IOS的Block

转载自：http://mobile.51cto.com/hot-403931.htm，讲解的太犀利了，转载。

一、概述

Block是C级别的语法和运行时特性。Block比较类似C函数，但是Block比之C函数，其灵活性体现在栈内存、堆内存的引用，我们甚至可以将一个Block作为参数传给其他的函数或者Block。

二、热身

先看一个比较简单的Block例子：

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

在这个例子中，myBlock是一个Block变量，它接受一个int类型的参数，返回一个int类型的值。是不是很像C函数？

来，让我们typedef一下

typedef void (^BoolBlock)(BOOL);//一个只接受一个BOOL参数，没有返回值的block 
typedef int (^IntBlock)(void);//一个没有参数，返回int的block 
typedef BoolBlock (^HugeBlock)(IntBlock);//看看，这个HugeBlock的参数和返回值都是block 

三、更详细的例子

注意：上面的typedef都还有效~

主动调用一下：

- (void)someMethod 
{ 
    BoolBlock ablock = ^(BOOL bValue) { 
        NSLog(@"Bool block!"); 
    }; 
    ablock(); 
} 

作为参数返回：

typedef void (^BoolBlock)(BOOL); 
- (BoolBlock)foo() 
{ 
    BoolBlock ablock = ^(BOOL bValue) { 
        NSLog(@"Bool block!"); 
    }; 
    return [[ablock copy] autorelease];//一定要copy，将其复制到堆上，更详细的原理，将在后续章节讲解 
} 

类的一个成员：

@interface OBJ1 : NSObject 
@property (nonatomic, copy)BoolBlock block;//理由同上啊，同学们 
@end 
 
OBJ1 *obj1 = ... 
obj1.block = ^(BOOL bValue) { 
        NSLog(@"Bool block!"); 
    }; 

其他函数的参数：

- (void)foo(BoolBlock block) 
{ 
    if (block) { 
        block(); 
    } 
} 

甚至其他block的参数：

BoolBlock bBlock = ^(BOOL bV){if(Bv){/*do some thing*/}}; 
HugeBlock hBlock = ^(BoolBlock bB) {bB();}; 
 
hBolck(bBlock); 

啊，全局变量！：

static int(^maxIntBlock)(int, int) = ^(int a, int b){return a>b?a:b;}; 
int main() 
{ 
    printf("%d\n", maxIntBlock(2,10));   
    return 0; 
} 

好了，你知道block大概能怎么用了。

四，特殊的标记，__block

如果要在block内修改block外声明的栈变量，那么一定要对该变量加__block标记：

int main() 
{ 
    __block int i = 1024; 
    BoolBlock bBlock = ^(BOOL bV) { 
        if (bV) { 
            i++;//如果没有__block标记，是无法通过编译的。 
        } 
    }; 
} 

好了，基础很快，更详细的内容将用来介绍深入的东西。

一、block放在哪里

我们针对不同情况来讨论block的存放位置：

1.栈和堆

以下情况中的block位于堆中：

void foo()  
{  
    __block int i = 1024;  
    int j = 1;  
    void (^blk)(void);  
    void (^blkInHeap)(void);  
    blk = ^{ printf("%d, %d\n", i, j);};//blk在栈里  
    blkInHeap = Block_copy(blk);//blkInHeap在堆里  
}  
   
- (void)fooBar  
{  
    _oi = 1;  
    OBJ1* oj = self;  
    void (^oblk)(void) = ^{ printf("%d\n", oj.oi);};  
    void (^oblkInHeap)(void) = [oblk copy];//oblkInHeap在堆中  
} 

2.全局区

以下情况中的block位于全局区：

static int(^maxIntBlock)(int, int) = ^(int a, int b){return a>b?a:b;};  
- (void)fooBar  
{  
     int(^maxIntBlockCopied)(int, int) =[maxIntBlock copy];  
}  
void foo()  
{  
     int(^maxIntBlockCopied)(int, int) = Block_copy(maxIntBlock);  
} 

需要注意的是，这里复制过后的block依旧位于全局区，实际上，复制操作是直接返回了原block对象。

二、block引用的变量在哪里

 1.全局区

全局区的变量存储位置与block无关：

static int gVar = 0;  
//__block static int gMVar = 1;  
void foo()  
{  
    static int stackVar = 0;  
//    __block static int stackMVar = 0;  
} 

注意：static变量是不允许添加__block标记的

2.堆栈

此时，你可能会问，当函数foo返回后，栈上的j已经回收，那么blkInHeap怎么能继续使用它？这是因为没有__block标记的变量，会被当做实参传入block的底层实现函数中，当block中的代码被执行时，j已经不是原来的j了，所谓物是人非就是这样吧~

