Blocks深刻理解和详解

介绍

Block是C级语法和运行时特性。它们相似于标准C函数，可是除了可执行代码以外，它们还可能包含对自动(堆栈)或托管(堆)内存的变量绑定。所以，Block能够维护一组状态(数据)，它能够用来在执行时影响行为。

您可使用Blocks来组合函数表达式，这些表达式能够被传递给API，可选地存储，并由多个线程使用。Block对于回调来讲特别有用，由于块包含在回调上执行的代码和执行过程当中须要的数据。

能够在GCC和Clang中使用OS X v10.6 Xcode开发工具。您可使用OS X v10.6和以后的模块，以及随后的iOS 4.0。Block运行时是开源的，能够在LLVM的编译器-rt子项目存储库中找到。block也被提交给C标准工做组做为N1370:苹果对C的扩展，由于Objective-C和c++都是从C派生出来的，block被设计用于与全部三种语言(以及Objective-C++)一块儿工做。语法反映了这个目标。

概念普及

• Block本质是Objective-C的对象，不是函数指针（这个有点混淆，网上广泛都说是函数指针）
• Block类型变量本质是函数指针(以下声明其实在编译成C语言源码的时候就是一个函数指针)
• 截获自动变量 全部的变量都会截获吗？好比全局变量、静态变量。其实截获的只是局部变量而已
• __block变量加了它为啥就能被修改了？不少人也许会说是传入了地址，这种说法很片面的，若是是这样的其实彻底不用加__block,苹果帮你作了就好了呀。其实__block以后翻译成C语言源码以后，变量会变成一个对象，该对象存储了原来变量的地址，函数传入的是一个对象。

探寻Block本质

经过LLVM的编译器-rt子项目存储库中找到runtime下的Block源码

struct Block_layout {
    void *isa;
    int flags;
    int reserved;
    void (*invoke)(void *, ...);
    struct Block_descriptor *descriptor;
    /* Imported variables. */
};
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当咱们声明一个Block的时候，编译器其实会将block转换成以上struct结构体。 其中isa指向的是Block具体的类。有以下6中，不过其中StackBlock、MallocBlock、GlobalBlock是比较常见的

/* the raw data space for runtime classes for blocks */
/* class+meta used for stack, malloc, and collectable based blocks */
BLOCK_EXPORT void * _NSConcreteStackBlock[32];
BLOCK_EXPORT void * _NSConcreteMallocBlock[32];
BLOCK_EXPORT void * _NSConcreteAutoBlock[32];
BLOCK_EXPORT void * _NSConcreteFinalizingBlock[32];
BLOCK_EXPORT void * _NSConcreteGlobalBlock[32];
BLOCK_EXPORT void * _NSConcreteWeakBlockVariable[32];
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invoke函数指针则是对应Objective-C中代码的具体实现

看到这里不知你们有没有想到runtime中objc_object的isa呢？ 其实两个原理是同样的。这里就不具体介绍objc_object

因此Block即为Objective-C的对象

Block类型变量

Block的类型变量声明以下:

int (^blk) (int);

咱们声明一个Block类型变量而且赋值

int (^blk) (int) = ^(int count){return count+1};
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而后咱们经过以下

xcrun -sdk iphonesimulator11.2 clang -rewrite-objc -F /Applications/Xcode\ 2.app/Contents/Developer/Platforms/iPhoneOS.platform/Developer/SDKs/iPhoneOS11.2.sdk/System/Library/Frameworks ViewController.m

咱们能够获得如下源码：

//对应的Block具体struct结构体
struct __ViewController__viewDidLoad_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __ViewController__viewDidLoad_block_desc_0* Desc;
  __ViewController__viewDidLoad_block_impl_0(void *fp, struct __ViewController__viewDidLoad_block_desc_0 *desc, int flags=0) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};
//Block方法的具体实现
static int __ViewController__viewDidLoad_block_func_0(struct __ViewController__viewDidLoad_block_impl_0 *__cself, int count) {

        return count+1;
    }

static struct __ViewController__viewDidLoad_block_desc_0 {
  size_t reserved;
  size_t Block_size;
} __ViewController__viewDidLoad_block_desc_0_DATA = { 0, sizeof(struct __ViewController__viewDidLoad_block_impl_0)};

