深度围观block：第一集

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小引

还记得之前的两篇文章吗：iOS汇编教程：ARM(1)和iOS汇编教程：ARM(2)，里面介绍了Objective-C生成的汇编代码。本文介绍的内容也跟汇编相关，只不过是与block相关，如果对汇编有不了解的，可以先去看看那两篇带有启蒙性质的文章哟。本文将从汇编的角度来介绍block相关知识。另外，如果你对block还不了解的话，建议你先去看看我的上一篇文章：初识block。

目录：

• 简介
• 基础知识
• 深入一个简单示例
• 源码在这里
• 何去何从

正文

简介

今天我们从编译器的角度观察一下block内部是如何工作的。这里说的block是指苹果为C语言增加的具有闭包性(closure)的一个功能，block已经是clang/LLVM编译器所支持的一部分了。我一直在想block是什么，以及它是如何奇迹般的出现在Objective-C对象中(开发者可以像处理实例对象一样，对block进行copy、retain、release)。本文我首先深入的介绍一点关于block的那些事。

基础知识

用过block的开发者都知道，下面的代码就是一个block：

void(^block)(void) = ^{    NSLog(@"I'm a block!");};

上面的代码中创建了一个名为block的变量，并把一个简单的block代码赋值给这个变量。代码很简单，不是吗？不！！！在这里我想要搞清楚编译器对这点代码都做了些什么。
更进一步，下面的代码我给block传递了一个变量：

void(^block)(int a) = ^{    NSLog(@"I'm a block! a = %i", a);};

而下面的代码是从block中返回一个值：

int(^block)(void) = ^{    NSLog(@"I'm a block!");    return 1;};

作为一个封闭的包，block将所处的上下文封装到了block中：

int a = 1;void(^block)(void) = ^{    NSLog(@"I'm a block! a = %i", a);};

编译器对上面这些代码具体是如何处理的——这才是我所感兴趣的。

深入一个简单示例

首先我的思路是看看编译器是如何编译一个非常简单的block。来看看如下代码：

#import <dispatch/dispatch.h>typedef void(^BlockA)(void);__attribute__((noinline))void runBlockA(BlockA block) {    block();}void doBlockA() {    BlockA block = ^{        // Empty block    };    runBlockA(block);}

之所以要用上面这样的代码，是因为我想看看block是如何创建的，以及如何调用一个block。如果block的创建和调用都在一个函数里面，那么优化器(optimiser)可能会对代码做优化处理，导致我们看不到任何感兴趣的东西，所以我给runBlockA函数添加了noinline，这样优化器就不会在doBlockA函数中对runBlockA的调用做内联优化处理。

上面代码通过编译器编译之后(armv7，03)，会得到如下汇编指令：

.globl  _runBlockA    .align  2    .code   16                      @ @runBlockA    .thumb_func     _runBlockA_runBlockA:@ BB#0:    ldr     r1, [r0, #12]    bx      r1

上面的汇编代码是对应runBlockA函数——这相当的简单。注意观察之前的源码，可以知道这个函数只是简单的调用了block。在ARM EABI中，将r0(寄存器r0)设置为第一个参数。第一条指令(r1)是将存储在地址为r0 + 12的值装载到寄存器r1中。这可以理解为指针的解引用——读12个字节到寄存器中。然后跳转到这个地址执行后面的指令。注意，这里使用了r1，而r0没有被修改，仍然是原来的block。所以这里很有可能是利用第一个参数来调用block。
据此，可以确定block在结构中的一些排序规则：block被当做执行的函数时存储在某个结构中，并占据了12个字节。当传递一个block时，指向这些结构的一个指针被传递进来了。

下面来看看doBlockA函数：

.globl  _doBlockA    .align  2    .code   16                      @ @doBlockA    .thumb_func     _doBlockA_doBlockA:    movw    r0, :lower16:(___block_literal_global-(LPC1_0+4))    movt    r0, :upper16:(___block_literal_global-(LPC1_0+4))LPC1_0:    add     r0, pc    b.w     _runBlockA