另外，如果使用到变量j的所有block都没有被复制至heap，那么这个变量j也不会被复制至heap。

因此，即使将j++这一句放到blk()这句之前，这段代码执行后，控制台打印结果也是：1024, 1。而不是1024, 2

三、其他特性

1.复制的行为

对block调用复制，有以下几种情况：

1.对全局区的block调用copy，会返回原指针，并且这期间不处理任何东西（至少目前的内部实现是这样）；

2.对栈上的block调用copy，每次会返回新复制到堆上的block的指针，同时，所有__block变量都会被复制至堆一份(多次拷贝，只会生成一份)。

3.对已经位于heap上的block，再次调用copy，只会增加block的引用计数。

为什么我们不讨论retian的行为？原因是并没有Block_retain()这样的函数，而且objc里面的retain消息发送给block对象后，其内部实现是什么都不做。

2.objc类中的block复制

objc类实例方法中的block如果被复制至heap，那么当前实例会被增加引用计数，当这个block被释放时，此实例会被减少引用计数。

但如果这个block没有使用当前实例的任何成员，那么当前实例不会被增加引用计数。这也是很自然的道理，我既然没有用到这个instance的任何东西，那么我干嘛要retian它？

我们要注意的一点是，我看到网上有很多人说block引起了实例与block之间的循环引用（retain-cycle），并且给出解决方案：不直接使用self而先将self赋值给一个临时变量，然后再使用这个临时变量。

但是，大家注意，我们一定要为这个临时变量增加__block标记（多谢第三篇文章回帖网友的提醒）。

这一章我们以结果导向的方式来说明了各种情况下，block的内存问题，下一章，我将剖析运行时库的源码，从根源阐述block的行为。也就是过程导向的方式了。

lock到底是什么

我们使用clang的rewrite-objc命令来获取转码后的代码。

1、block的底层实现

我们来看看最简单的一个block：

这个block仅仅打印栈变量i和j的值，其被clang转码为：

首先是一个结构体__main_block_impl_0（从图二中的最后一行可以看到，block是一个指向__main_block_impl_0的指针，初始化后被类型强转为函数指针），其中包含的__block_impl是一个公共实现（学过c语言的同学都知道，__main_block_impl_0的这种写法表示其可以被类型强转为__block_impl类型）：

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

isa指针说明block可以成为一个objc对象。

__main_block_impl_0的意思是main函数中的第0个block的implementation，这就是这个block的主体了。

这个结构体的构造函数的参数：

block实际执行代码所在的函数的指针，当block真正被执行时，实际上是调用了这个函数，其命名也是类似的方式。

block的描述结构体，注意这个结构体声明结束时就创建了一个唯一的desc，这个desc包含了block的大小，以及复制和析构block时需要额外调用的函数。

接下来是block所引用到的变量们

最后是一个标记值，内部实现需要用到的。（我用计算器看了一下，570425344这个值等于1<<29，即BLOCK_HAS_DESCRIPTOR这个枚举值）

所以，我们可以看到：

为什么上一篇我们说j已经不是原来的j了，因为j是作为参数传入了block的构造函数，进行了值复制。

带有__block标记的变量会被取地址来传入构造函数，为修改其值奠定了基础

接下来是block执行函数__main_block_func_0:

其唯一的参数是__main_block_impl_0的指针，我们看到printf语句的数据来源都取自__cself这个指针，比较有意思的是i的取值方式（带有__block标记的变量i被转码为一个结构体），先取__forward指针，再取i，这为将i复制到堆中奠定了基础。

再下来是预定义好的两个复制/释放辅助函数，其作用后面会讲到。 

最后是block的描述信息结构体 __main_block_desc_0，其包含block的内存占用长度，已经复制/释放辅助函数的指针，其声明结束时，就创建了一个名为__main_block_desc_0_DATA的结构体，我们看它构造时传入的值，这个DATA结构体的作用就一目了然了：

长度用sizeof计算，辅助函数的指针分别为上面预定义的两个辅助函数。

注意，如果这个block没有使用到需要在block复制时进行copy/retian的变量，那么desc中不会有辅助函数

至此，一个block所有的部件我们都看齐全了，一个主体，一个真正的执行代码函数，一个描述信息(可能包含两个辅助函数)。

2、构造一个block

我们进入main函数：

图一中的第三行（block的声明），在图二中，转化为一个函数指针的声明，并且都没有被赋予初始值。

而图一中的最后一行（创建一个block），在图二中，成为了对__main_block_impl_0的构造函数的调用，传入的参数的意义上面我们已经讲过了。

所以构造一个block就是创建了__main_block_impl_0 这个c++类的实例。

3、调用一个block

调用一个block的写法很简单，与调用c语言函数的语法一样：

blk(); 

