Blocks块编程指南

根据苹果官方指南翻译，最后加上点objective-c中得一些用法。
原文地址：Blocks Programming Topics

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<h1 id="00">简介</h1>

块对象是C语言级别的语法和运行特性。类似于标准C函数。除了可执行代码之外他们还可以把变量绑定到堆(heap)栈(stack)中去。因此块能维持一系列的状态（data），这些状态或数据会影响执行后的结果。
你可以在API传递、多线程中使用块函数表达式。最有用的是把块作为回调函数，因为在回调时可以携带代码和参数。在OS X10.6的Xcode开发工具上可以使用块，它使用GCC个Clang集成，你可以在OS X10.6以后或者IOS4.0以后的版本使用块，块运行时（block runtime）是开源的，可以在LLVM’s compiler-rt subproject repository中找到。块之前在C标准工作组（ N1370: Apple’s Extensions to C）中提到过。由于Objective-c和c++都由C衍生而来，所以块都可以在这三种语言中使用。
你应该通过阅读这篇文档来学习如何在C、C++、objective-c中使用块。

<h2 id="01">文档组成</h2>
这篇文档包括以下章节：

• 开始使用块（包括了块的快速、实用、简介）
• 概念概述（包括了块的概念简介）
• 声明和创建块（包括了如何声明一个块变量和如何实现块）
• 块和变量（描述了块和变量的作用，定义了__block类型修饰符）
• 使用块（详解各种用法）

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<h1 id="10">开始使用块</h1>
下面的部分将使用实例带你开始学习块

<h2 id="11">声明、使用块</h2>
我们使用 ^ 操作符去声明一个块变量的开始。块主体使用{}（本例使用C语言，结尾使用;）

int multiplier = 7;

int (^myBlock)(int) = ^(int num) {

return num * multiplier;

};

下图解释此例。

blocks.jpg

注意，块可以使用同一作用域内定义的变量
如果你声明了一个块变量，你可以把它当做函数来使用：

int multiple = 7;
int (^myBlock)(int) = ^(int num){
    return num * multiple;
};

printf("%d", myBlock(3));
//prints "21"

<h2 id="12">直接使用块</h2>
很多时候，我们并不需要直接声明一个块变量，你只需要提供一个内联块来作为参数，下例中使用了函数 qsort_b，qsort_b函数和标准函数qsort_r相类似，但是它提供了一个块来作为参数。

char *myCharacters[3] = { "TomJohn", "George", "Charles Condomine" };
qsort_b(myCharacters, 3, sizeof(char *), ^(const void *l, const void *r){
    char *left = *(char **)l;
    char *right = *(char **)r;
    return strncmp(left, right, l);
});

//myCharacters is now { "Charles Consuming", "George", "TomJohn" }

<h2 id="13">Cocoa和块</h2>
Cocoa frameworks有一些方法中使用块作用参数，典型的用在集合中执行操作，或者用于操作完成后的回调，下例展示了如何在NSArray的方法sortedArrayUsingComparator中使用块，这个方法只有一个块参数，这样块就变成NSComparator的局部变量了。

NSArray *stringArray = @[ @"string 1",
                          @"string 21",
                          @"string 12",
                          @"string 11",
                          @"string 02" ];
static NSStringCompareOptions comparisonOptions = NSCaseInsensitiveSearch | NSNumericSearch | NSWidthInsensitiveSearch | NSForceOrderingSearch;
NSLocale *currentLocale = [NSLocal currentLocale];

NSComparator finderSortBlock = ^(id string1, id string2) {
    NSRange string1Range = NSMakeRange(0, [string1 length]);
    return [string1 compare:string2 options:comparisonOptions range:string1Range locale:currentLocale];
};

NSArray *finderSortArray = [stringsArray sortedArrayUsingComparator:finderSortBlock];
NSLog(@"finderSortArray: %@", finderSortArray);

/*
Output:
finderSortArray: (
    "string 1",
    "string 02",
    "string 11",
    "string 12",
    "string 21",
)
*/

<h2 id="14">__block变量</h2>
块的一个强大特性是可以改变同一作用域内的变量，如果你声明一个变量时使用__block，你就可以在块的作用域内改变它的值，下例中你可以使用block的变量来计算有多少个字符串值相同，在块中使用currentLocale作为只读变量。

NSArray *stringsArray = @[ @"string 1",
                          @"string 21", // <-
                          @"string 12",
                          @"string 11",
                          @"string 21", // <-
                          @"string 21", // <-
                          @"string 02" ];
NSLocale *currentLocale = [NSLocal currentLocale];
__block NSUInteger orderedSameCount = 0;

