深度围观block：第三集

本文由破船译自galloway！

小引

本文是深度围观block的第三篇文章，也是最后一篇。希望读者阅读了之后，对block有更加深入的理解，同时也希望之前对汇编语言恐惧或者陌生的读者转变看法，其实只要你用心去看，去学，很容易就搞懂的。

 

另外由于block具有闭包性，我们也可以将其当做匿名函数，所以大家如果想要了解更多关于OC中的闭包性和匿名函数就来看看这篇文章吧： Closure and anonymous functions in Objective-C。

 

目录

介绍

已知内容

Block_copy()

Block_release()

何去何从

 

正文

介绍

本文话费了很长时间才出炉。实际上，几个月之前就已经打好草稿了，只不过一直忙于写我的这本书:Effective Objective-C 2.0，所以没有时间完成本文。

 

接着之前的两篇文章： 深度围观block：第一集和深度围观block：第二集，本文将更进一步了解当block被拷贝时发生了什么。可能你已经听过这样的说辞“block开始于栈”，以及“如果你希望将block保存下来，以便后续使用，那么必须对block进行拷贝”。那么，这是为什么呢？而在拷贝过程中实际又会发生什么情况？我一直在思考拷贝block时是利用了什么机制。就如之前介绍的block在进行值拷贝时发生了什么。本文我将揭晓这些疑问。

 

已知内容

通过第一集和第二集两篇文章，我们可以知道block的内存布局如下图所示：

 

在 第二集中，我们也知道了当block初始化的时候，会在栈中创建像上图这样的一个结构。由于这个结构是在栈上，而在栈空间是会被重复使用的。那么如果我们想要在以后继续使用该block，就必须要对block进行拷贝操作。拷贝操作需要调用 Block_copy()函数，或者可以理解为给block发送一个copy消息(因为block可以看成一个Objective-C对象)，这也会调用 Block_copy()函数。

 

下面我们就来看看Block_copy()函数都做了什么。

 

Block_copy()

我们首先来看看Block.h文件，在这里面可以看到如下定义：

#define Block_copy(...) ((__typeof(__VA_ARGS__))_Block_copy((const void *)(__VA_ARGS__)))

void *_Block_copy(const void *arg);

可以看出，Block_copy()实际上就是一个宏定义(#define)，该宏定义将传入的参数(const void *)做强制类型转换，然后再传给_Block_copy()。我们也可以在实现文件runtime.c中找到_Block_copy()的原型：

void *_Block_copy(const void *arg) {
    return _Block_copy_internal(arg, WANTS_ONE);
}

 

上面的方法调用了_Block_copy_internal()函数，并传入block本身(arg)以及WANTS_ONE。要弄白具体意思，需要查看_Block_copy_internal方法的实现，该方法也是在runtime.c文件中。如下代码所示(已经去除掉了一些无关的内容：主要是垃圾回收相关)：

static void *_Block_copy_internal(const void *arg, const int flags) {
    struct Block_layout *aBlock;
    const bool wantsOne = (WANTS_ONE & flags) == WANTS_ONE;

    // 1
    if (!arg) return NULL;

    // 2
    aBlock = (struct Block_layout *)arg;

    // 3
    if (aBlock->flags & BLOCK_NEEDS_FREE) {
        // latches on high
        latching_incr_int(&aBlock->flags);
        return aBlock;
    }

    // 4
    else if (aBlock->flags & BLOCK_IS_GLOBAL) {
        return aBlock;
    }

    // 5
    struct Block_layout *result = malloc(aBlock>descriptor->size);
    if (!result) return (void *)0;

    // 6
    memmove(result, aBlock, aBlock->descriptor->size); // bitcopy first

    // 7
    result->flags &= ~(BLOCK_REFCOUNT_MASK);    // XXX not needed
    result->flags |= BLOCK_NEEDS_FREE | 1;

    // 8
    result->isa = _NSConcreteMallocBlock;

    // 9
    if (result->flags & BLOCK_HAS_COPY_DISPOSE) {
        (*aBlock->descriptor->copy)(result, aBlock); // do fixup
    }

    return result;
}

 

下面来看看该方法都做了些什么事情：

1、如果传入的参数是 NULL则直接返回 NULL。这样可以保证传入一个 NULL block时函数的安全性。

 

2、将参数强制转换为一个指针，该指针指向一个 Block_layout结构对象。实际上在第一集中就介绍了Block_layout结构：这是一个内部使用的数据结构，该结构组成一个block，其中包含一个block的实现函数，以及另外几个元数据。

 

