Objective-C底层探究之block（一）

iOS SDK 4.0开始，Apple引入了block这一特性。趁最近比较闲，来研究一下block底层实现方式。先来看一段简单的代码

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        int a = 10;
        int b = 11;
        int (^block)(int,int) = ^(int a, int b) {
            return a+b;
        };
        block(a,b);
    }
    return 0;
}

在上面代码中创建了一个带有两个参数的block并调用它。将代码保存为 main.m文件使用命令

xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m

将代码转换为底层c++。会生成一个main.cpp文件。包含大约3w行代码。直接看最后面关键部分：

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;
  }
};
static int __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself, int a, int b) {

            return a+b;
        }

static struct __main_block_desc_0 {
  size_t reserved;
  size_t Block_size;
} __main_block_desc_0_DATA = { 0, sizeof(struct __main_block_impl_0)};
int main(int argc, const char * argv[]) {
    /* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool; 

        int a = 10;
        int b = 11;
        int (*block)(int,int) = ((int (*)(int, int))&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA));
        ((int (*)(__block_impl *, int, int))((__block_impl *)block)->FuncPtr)((__block_impl *)block, a, b);
    }
    return 0;
}

在main函数里，我们可以看到block变量创建方式。声明block是一个指向int (*)(int,int)类型的函数指针。内部的值为

((int (*)(int, int))&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA))

看起来很头疼。我们来一步一步分解。
首先发现调用了一个函数

__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA))

而 __main_block_impl_0 是什么东西呢，翻看main函数上面的代码我们可以发现 __main_block_impl_0是一个结构体，内部为

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;
  }
};

也就是说我们的block本质上其实是一个指向 __main_block_impl_0结构体的指针。
该结构体里面有两个变量：

struct __block_impl impl
struct __main_block_desc_0 * Desc

__block_impl 和 __main_block_desc_0 类型搜索上面代码可以找到类型定义：

struct __block_impl {
  void *isa;
  int Flags;
  int Reserved;
  void *FuncPtr;
};
static struct __main_block_desc_0 {
  size_t reserved;
  size_t Block_size;
} __main_block_desc_0_DATA = { 0, sizeof(struct __main_block_impl_0)};

可以看到 __block_impl 里面有一个isa指针。大胆猜测其实block本质也是一个Objective-C对象。
__main_block_desc_0里面储存着__main_block_impl_0变量的大小也就是block变量所占的内存。

构造该结构体时传入了两个参数。第一个参数为__main_block_func_0再翻看上面代码我们发现** __main_block_func_0**是一个函数

static int __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself, int a, int b) {

            return a+b;
        }

对比一下，发现函数里面实现跟我们原本block内部实现是一样的。所以这个函数应该就是block本体。这个函数指针被传入了** __main_block_impl_0**结构体里面的 impl 中，被 FuncPtr 变量持有。而第二个参数大概是一些描述信息。
到了调用时我们的调用被转换成了：

((int (*)(__block_impl *, int, int))((__block_impl *)block)->FuncPtr)((__block_impl *)block, a, b);

又是一连串的类型转换。我们慢慢来抽：
从括号里面大致可以看出

((int (*)(__block_impl *, int, int))((__block_impl *)block)->FuncPtr)

是一个函数头，后面是传入参数
继续分析发现实质上是调用了

block->FuncPtr

这个函数，而通过前面我们得知FuncPtr函数实质上就是我们包裹在block中的代码
这里有一个问题，我们知道block是一个__main_block_impl_0类型的对象。而这个类型里面直接拿不到FuncPtr的。要通过impl才能拿到的。那为什么这里可以这么写呢。
我们知道C语言（包括C++）结构体本质是直接按照先后顺序（整齐）排列在内存中的。而取结构体内部的本质就是内存偏移。impl变量是__main_block_impl_0类型的第一个变量。所以impl的初始内存地址就是block的初始内存地址。FuncPtr在block中偏移位置与在impl中偏移位置是一样的。所以可以通过类型转换

(__block_impl *)block)->FuncPtr

直接获取FuncPtr这个函数调用。
以上

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