block类型变量
3. Block的实质(带有(截获)自动变量值的匿名函数)
4. Block的存储域

什么是Blocks

Blocks是C语言的扩充功能，可以用一句话表示这个功能：带有自动变量(局部变量)的匿名函数

编译后：就是在文件中的一个函数

# 在C中可能使用的变量

• 自动变量(局部变量)
• 函数的参数
• 静态变量(静态局部变量)
• 静态全局变量
• 全局变量
  其中，在后三种，在文件中的任何地方都能访问到。
  研究Blocks的重点就是：在Blocks中，怎么访问、存储、改变前两种数据

“带有自动变量值的匿名函数”这一概念并不仅指Blocks，还存在与其他编程语言，也被称为：
Block: C+ Blocks、Smalltalk、Ruby
闭包(Closure)：swift
lambda计算（λ计算，lambda calculus等）：LISP、Python、C++ 11
Anonymous function(匿名函数)：JavaScript

Block类型变量

完整形式的Block类型变量定义语法 与 C语言函数定义 仅有两点不同：

• 没有函数名：因为是匿名函数
• 带有 ^ ：返回值类型钱带有'^'(插入记号，caret)记号，因为OS X、iOS中大量使用Block，便于查找
  不完整形式的Block类型变量：可以省略返回值类型、参数列表

# C 函数指针 类型变量

int func (int count)
{
return count + 1;
}
int (*funcptr) (int) = &func;

# OC Block 类型变量

在Block语法下，可将Block语法赋值给 Block类型的变量。
在Blocks中的文档中，“Block”既指源代码中的`Block语法`，也指由Block语法`生成的值`
int (^blk) (int);  

比较：

1. 相比C而言，仅仅是将* 改成了 ^
2. 调用起来没有区别

Block的实质

# 代码反编译看Block

clang(LLVM 编译器)具有转换为我们可读源代码的功能，我们可以通过-rewrite-objc将含有Block语法的源代码变换为C++的源代码，本质上是C语言源代码

clang -rewrite-objc 源代码文件名

代码转换：

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

源代码通过clang可变换为以下形式:

//从其名称可以联想到某些标志、今后版本所需的区域以及函数指针
struct __block_impl {
    void *isa;
    int Flags;
    int Reserved;
    vold *Funcptr;  
}

// Block类型变量对应的结构体
struct __main_block_impl_0 {
    struct __block_impl imp1;   
    struct __main_block_desc_0* Desc;
    //默认构造函数，C++中的语法
    __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, int flags=0) {
        imp1.isa = &_NSConcreteStackBlock;
        imp1.Flags = flags  //不传默认=0，Reserved默认也是0
        imp1.FuncPtr = fp;
        Desc = desc:
    }
};

//该函数的参数__cself相当于C++实例方法中指向实例自身的变量this，或是Objective-C实例方法中指向对象自身的变量self
//即参数__cself为`指向Block值的变量`
static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0* cself)
{
    printf("Block\n");
}

//今后版本升级所需的区域和Block的大小
static struct __main_block_desc_0{
    unsigned long reserved;
    unsigned long Block_size;
} __main_block_desc_0_DATA = {
    0,
    sizeof(struct __main_block_impl_0)   //block对应结构体的实例大小
};

int main()
{
    //创建 构造函数
      /*
        相当于(《OC 高级编程》中写的)：
        struct __main_block_impl_0 tmp = __main_block_impl_0(__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA);
        struct __main_block_impl_0 * blk = &tmp;
        相当于源码：void(^blk)(void) = ^{printf("Block\n");};
        问题1：有点搞不懂为什么结构体指针 等价于 下面的函数指针？ 有明白的同学，欢迎留言评论
        @param  __main_block_func_0  函数
        @param  &__main_block_desc_0_DATA 结构体指针  "静态全局变量"
      */
    void (*blk)(void) = (void(*)(void)) &__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA);  

    //调用
      /*
        问题2：blk明明是__main_block_impl_0结构体类型指针的，为什么变成__block_impl结构体类型指针了？难道又是C C++中的语法？成员变量结构体可以当成外层结构体来用？
      */
    （ (void (*)(struct __block_impl *)) ((struct __block_impl *)blk)->FuncPtr )((struct __block_impl *)blk);

    return 0;
}

# &_NSConcreteStackBlock是什么

在讲&_NSConcreteStackBlock与isa之前，先了解一下class、id这两个关键字的定义：

struct objc_class {
    Class isa;
}
typedef struct objc_class * class;

struct objc_object{
    Class isa;
}
typedef struct objc_object * id;


isa：是一个Class 类型的指针. 
1. 每个实例对象有个isa的指针,他指向对象的类Class
2. Class里也有个isa的指针, 指向meteClass(元类)。
3. 元类（meteClass）也是类，它也是对象。元类也有isa指针,它的isa指针最终指向的是一个根元类(root meteClass). 
4. 根元类的isa指针指向本身，这样形成了一个封闭的内循环。

元类保存了类方法的列表。当类方法被调用时，先会从本身查找类方法的实现，如果没有，元类会向他父类查找该方法。

综上：

1. 每个对象、类本质上都是结构体，都有isa指针
2. 每个结构体都持有对象、类的属性、方法的名称、方法的实现(函数指针)、以及父类的指针
3. &_NSConcreteStackBlock相当于Block isa指向的类，在将Block作为OC对象处理时，关于该类的信息放置于_NSConcreteStackBlock中.

总结：Block即为Objective-C的对象，C中的结构体，底层实现是C语言中的函数(下一篇Objective-C Block篇(二) : Block捕获自动变量机制中将通过讲解Block的捕获机制，详细证明Block就是函数)

Block的存储域

Block存在三种不同作用域的对象：

• _NSConcreteStackBlock设置在栈上
• _NSConcreteGlobalBlock设置在程序的数据区域(.data区)
• _NSConcreteMallocBlock设置在由malloc函数分配的内存块(即堆)中

# _NSConcreteGlobalBlock

1. 像声明全局变量一样声明Block变量时
2. 捕获全局变量、静态自动变量、静态全局变量时（此时，如果同时满足_NSConcreteMallocBlock的条件，那_NSConcreteMallocBlock优先）
3. 当不捕获任何自动变量时

# _NSConcreteMallocBlock

1. 调用Block的copy实例方法时
2. Block作为函数返回值返回时
3. 将Block赋值给附有__strong修饰符id类型的类或Block类型变量时
4. 在方法名含有usingBlock的Cocoa框架方法或Grand Central Dispatch的API传递Block时

调用objc_retainBlock()方法，实际上也就是Block_copy函数

• 对栈上的Block执行copy方法，会从栈复制到堆
• 对堆上的Block执行copy方法，引用计数增加
• 对全局的Block执行copy方法，什么也不会发生
  所以，不管Block配置在何处，用copy方法都不会引起任何问题，不确定存储域的时候可以直接copy

# _NSConcreteStackBlock

除了以上讲述的情况，其他创建的Block存储于都是在栈上

ARC 无效时，一般需要我们手动将Block从栈复制到堆，然后手动释放。

• -retain
• -copy/Block_copy(block)
• -release/Block_release(block)

对于栈上的block调用retain是无效的，只有先copy到堆上，再copy才会有效果