3、 如果block的flags包含BLOCK_NEEDS_FREE，说明这是一个堆block(a heap block)。这种情况下，需要做的事情就是增加引用计数(reference count)，然后将同一个的block返回。

 

4、如果block是一个全局block(参考第一集)，那么不用做任何事情，直接返回同一个block即可——因为全局block是一个单例(singleton)。

 

5、如果到这一步了，可以肯定该block肯定被分配在栈上。这种情况，需要将block拷贝到堆上。这也是最有趣的一部分。首先是利用malloc()函数在堆上创建block对应size大小的内存空间。如果失败了，就返回 NULL，否则继续往下执行。

 

6、 利用 memmove()函数将分配在栈中的block按位拷贝至刚刚在堆上分配的空间中。按位拷贝可以确保block中的所有元数据都能准确的进行拷贝，例如block的descriptor。

 

7、接着需要更新一下block的flags。第一行代码是确保引用计数被设置为0。后面紧跟的注释表示这不是必须的——估计此时引用计数已经是0了。我猜测这行代码的作用是为了防止潜在的bug，会引起引用计数不为0的情况。第二行代码是设置 BLOCK_NEEDS_FREE标志，这标示该block是一个堆block，当引用计数变为0时，需要 free掉。后面紧跟的 | 1是将block的引用计数设置为1。

 

8、将block的 isa指针设置为 _NSConcreteMallocBlock，这就意味着该block是一个堆block。

 

9、最后，如果block有一个拷贝辅助函数(a copy helper function)，那么就调用它。如果有必要的话，表一起会生成一个拷贝辅助函数。例如block需要拷贝对象的时候，拷贝辅助函数会retain住已经拷贝的对象。

 

思路很清晰吧！现在你应该知道当block被拷贝时会发什么了！下面还需要了解一下当release时又回发生什么？

 

Block_release

与Block_copy对应的是Block_release()。同样，Block_release()也是一个宏定义，如下所示：

#define Block_release(...) _Block_release((const void *)(__VA_ARGS__))

实际上，跟 Block_copy()类似， Block_release()会为我们把参数进行强制类型转换。这样开发者就不用亲自来处理转换的事情了。

 

下面我们来看看 _Block_release()函数(为了看起来清晰点，我对代码重排了一下，并移除了垃圾回收相关的代码)：

void _Block_release(void *arg) {
    // 1
    struct Block_layout *aBlock = (struct Block_layout *)arg;
    if (!aBlock) return;

    // 2
    int32_t newCount;
    newCount = latching_decr_int(&aBlock->flags) & BLOCK_REFCOUNT_MASK;

    // 3
    if (newCount > 0) return;

    // 4
    if (aBlock->flags & BLOCK_NEEDS_FREE) {
        if (aBlock->flags & BLOCK_HAS_COPY_DISPOSE)(*aBlock->descriptor->dispose)(aBlock);
        _Block_deallocator(aBlock);
    }

    // 5
    else if (aBlock->flags & BLOCK_IS_GLOBAL) {
        ;
    }

    // 6
    else {
        printf("Block_release called upon a stack Block: %p, ignored\n", (void *)aBlock);
    }
}

 

来看看他们都做了些什么：

1、 首先将参数强制转换为 Block_layout结构。如果传入的是 NULL，那么为了函数的安全起见，将直接返回。

 

2、将block的引用计数标志位减1(还记得 Block_copy()中将这个引用计数标志位设置为1吗？)。

 

3、如果newCount大于0，说明还有别的对象引用了这个block，所以并不需要立即释放block，只需简单的返回即可。

 

4、否则，如果flags中包含 BLOCK_NEEDS_FREE，那么说明这个block是分配到堆上的，并且如果引用计数为0，那么需要释放这个block。首先是调用了block的dispose辅助函数，该函数跟copy辅助函数相反，负责做相反的操作，例如释放掉所有在block中拷贝的变量等。最后使用 _Block_deallocator函数释放掉block，如果你去 runtime.c文件中看看，会发现该函数的尾部是一个指向 free的函数指针，也就是释放掉 malloc分配的内存。

 

5、如果block是全局的，那么什么事情也不用做。

 

6、如果代码执行到这里了，会发生一些奇怪的事情：因为正在尝试将栈上的block释放掉，所以这行代码是为了提醒开发者的。在程序实际运行过程中，永远不会看到这里的提示。

 

就是这些了，没有更多，也没有再复杂的东西了！

 

何去何从

本文也是我深度围观block的最后一篇。其中有一些内容也可也在我的这本书中找到： Effective Objective-C 2.0。这一系列文章介绍了如何有效的使用block，并且如果你对block感兴趣的话，这系列的内容也可以帮助你更加深入的了解block。