static void _I_ViewController_viewDidLoad(ViewController * self, SEL _cmd) {
    ((void (*)(__rw_objc_super *, SEL))(void *)objc_msgSendSuper)((__rw_objc_super){(id)self, (id)class_getSuperclass(objc_getClass("ViewController"))}, sel_registerName("viewDidLoad"));
    int (*blk) (int) = ((int (*)(int))&__ViewController__viewDidLoad_block_impl_0((void *)__ViewController__viewDidLoad_block_func_0, &__ViewController__viewDidLoad_block_desc_0_DATA));
    ((int (*)(__block_impl *, int))((__block_impl *)blk)->FuncPtr)((__block_impl *)blk, 2);
}
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其中int (*blk) (int)则就是对应咱们的Block类型变量，这里就就能够看到了Block类型变量的本质了，其实就是C语言的函数指针

截获自动变量

说截获自动变量以前咱们先看如下代码

int tmp = 2;
int (^blk) (int) = ^(int count){
    return count+tmp;
};
tmp = 3;
int result = blk(2);
NSLog(@"%d",result);
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以上代码会打印出多少呢？5仍是4？？ 正确答案是4

为何是4呢？其实就是由于Block截获自动变量的缘由

struct __ViewController__viewDidLoad_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __ViewController__viewDidLoad_block_desc_0* Desc;
  int tmp;
  __ViewController__viewDidLoad_block_impl_0(void *fp, struct __ViewController__viewDidLoad_block_desc_0 *desc, int _tmp, int flags=0) : tmp(_tmp) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};
static int __ViewController__viewDidLoad_block_func_0(struct __ViewController__viewDidLoad_block_impl_0 *__cself, int count) {
  int tmp = __cself->tmp; // bound by copy

        return count+tmp;
    }

static struct __ViewController__viewDidLoad_block_desc_0 {
  size_t reserved;
  size_t Block_size;
} __ViewController__viewDidLoad_block_desc_0_DATA = { 0, sizeof(struct __ViewController__viewDidLoad_block_impl_0)};

static void _I_ViewController_viewDidLoad(ViewController * self, SEL _cmd) {
    ((void (*)(__rw_objc_super *, SEL))(void *)objc_msgSendSuper)((__rw_objc_super){(id)self, (id)class_getSuperclass(objc_getClass("ViewController"))}, sel_registerName("viewDidLoad"));
    int tmp = 2;
    int (*blk) (int) = ((int (*)(int))&__ViewController__viewDidLoad_block_impl_0((void *)__ViewController__viewDidLoad_block_func_0, &__ViewController__viewDidLoad_block_desc_0_DATA, tmp));
    tmp = 3;
    int result = ((int (*)(__block_impl *, int))((__block_impl *)blk)->FuncPtr)((__block_impl *)blk, 2);
    NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_6n_mdf6rn0d5f5cw6r1h2620h3w0000gn_T_ViewController_b80e84_mi_0,result);
}`__ViewController__viewDidLoad_block_impl_0`
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经过如下代码能够看出,当咱们在给Block类型变量赋值的时候，tmp变量同时被传入，而且被保存到了__ViewController__viewDidLoad_block_impl_0的struct中。这时候其实就是截获了自动变量，因为已经在struct类中保存了一份，即便后边更改，也不会影响Block截获的值。

int (*blk) (int) = ((int (*)(int))&__ViewController__viewDidLoad_block_impl_0((void *)__ViewController__viewDidLoad_block_func_0, &__ViewController__viewDidLoad_block_desc_0_DATA, tmp));
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为何要对局部变量进行截获呢？而全局变量和静态变量不须要截获，而且修改的的时候也不须要加__block呢？

主要缘由就是变量的生命周期。局部变量在代码块执行结束以后就会被释放，可是Block不必定在此时释放。因此就会出现变量超过生命周期的现象，此时对局部变量进行截获，即便局部变量被释放，可是Block一样仍是能够正常使用的。由于全局变量和静态变量的释放时间确定不会在Block以前，因此没必要对他们进行截获。