其转码后的语句：

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

将blk这个函数指针类型强转为__block_impl类型，然后取其执行函数指针，然后将此指针类型强转为返回void*并接收一个__block_impl*的函数指针，最后调用这个函数，传入强转为__block_impl*类型的blk，

即调用了前述的函数__main_block_func_0

4、objective-c类成员函数中的block

源码如下：

- (void)of1 
{ 
    OBJ1* oj = self; 
    void (^oblk)(void) = ^{ printf("%d\n", oj.oi);}; 
    Block_copy(oblk); 
} 

这里我故意将self赋值给oj这个变量，是为了验证前一章提出的一个结论：无法通过简单的间接引用self来防止retain循环，要避免循环，我们需要__block标记（多谢楼下网友的提醒）

转码如下：

struct __OBJ1__of1_block_impl_0 { 
  struct __block_impl impl; 
  struct __OBJ1__of1_block_desc_0* Desc; 
  OBJ1 *oj; 
  __OBJ1__of1_block_impl_0(void *fp, struct __OBJ1__of1_block_desc_0 *desc, OBJ1 *_oj, int flags=0) : oj(_oj) { 
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock; 
    impl.Flags = flags; 
    impl.FuncPtr = fp; 
    Desc = desc; 
  } 
}; 
static void __OBJ1__of1_block_func_0(struct __OBJ1__of1_block_impl_0 *__cself) { 
  OBJ1 *oj = __cself->oj; // bound by copy 
 printf("%d\n", ((int (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)oj, sel_registerName("oi")));} 

objc方法中的block与c中的block并无太多差别，只是一些标记值可能不同，为了标记其是objc方法中的blcok。

注意其构造函数的参数:OBJ1 *_oj

这个_oj在block复制到heap时，会被retain，而_oj与self根本就是相等的，所以，最终retain的就是self，所以如果当前实例持有了这个block，retain循环就形成了。

而一旦为其增加了__block标记：

- (void)of1 
{ 
    __block OBJ1 *bSelf = self; 
    ^{ printf("%d", bSelf.oi); }; 
}其转码则变为： 
 
//增加了如下行 
struct __Block_byref_bSelf_0 { 
  void *__isa; 
__Block_byref_bSelf_0 *__forwarding; 
 int __flags; 
 int __size; 
 void (*__Block_byref_id_object_copy)(void*, void*); 
 void (*__Block_byref_id_object_dispose)(void*); 
 OBJ1 *bSelf; 
}; 
static void __Block_byref_id_object_copy_131(void *dst, void *src) { 
 _Block_object_assign((char*)dst + 40, *(void * *) ((char*)src + 40), 131); 
} 
static void __Block_byref_id_object_dispose_131(void *src) { 
 _Block_object_dispose(*(void * *) ((char*)src + 40), 131); 
} 
 
//声明处变为 
    __block __Block_byref_bSelf_0 bSelf = {(void*)0,(__Block_byref_bSelf_0 *)&bSelf, 33554432, sizeof(__Block_byref_bSelf_0), __Block_byref_id_object_copy_131, __Block_byref_id_object_dispose_131, self}; 

clang为我们的bSelf结构体创建了自己的copy/dispose辅助函数，33554432（即1<<25 BLOCK_HAS_COPY_DISPOSE）这个值告诉系统，我们的bSelf结构体具有copy/dispose辅助函数。

而131这个参数（二进制1000 0011，即BLOCK_FIELD_IS_OBJECT (3) |BLOCK_BYREF_CALLER（128））

中的BLOCK_BYREF_CALLER在内部实现中告诉系统不要进行retain或者copy，

也就是说，在 __block bSelf 被复制至heap上时，系统会发现有辅助函数，而辅助函数调用后，并不retain或者copy 其结构体内的bSelf。

这样就避免了循环retain。

小结：

当我们创建一个block，并调用之，编译器为我们做的事情如下：

1.创建block所有的部件代码：一个主体，一个真正的执行代码函数，一个描述信息（可能包含两个辅助函数）。

2.将我们的创建代码转码为block_impl的构造语句。

3.将我们的执行语句转码为对block的执行函数的调用。

下一篇我们将剖析runtime.c的源码，并理解block的堆栈转换。