block是如何实现的?

先看一段代码,打印结果是什么?如果将int val =3改为__block int val =3呢?为什么?

int val=3;
void(^block)()=^{
  NSLog(@"%d",val);
 };
  val=5;
  block(); 

block是什么?

很多教程资料上的解释是“带有自动变量值的匿名函数”。但这种解释不利于理解。其实对于一个block来说:它更像一个微型的程序。
我们知道程序就是数据加上算法,显然,block有着自己的数据和算法。可以看到。在这个简单的例子中,block的数据就是int类型变量val,它的算法就是简单的NSLog方法。对于一般的block来说,他的数据就是传入的参数和定义这个block时截获的变量。而它的算法就是我们往里面写的那些方法,函数调用等。
认为block像是一个微型程序的另一个原因是block对象可以由程序员选择在什么时候调用,比如,我可以自己选择时机执行这个block,或者在另一个类里执行这个block。
Block是一个Objective-C的对象。

block是如何实现的?

block的定义和调用是分离的,通过clang编译器,可以看到block和其他OC对象一样,都是被编译成C语言里普通的struct结构体来实现的。
源码:

int main(){
   void(^block)(void) = ^{printf("Block\n");};
   block();
   return0; 
}

编译后:

struct __block_impl {
      void *isa;
      int Flags;
      int Reserved;
      void*FuncPtr; 
};
struct __main_block_impl_0 {
    struct __block_impl imply;
    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; 
} 
};
struct void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself){
printf("Block\n"); 
}
static struct__main_block_desc_0{
  unsigned long reserved;
  unsigned long Block_size; 
} __main_block_desc_0_DATA = {
   0,
  sizeof(struct __main_block_impl_0) 
};

代码非常长,但是并不复杂,一共四个结构体,显然一个block对象被编译为了一个____main_block_impl_0__类型的结构体。这个结构体由两个成员变量结构体和一个构造函数组成。两个结构体分别是____block_impl__和main_block_desc_0类型的。其中____block_impl__结构体中有一个函数指针,指针将指向____mian_block_func_0__类型的结构体。关系图如下:

block是如何实现的?_第1张图片
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block在定义的时候:
//调用____main_block_impl_0结构体的构造函数

struct __main_block_impl_0 tmp = __main_block_impl_0(__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA);
struct __main_block_impl_0 *blk = &tmp;

block在调用的时候:

(*blk->impl.FuncPtr)(bulk);

之前说到,block有自己的数据和算法。显然算法就是放在__main_block_func_0结构体中的。那么数据在哪里呢?这个问题比较复杂,先看一下文章最初的demo编译成什么样,为简化代码,这里只贴出需要修改的部分。

  struct  __block_impl imply;
  struct  __main_block_desc_0 *Desc;
  int val; 
  __main_block_impl_0(void *fp,struct __main_block_desc_0 *desc,int_val,int flags=0     ) :val(_val){ 
     impl.isa = &_NSConcreteStackBlock; 
     impl.Flags = flags; 
     impl.FuncPtr = fp; 
      Desc = desc; 
   }
 };
struct void __main_block_func_0(struct__main  _block_impl_0 *__cself){
  int val= __cself->val; 
  printf("val = %d",val); 
}

可以看到,当block需要截获自动变量的时候,首先会在____mian_block_impl_0__结构体中增加一个成员变量并在结构体的构造函数中对变量赋值,以上这些对应着block对象的定义。
在block被执行的时候,把____mian_block_impl_0__结构体,也就是blcok对象当做参数传入__mian_block_func_0结构体中,取出其中val的值,进行接下来的操作。

为什么block中不能修改变量的值?

通过把block拆成这四个结构体,系统’完美’的实现了一个block,使得它可以结构自动变量,也可以像一个微型程序一样在任何时刻都可以被调用。但是,block还存在一个致命的不足:
注意到之前的____mian_block_func_0__结构体,里面有printf方法,用到了val,但是这个block和最初block截获的block,除了数值一样,在也没有一样的地方了。参见这句代码:
int val= ____cself->val;__
当然这并没什么影响,甚至还有好处,因为 int val变量定义在栈上,在block调用时已经被销毁,但是我们还可以正常访问这个变量。但是试想一下,如果我希望在block中修改变量的值,那么收到影响的事int val 而非cself->val,事实上即使是__cself->val,也只是截获的自动变量的副本,要想修改block定义之外的自动变量,是不可能的事情。
既然无法实现修改截获的自动变量,那么编译器干脆就禁止程序员这么做了。

__block修饰符是如何做到修改变量的?

__block int val =3;//修改后的代码
编译后:

struct __Block_byref_val_0 { 
  void *__isa;
  __Block_byref_val_0 *forwarding;
  int __flags; 
  int __size;
  int val; 
};
struct __main_block_impl_0 {
  struct __block_impl imply;
  struct __main_block_desc_0 *Desc; 
  __Block_byref_val_0 *val; 
  __main_block_impl_0(void *fp,struct__main_block_desc_0 *desc,__Block_byref_val_0 *_val,intflags=0) :val(_val->__forwrding){ 
  impl.isa = &_NSConcreteStackBlock; 
  impl.Flags = flags; 
  impl.FuncPtr = fp; 
  Desc = desc; 
  } 
};
struct void __main_block_func_0(struct__main_block_impl_0 *__cself){
   __Block_byref_val_0 *val= __cself->val; 
  printf("val = %d",val->__forwarding->val); }

改动并不大,简单来说,只是把val封装在了一个结构体中而已,五个结构体之间关系如下:


block是如何实现的?_第2张图片
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关键在于____mian_block_impl_0__结构体中的这一行:
Block_byref_val_0 *val;
由于main_block_impl_0__结构体中现在保存了一个指针变量,所以任何对这个指针的操作,是可以影响到原来的变量的。

进一步,我们考虑截获的自动变量是Objective-C的对象的情况。在开启ARC的情况下,将会强引用这个对象一次。这也保证了原对象不被销毁,但与此同时,也会导致循环引用问题。


希望对你有所帮助!

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