NSArray *diacriticInsensitiveSortArray = [stringsArray sortedArrayUsingComparator:^(id string1, id string2){
    NSRange string1Range = NSMakeRange(0, [string1 length]);
    NSComparisonResult comparisonResult = [string1 compare:string2 options:NSDiacriticInsenstiveSearch range:string1Range locale:currentLocale];

if (comparisonResult == NSOrderSame) {
    orderSameCount++;
}
return comparisonResult;
}];
NSLog(@"diacriticInsensitiveSortArray: %@", diacriticInsensitiveSortArray);
NSLog(@"orderedSameCount: %d", orderedSameCount);

/*
Output:
finderSortArray: (
    "string 1",
    "string 02",
    "string 11",
    "string 12",
    "string 21",
    "str\U00eeng 21",
    "stri\U00f1g 21"
)
orderSameCount: 2
*/

更多细节请看以下章节 声明和创建块

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<h1 id="20">概念概述</h1>
块在c以及c的衍生语言（Objective-c、c++等）中提供了一种特别的方式创建一个函数体来作为表达式，在其它语言环境里，块有时被叫做“closure”（闭包）。

<h2 id="21">块函数</h2>
一个块在代码里就是一个匿名的内部集合：

• 像函数一样有类型参数
• 有返回值
• 能捕获定义范围内的状态
• 能修改定义范围内的状态

<h2 id="22">使用</h2>
块通常非常小，作为独立的代码片段。它作为可并发执行的封装单元、集合中或者操作完成时的回调尤其有用。

块有两点原因作为回调函数来使用：

1. 他们允许你编写代码的调用方法的上下文中执行后实现。因此，框架中经常使用块作为参数。
2. 它们允许访问局部变量，而不是需要你在块中带着所有需要用到的变量。你可以直接用它访问局部变量。

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<h1 id="30">声明和创建块</h1>
<h2 id="31">声明一个块引用</h2>
声明一个块就和声明一个函数一样，除了块使用 ^ 而不是 * ，下面就是几个正确声明块的方式：

void (^blockReturningVoidWithVoidArgument)(void);
int (^blockReturningIntWithIntAndCharArguments)(int, char);
void (^arrayOfTenBlocksReturningVoidWithIntArgument[10])(int);

块支持可变参数(...)。如果不带参数需在参数列表里指定void。

块被设计成完全类型安全给编译器一套完整的元数据用于验证使用的块，参数传递给块和赋值的返回值。你可以把一块任意类型的指针引用,反之亦然。然而,你不能通过指针引用操作符(*)废弃块，这一块的大小在编译时无法计算。
你还可以给块创建类型，在不同地方使用：

 typedef float (^MyBlockType)(float, float);

 MyBlockType myFirstBlock = // ... ;
 MyBlockType mySecondBlock = // ... ;

<h2 id="32">创建一个块</h2>
我们用^表明块的开始，接着后面通过()指定参数列表，{}表明块的内容，下面定义了一个简单地块

float (^oneFrom)(float);

oneFrom = ^(float aFloat) {
float result = aFloat - 1.0;
return result;
};

如果你不确定块的返回值，它可以进行自动类型推断，如果你的参数列表是void，你可以省略不写。如果有多个返回语句，它们必须是同一类型。

<h2 id="33">全局块</h2>

#import <stdio.h>

int GlobalInt = 0;
int (^getGlobalInt)(void) = ^{ return GlobalInt; };

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<h1 id="40">块和变量</h1>
<h2 id="41">变量的类型</h2>
这节描述了块和变量的相互关系以及内存管理。
在代码块中，可能有5种不同的方式处理变量。
你可以参考下面3种标准变量类型。

• 全局变量（包含静态变量）
• 全局函数（技术上不是变量）
• 局部变量和参数

块还支持其它两种变量类型：

1. 函数级别的__block变量。它可以在块中改变值。
2. const

下面定义了在块中使用变量的规则：

1. 可以访问全部变量、静态变量和局部变量。
2. 参数是可以访问的（类似于函数中得参数）。
3. 本地堆栈(非静态)变量封闭词法作用域为常量变量捕获。它们的值是在计划内的块表达式。在嵌套块,价值捕获从最近的封闭范围。
4. 只有定义成__block的变量才可以在块中被修改。
5. 在块中声明局部变量和函数中一样，

下面的例子说明了使用本地非静态变量:

int x = 123;

void (^printXAndY)(int) = ^(int y) {
  printf("%d %d\n", x, y);
};

printXAndY(456); // prints: 123 456

如上所述,要指定一个新值x在块会导致一个错误:

int x = 123;

void (^printXAndY)(int) = ^(int y) {
  x = x + y; // error
  printf("%d %d\n", x, y);
};

允许一个变量被改变在一块,使用__block存储类型。

<h2 id="42">__block存储类型</h2>
你可以指定变量为__block存储类型
下面的例子说明了使用__block变量:

__block int x = 123; // x lives in block storage

void (^printXAndY)(int) = ^(int y) {
  x = x + y;
  printf("%d %d\n", x, y);
};
printXAndY(456); // prints: 579 456
// x is now 579

