Objective-C Block 笔记二－Blocks的实现

Block 的实质

Block 是“带有自动变量值的匿名函数”，我们可以通过 Block 的实现来加深理解。首先通过 clang 工具可以将含有 Block 的源代码转换为一般C语言代码。
将下面代码保存为 test.m：

int main()
{
    void (^blk)(void) = ^{int i=0;};
    
    blk();
    
    return 0;
}

在终端执行命令clang -rewrite-objc test.m，生成 test.cpp C 代码文件，我们来看下 block 语句^{int i=0;};转换后的代码：

static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
int i=0; }

__main_block_impl_0 是一个结构体，如下：

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;
  }
};

__main_block_impl_0有两个成员变量：impl，Desc，还有一个构造函数__main_block_impl_0(void*, struct, int)。

我们先看impl，__block_impl 类型， block 结构体：

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

第二个成员变量 Desc，是__main_block_desc_0类型指针：

static struct __main_block_desc_0 {
  size_t reserved;
  size_t Block_size;
} 

reserved 为预留字段，Block_size 是该 block 的大小

下面我们看看该结构体的构造函数

__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;
}

以上就是初始化 __main_block_impl_0结构体成员的源代码。fp 是 __main_block_func_0 函数指针，赋给 impl.FuncPtr，通过 impl.FuncPtr 即可调用 block 函数。__block_impl结构体的 isa 成员使用_NSConcreteStackBlock初始化，这里的_NSConcreteStackBlock是什么？首先要理解 Objective-C 类和对象的实质。其实，所谓 Block 就是 Objective-C 对象。在 /usr/include/objc/runtime.h 中 isa 的声明：

typedef struct objc_object {
    Class isa;
} *id;

isa 保持该类的结构体实例指针。_NSConcreteStackBlock 是 Block 结构体存储类型。

Block 存储区

• _NSConcreteStackBlock：存储在栈上，超出作用域被销毁。
• _NSConcreteGlobalBlock：存储在程序的数据区域中。当 block 定义在全区或者 block 没有截获外部变量时，block 存在数据区。
• _NSConcreteMallocBlock：存储在由 malloc 函数分配的堆中。使用此种方式，可在 block 作用域外访问 block，引用计数为 0 时被销毁。

截获自动变量

int main()
{
    int val = 3;
    void (^blk)(void) = ^{int i = val;};
    
    blk();
    
    return 0;
}

那么 __main_block_impl_0 结构体变成了

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

多了一个成员变量 val，val 被截获了。所谓的截获自动变量值，就是 block 所使用的外部变量被保存到 Block 的结构体实例中。

__block

block 不能修改外部变量，但如果在声明变量的时候加上关键字 __block 就可在 block 内部修改外部变量。这是如何实现的？看代码：

int main()
{
    __block int val = 3;
    void (^blk)(void) = ^{val = 1;};
    
    blk();
    
    return 0;
}

转换后的代码多了一个结构体声明

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

val 被转换成一个结构体，其中__forwarding 是一个指向自身的指针，当 block 被拷贝时，该指针指向堆上的结构体实例。而__main_block_impl_0 val 变成对这个结构体的引用：

struct __main_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __main_block_desc_0* Desc;
  __Block_byref_val_0 *val;
}

因此可以在 block 内部修改外部的变量。

同时，改变的还有__main_block_desc_0，多了两个成员变量 copy 和 dispose，在拷贝 block 的时候使用到。

static struct __main_block_desc_0 {
  size_t reserved;
  size_t Block_size;
  void (*copy)(struct __main_block_impl_0*, struct __main_block_impl_0*);
  void (*dispose)(struct __main_block_impl_0*);
} __main_block_desc_0_DATA = { 0, sizeof(struct __main_block_impl_0), __main_block_copy_0, __main_block_dispose_0};

变量作用域结束时，栈上的 __block 变量和 Block 也被废弃，复制到堆上的 __block 变量和 Block 在变量作用域结束时不受影响。

__block用结构体成员变量__forwarding可以实现无论__block变量配置在栈上还是堆上时都能够正确地访问__block变量。

Block 循环引用

如果在 Block 中使用附有 __strong 修饰符的对象，那么当 Block 从栈复制到堆时，该对象为 Block 所持有，容易引起循环引用。如下代码

typedef void (^blk_t)(void);

@interface MyObject : NSObject {
    blk_t blk_;
    id obj_;
}
@end

@implementation MyObject

- (id)init {
    self = [super init];
    
    blk_ = ^{NSLog(@"obj_ = %@", obj_);};
        
    return self;
}

@end

编译器会产生警告：Capturing 'self' strongly in this block is likely to lead to a retain cycle。但很多时候编译器无法判断是否产生循环引用，我们在使用 block 的时候要特别小心，避免循环引用可以使用 __weak 修饰符。

   id __weak obj = obj_;
    blk_ = ^{NSLog(@"obj_ = %@", obj);};