Block

Block是什么？

首先引入闭包的概念，闭包是一个函数（或指向函数的指针），再加上该函数执行的外部的上下文变量（有时候也称作自由变量）。
Block就是OC中的闭包的实现。

Block的数据结构

block-struct.jpeg

对应的结构体：

struct Block_descriptor {
    unsigned long int reserved;
    unsigned long int size;
    void (*copy)(void *dst, void *src);
    void (*dispose)(void *);
};

struct Block_layout {
    void *isa;
    int flags;
    int reserved;
    void (*invoke)(void *, ...);
    struct Block_descriptor *descriptor;
    /* Imported variables. */
};

block的数据结构包括6部分：

isa指针，由此可以看出block其实是一个对象
flags，block的附加信息，block copy 的方法中会对使用该变量
reserved，保留变量
invoke，函数指针
descriptor，包括block的大小，copy/dispose函数
variables，存放截获的变量等。

block的类型

NSConcreteStackBlock
NSConcreteGloableBlock
NSConcreteMallocBlock

未引用任何外部变量，则为NSConcreteGloableBlock类型；
ARC下，block会被自动复制到堆上，类型为NSConcreteMallocBlock。

block会自动copy到堆上的情况有：

block作为函数返回值
block赋值给__strong变量
CocoaAPI 含有block方法参数
GCD API方法参数

截获局部变量

int main() {
    int a = 100;
    void (^block2)(void) = ^{
        printf("%d\n", a);
    };
    block2();

    return 0;
}

MRC下clang后，源码如下：

struct __block_impl {
    void *isa;
    int Flags;
    int Reserved;
    void *FuncPtr;
};
struct __main_block_impl_0 {
    struct __block_impl impl;
    struct __main_block_desc_0* Desc;
    int a;
    __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, int _a, int flags=0) : a(_a) {
        impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
        impl.Flags = flags;
        impl.FuncPtr = fp;
        Desc = desc;
    }
};
static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
    int a = __cself->a; // bound by copy
    printf("%d\n", a);
}

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 a = 100;
    void (*block2)(void) = (void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, a);
    ((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)block2)->FuncPtr)((__block_impl *)block2);

    return 0;
}

由以上源码分析：

__block_impl，其中包括isa和FuncPtr函数指针，函数指针指向__main_block_func_0
__main_block_desc_0，结构体包括size，如上截获了变量后，结构体的大小会变化
截获的局部变量会复制到block的结构体中，所以在block后改变变量值也不会影响block内部

__block

如果想要在block中使用局部变量，需要将变量用__block说明符来修饰。

int main()
{
    __block int i = 1024;
    void (^block1)(void) = ^{
        printf("%d\n", i);
        i = 1023;
    };
    block1();
    return 0;
}

MRC下clang后，源码如下：

struct __Block_byref_i_0 {
    void *__isa;
    __Block_byref_i_0 *__forwarding;
    int __flags;
    int __size;
    int i;
};

struct __main_block_impl_0 {
    struct __block_impl impl;
    struct __main_block_desc_0* Desc;
    __Block_byref_i_0 *i; // by ref
    __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, __Block_byref_i_0 *_i, int flags=0) : i(_i->__forwarding) {
        impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
        impl.Flags = flags;
        impl.FuncPtr = fp;
        Desc = desc;
    }
};
static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
    __Block_byref_i_0 *i = __cself->i; // bound by ref

    printf("%d\n", (i->__forwarding->i));
    (i->__forwarding->i) = 1023;
}

static void __main_block_copy_0(struct __main_block_impl_0*dst, struct __main_block_impl_0*src) {_Block_object_assign((void*)&dst->i, (void*)src->i, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);}

static void __main_block_dispose_0(struct __main_block_impl_0*src) {_Block_object_dispose((void*)src->i, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);}

static struct __main_block_desc_0 {
    size_t reserved;
    size_t Block_size;
    void (*copy)(struct __main_block_impl_0*, struct __main_block_impl_0*);
    void (*dispose)(struct __main_block_impl_0*);
} __main_block_desc_0_DATA = { 0, sizeof(struct __main_block_impl_0), __main_block_copy_0, __main_block_dispose_0};

int main()
{
    __attribute__((__blocks__(byref))) __Block_byref_i_0 i = {(void*)0,(__Block_byref_i_0 *)&i, 0, sizeof(__Block_byref_i_0), 1024};
    void (*block1)(void) = (void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, (__Block_byref_i_0 *)&i, 570425344);
    ((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)block1)->FuncPtr)((__block_impl *)block1);
    return 0;
}

如源码所示：

被__block说明符修饰的变量转换成__Block_byref_i_0结构体，里面含有isa指针，所以它也是一个对象。
结构体中含有forwarding指向自身的指针，访问变量值是通过__forwarding 指针访问的（i->__forwarding->i ）
block需要对__Block_byref_i_0结构体进行内存管理（block中截获了对象时也需要对该对象进行内存管理），block会生成copy/dispose函数，在copy函数中调用_Block_object_assign方法把对象地址拷贝给block的成员变量。

__block修饰OC变量

   __block NSArray *arr = @[@"1"];
  void (^tmpBlock)(void) = ^{
            arr = @[@"2"];
  };
  tmpBlock();

clang后，源码如下：

struct __Block_byref_arr_0 {
  void *__isa;
__Block_byref_arr_0 *__forwarding;
 int __flags;
 int __size;
 void (*__Block_byref_id_object_copy)(void*, void*);
 void (*__Block_byref_id_object_dispose)(void*);
 NSArray *arr;
};

由源码所示：
__Block_byref_arr_0结构体中增加了copy/dispose的方法。
__Block_byref_copy的方法中将原本栈上的forwarding指针指向了堆。

参考博客：
谈Objective-C block的实现
Block中copy/dispose的方法分析
iOS block浅析-关于ARC下block类型
深入理解iOS的block