全局变量和静态变量存储在全局数据区；局部变量存储在栈中

__block变量存储域探究

不知道你们有没有想过一个问题，为何须要__block呢？若是没有__block难道就修改不了变量了吗？

咱们先看一下加了__block编译器给咱们作了啥

struct __Block_byref_tmpBlock_0 {
  void *__isa;
__Block_byref_tmpBlock_0 *__forwarding;
 int __flags;
 int __size;
 int tmpBlock;
};

struct __ViewController__viewDidLoad_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __ViewController__viewDidLoad_block_desc_0* Desc;
  __Block_byref_tmpBlock_0 *tmpBlock; // by ref
  __ViewController__viewDidLoad_block_impl_0(void *fp, struct __ViewController__viewDidLoad_block_desc_0 *desc, __Block_byref_tmpBlock_0 *_tmpBlock, int flags=0) : tmpBlock(_tmpBlock->__forwarding) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};
static int __ViewController__viewDidLoad_block_func_0(struct __ViewController__viewDidLoad_block_impl_0 *__cself, int count) {
  __Block_byref_tmpBlock_0 *tmpBlock = __cself->tmpBlock; // bound by ref

        (tmpBlock->__forwarding->tmpBlock) = 100;
        return count+(tmpBlock->__forwarding->tmpBlock);
    }
static void __ViewController__viewDidLoad_block_copy_0(struct __ViewController__viewDidLoad_block_impl_0*dst, struct __ViewController__viewDidLoad_block_impl_0*src) {_Block_object_assign((void*)&dst->tmpBlock, (void*)src->tmpBlock, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);}

static void __ViewController__viewDidLoad_block_dispose_0(struct __ViewController__viewDidLoad_block_impl_0*src) {_Block_object_dispose((void*)src->tmpBlock, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);}

static struct __ViewController__viewDidLoad_block_desc_0 {
  size_t reserved;
  size_t Block_size;
  void (*copy)(struct __ViewController__viewDidLoad_block_impl_0*, struct __ViewController__viewDidLoad_block_impl_0*);
  void (*dispose)(struct __ViewController__viewDidLoad_block_impl_0*);
} __ViewController__viewDidLoad_block_desc_0_DATA = { 0, sizeof(struct __ViewController__viewDidLoad_block_impl_0), __ViewController__viewDidLoad_block_copy_0, __ViewController__viewDidLoad_block_dispose_0};

static void _I_ViewController_viewDidLoad(ViewController * self, SEL _cmd) {
    ((void (*)(__rw_objc_super *, SEL))(void *)objc_msgSendSuper)((__rw_objc_super){(id)self, (id)class_getSuperclass(objc_getClass("ViewController"))}, sel_registerName("viewDidLoad"));
    __attribute__((__blocks__(byref))) __Block_byref_tmpBlock_0 tmpBlock = {(void*)0,(__Block_byref_tmpBlock_0 *)&tmpBlock, 0, sizeof(__Block_byref_tmpBlock_0), 2};
    int (*blk) (int) = ((int (*)(int))&__ViewController__viewDidLoad_block_impl_0((void *)__ViewController__viewDidLoad_block_func_0, &__ViewController__viewDidLoad_block_desc_0_DATA, (__Block_byref_tmpBlock_0 *)&tmpBlock, 570425344));
    int result = ((int (*)(__block_impl *, int))((__block_impl *)blk)->FuncPtr)((__block_impl *)blk, 2);
    NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_6n_mdf6rn0d5f5cw6r1h2620h3w0000gn_T_ViewController_a1c583_mi_0,result);
}

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这时候你们能够与前边没有加__block的代码进行比较，二者的差异在哪里。 其实你们应该很容易发现加了__block以后，变量造成了一个struct，这个struct中保存了变量的值，同时还有一个__forwarding。这个__forwarding其实就是为何须要__block的关键。

Block从栈复制到堆的时候，__block变量也会受到影响。以下:

__block变量的配置存储域	Block从栈到堆时的影响
栈	从栈复制到堆并被Block持有
堆	被Block持有

ARC下，Block若是是栈的话，默认会copy到堆上。此时所使用的__block变量同时也会从栈被复制到堆上以下图

那若是Block在堆上了，咱们在Block中修改了变量，怎么让栈上的变量也同时能正确访问呢？这其实就是__forwarding功劳了。

__block变量初始化的时候__forwarding是指向自己本身的。当__block变量从栈复制到堆上的时候，此时会将__forwarding的值替换为复制到目标堆上的__block变量用结构体实例的地址。以下图：

经过此功能，不管是在Block语法中、Block语法外使用__block变量，仍是__block变量配置在栈上或堆上，均可以顺利地访问一个__block变量。 到这里你们应该明白了"__block加了以后，是把变量的地址传入Block"的说法是很片面的吧啦

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