下面的例子显示了交互块的几种类型的变量:

extern NSInteger CounterGlobal;
static NSInteger CounterStatic;

{
    NSInteger localCounter = 42;
    __block char localCharacter;
    void (^aBlock)(void) = ^(void) {
        ++CounterGlobal;
        ++CounterStatic;
         CounterGlobal = localCounter; // localCounter fixed at block creation
        localCharacter = 'a'; // sets localCharacter in enclosing scope
    };

    ++localCounter; // unseen by the block
    localCharacter = 'b';

    aBlock(); // execute the block
    // localCharacter now 'a'

}

<h2 id="43">对象和块变量</h2>
如果你在方法中使用一个块，它创建了对对象的强引用：

• 如果你访问实例变量的引用,强引用是self。
• 如果你访问实例变量的值，强引用是这个变量。

下例是两种不同的情况

dispatch_async(queue, ^{

// instanceVariable is used by reference, a strong reference is made to self
    doSomethingWithObject(instanceVariable);
});

id localVariable = instanceVariable;
dispatch_async(queue, ^{
    /*
    localVariable is used by value, a strong reference is made to localVariable(and not to self).
    */
    doSomethingWithObject(localVariable);
});

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<h1 id="50">使用块</h1>
<h2 id="51">调用块</h2>
如果你声明了一个块变量，你可以再函数中使用：

int (^oneFrom)(int) = ^(int anInt) {
    return anInt - 1;
};

printf("1 from 10 is %d", oneFrom(10));
// Prints "1 from 10 is 9"

float (^distanceTraveled)(float, float, float) =

^(float startingSpeed, float acceleration, float time) {

    float distance = (startingSpeed * time) + (0.5 * acceleration * time * time);
return distance;
};

float howFar = distanceTraveled(0.0, 9.8, 1.0);
// howFar = 4.9

<h2 id="52">使用块作为函数参数</h2>

char *myCharacters[3] = { "TomJohn", "George", "Charles Condomine" };

qsort_b(myCharacters, 3, sizeof(char *), ^(const void *l, const void *r) {
    char *left = *(char **)l;
    char *right = *(char **)r;
    return strncmp(left, right, 1);
});
// Block implementation ends at "}"

// myCharacters is now { "Charles Condomine", "George", "TomJohn" }

我们注意到块中包含的函数的参数列表。
下例说明了如何在dispatch_apply函数中使用块。dispatch_apply声明如下：

void dispatch_apply(size_t iterations, dispatch_queue_t queue, void (^block)(size_t));

提交一个功能块调度队列的多个调用。需要三个参数,第一个参数指定数量的迭代执行;第二个指定队列提交的块;第三是块本身,进而需要一个单一的参数当前索引的迭代。
您可以使用dispatch_apply打印迭代索引,如下所示:

#include <dispatch/dispatch.h>
size_t count = 10;
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);

dispatch_apply(count, queue, ^(size_t i) {
    printf("%u\n", i);
});

<h2 id="53">使用块作为方法参数</h2>

NSArray *array = @[@"A", @"B", @"C", @"A", @"B", @"Z", @"G", @"are", @"Q"];

NSSet *filterSet = [NSSet setWithObjects: @"A", @"Z", @"Q", nil];

BOOL (^test)(id obj, NSUInteger idx, BOOL *stop);

test = ^(id obj, NSUInteger idx, BOOL *stop) {

    if (idx < 5) {
        if ([filterSet containsObject: obj]) {
            return YES;
        }
    }
    return NO;

};

NSIndexSet *indexes = [array indexesOfObjectsPassingTest:test];

NSLog(@"indexes: %@", indexes);

/*
Output:
indexes: <NSIndexSet: 0x10236f0>[number of indexes: 2 (in 2 ranges), indexes: (0 3)]
*/

<h2 id="54">块复制</h2>

Block_copy();
Block_release();

<h2 id="55">避免这些模式</h2>

void dontDoThis() {
    void (^blockArray[3])(void);  // an array of 3 block references

    for (int i = 0; i < 3; ++i) {
        blockArray[i] = ^{ printf("hello, %d\n", i); };
        // WRONG: The block literal scope is the "for" loop.
    }
}

void dontDoThisEither() {
    void (^block)(void);

    int i = random():
    if (i > 1000) {
        block = ^{ printf("got i at: %d\n", i); };
        // WRONG: The block literal scope is the "then" clause.
    }
    // ...
}

<h2 id="56">Debug</h2>
你可以设置断点和单步成块。您可以调用一个块中使用invoke-block GDB会话,如本例中所示:

$ invoke-block myBlock 10 20

如果你想通过一个C字符串,你必须引用它。例如,通过这个字符串到doSomethingWithString块中,你将编写以下:

$ invoke-block doSomethingWithString "\"this string\""