OK，上面的代码也不复杂——这是关于pc(program counter)的相关加载。你可以将其看做是把变量___block_literal_global的地址加载到r0中。然后调用runBlockA函数。因为从之前的源码中，可以知道我们把block传递给了runBlockA，所以这里的___block_literal_global一定就是那个被传递的block对象了。
到目前为止，我们对上面的源码的运作有一些眉目了！不过这里的___block_literal_global是什么呢？继续看汇编代码，可以找到如下这样的内容：

.align  2                       @ @__block_literal_global___block_literal_global:    .long   __NSConcreteGlobalBlock    .long   1342177280              @ 0x50000000    .long   0                       @ 0x0    .long   ___doBlockA_block_invoke_0    .long   ___block_descriptor_tmp

Cool！上面的汇编代码看起来像是一个结构体。在结构体中又5个值，每个值有4个字节(long)。这肯定就是RunBlockA调用中涉及到的那个block对象。再细看一下，12个字节所在处就像一个函数指针：___doBlockA_block_invoke_0。这也是runBlockA函数中跳转执行的那个分支(bx r1)。

那么上面的汇编代码中__NSConcreteGlobalBlock又是何物？OK，现在先不介绍这个，后面会做介绍哦！下面我们来看看另外两个感兴趣的东西：___doBlockA_block_invoke_0和___block_descriptor_tmp，这两个东东同样出现在了汇编代码中：

.align  2    .code   16                      @ @__doBlockA_block_invoke_0    .thumb_func     ___doBlockA_block_invoke_0___doBlockA_block_invoke_0:    bx      lr    .section        __DATA,__const    .align  2                       @ @__block_descriptor_tmp___block_descriptor_tmp:    .long   0                       @ 0x0    .long   20                      @ 0x14    .long   L_.str    .long   L_OBJC_CLASS_NAME_    .section        __TEXT,__cstring,cstring_literalsL_.str:                                 @ @.str    .asciz   "v4@?0"    .section        __TEXT,__objc_classname,cstring_literalsL_OBJC_CLASS_NAME_:                     @ @"\01L_OBJC_CLASS_NAME_"    .asciz   "\001"

上面的代码中___doBlockA_block_invoke_0看起来有点像block的实现部分，只不过这里的block是空的，所以会立即返回(刚开始我们就期望编译一个空的block哦)。
接着看看___block_descriptor_tmp。这里可以看到另外一个数据结构——有4个值。其中第2个是20，这表示___block_literal_global的大小。接着是一个名为.str的C字符串，它的值为v4@?0，看起来有点像某个类型的编码形式。这可能是block 类型的编码(例如返回void和不携带任何参数)。上面代码中别的一些值我暂时还不清楚。

源码在这里

没错，这里有源代码！这是LLVM中compiler-rt项目的一部分。查看代码，我发现在Block_private.h文件中，有如下相关代码：

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. */};

这看起来很熟悉吧！其中Block_layout结构体就是___block_literal_global，而Block_descriptor结构体则是__block_descriptor_tmp。细看Block_descriptor中的第2个变量size正如我之前描述的一样(表示___block_literal_global的大小)。在Block_descriptor中的第3和第4个值有点奇怪。这看起来有点想函数指针，但是在上面的汇编代码中看起来更像是两个字符串。现在我忽略掉这个细节。

Block_layout中的isa肯定就是__NSConcreteGlobalBlock，这也将确定block如何能够模拟Objective-C对象。如果__NSConcreteGlobalBlock是一个Class，那么Objective-C消息派送系统会将block对象当做一个普通的对象来处理。这跟如何处理toll-free bridging工作类似。更多相关toll-free bridging信息，可以阅读Mike Ash写的一篇优秀文章。

将所有的代码片段拼凑起来，编译器做的工作内容看起来如下所示：

#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);}

非常不错！通过上面的介绍，我们可以了解很多关于block内部的东西。

文章转自：破船之家