Block的魔鬼魅力（上）

又开始读《Objective-C高级编程》里面关于block的介绍章节，每次读都会有新的疑惑，这该死的魔鬼魅力。

基础入门篇

block就是一个带有自动变量的匿名函数，缓解了程序员对于命令的痛苦。

① block 语法

^ 返回值类型 (参数列表){表达式}
如:
^ int (int x) { return x *= 2; }  //返回值类型为int，参数为int的block

② block变量类型

返回值类型 (^变量名)(参数列表) 
如:
int (^func)(int x)

问题论证:

① block语法中是否一定要标明返回值类型？

不需要，因为系统会根据return自动判断:

int (^func)(int) = ^(int x) {
     return x + 2;
};  //正确判断出右侧返回值类型为int

如果在未标明返回值类型时，返回多个不同的类型值时，默认根据第一个return的值进行类型判断，并且编译错误:

(^(int x) {
     if (x > 2) {
           return x + 2;  //第一个return
     }
     return @"x值过小哦”;   //保存位置
 })(1);

Return type ’NSString *’must match previous return type ‘int’ when block literal has unspecified explicit return type

所以注意多个return返回值类型一定要相同。

② 如何简化block的写法?

以block变量类型作为函数返回值类型或参数类型时确实有些别扭:

-(int(^)(int))getBlock; //作为返回值类型
- (void)doSomething:(void(^)(int))block;  //作为参数

完全可以通过typedef定义简单化:

typedef void(^completion)(BOOL success, NSError *error);

面试突围篇

提问:

NSString *name = @"李周";
NSString *favorite = @"跆拳道";
        
void (^func)(void) = ^{
     NSLog(@"%@ likes %@",name, favorite);
};
        
name = @"华华";
favorite = @"睡觉";
        
func();

回答:

打印结果为

李周 likes 跆拳道

因为Block表达式结果所使用的自动变量的值，即保存该自动变量的瞬间值，换句话简单的说: 就是当执行到block那行时并不需要调用就已经截获变量了，之后再怎么改都不会影响block存下的瞬间值。

问题论证:

如何在block中修改截取的变量呢?

void (^func)(void) = ^{
  name = @"网球”; 
  NSLog(@"%@ likes %@",name, favorite);
};

这么一改直接会产生编译错误:

Variable is not assignable(missing __block type specifier)

看到错误提示其实可以简单的将自动截获的变量当做类似"readonly"的感觉，那么该如何实现修改这一小目标呢?

① __block类型说明符

__block NSString *name = @"李周";
NSString *favorite = @"跆拳道";     
void (^func)(void) = ^{
      name = @"网球";
      NSLog(@"%@ likes %@",name, favorite);
};

② 调整变量的作用域

static NSString *name = @"李周”;  //静态（局部）变量  或 静态全局变量
@property (nonatomic, strong) NSString *name; //全局变量

③ OC对象专项

不要直接new一个对象赋值，而只是委婉的调整所指向的内容。

NSMutableString *name = [NSMutableString stringWithFormat:@"李周"];
NSString *favorite = @"跆拳道";
        
void (^blk)(void) = ^{
  [name appendString:@"周"];
  NSLog(@"%@ likes %@",name, favorite);
};

换个好理解的例子进行简单的说明一下:

NSMutableArray *array = [NSMutableArray array];     
void (^blk)(void) = ^{
  [array addObject:@"李周是个好人"];  //✅
  array[0] = @"华华是睡觉冠军";       //✅
  array = [NSMutableArray array];   //❌
};

对于②中说明的作用域调整乍看下好像并没有其他两项难以理解，所以我们先尝试来突破① 和 ③ 讲的是什么意思?

理解一个变量在不同环境下奇奇怪怪的实现可以从地址入手。

① __block类型说明符解析

NSString *name = @"李周";
NSString *favorite = @"跆拳道";
NSLog(@"before-block: name地址 = %p",&name);
       
void (^blk)(void) = ^{
  NSLog(@"%@ likes %@",name, favorite);
  NSLog(@"in-block: name地址 = %p",&name);
};
NSLog(@"after-block: name地址 = %p",&name);
blk();

加__block说明符之前

before-block: name地址 = 0x7ffeeb9a1158
after-block: name地址 = 0x7ffeeb9a1158 
in-block: name地址 = 0x600001230020

加__block说明符之后:

before-block: name地址 = 0x7ffee96a5158
after-block: name地址 = 0x6000013378f8
in-block: name地址 = 0x6000013378f8

发现在after-block位置上name变量的地址变成和in-block中的一致的，而且实现了从栈地址到堆地址的跨越。

② OC对象专项解析

NSMutableArray *array = [NSMutableArray array];
NSLog(@"before-block: array地址 = %p,count:%ld",&array,array.count);
        
void (^blk)(void) = ^{
  [array addObject:@"李周是个好人"];
   NSLog(@"in-block: array地址 = %p,count:%ld",&array,array.count);
};     
blk();
NSLog(@"after-block: array地址 = %p,count:%ld",&array,array.count);

打印结果:

before-block: array地址 = 0x7ffeeac85158,count:0
after-block: array地址 = 0x7ffeeac85158,count:1
in-block: array地址 = 0x600003c13800,count:1

怎么block中的array和外侧的block不是同一个对象，却会互相影响呢？

所以这两种方式导致的地址改变是什么原因呢？和实现在block中修改一个捕获的自动变量有什么关联呢?

源码初级篇

通过Clang（LLVM编译器）将看到的OC源码转换成可读的C++源码:

clang -rewrite-objc 源代码文件名

以上面的例子进入初步的讲解（位于Summary.m类文件）:

NSString *name = @"李周";
NSString *favorite = @"跆拳道";
        
void (^blk)(void) = ^{
     NSLog(@"%@ likes %@",name, favorite);
};
        
name = @"华华";
favorite = @"睡觉";
        
blk();

编译后需要关注的一些内容,乍看之下确实云里雾里的感觉:

struct __Summary__init_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __Summary__init_block_desc_0* Desc;
  NSString *name;
  NSString *favorite;
  __Summary__init_block_impl_0(void *fp, struct __Summary__init_block_desc_0 *desc, NSString *_name, NSString *_favorite, int flags=0) : name(_name), favorite(_favorite) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};
static void __Summary__init_block_func_0(struct __Summary__init_block_impl_0 *__cself) {
  NSString *name = __cself->name; // bound by copy
  NSString *favorite = __cself->favorite; // bound by copy

            NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_yp_2hczzks147qbtbv2w4w8h75r0000gn_T_Summary_5a9751_mi_3,name, favorite);
        }
static void __Summary__init_block_copy_0(struct __Summary__init_block_impl_0*dst, struct __Summary__init_block_impl_0*src) {_Block_object_assign((void*)&dst->name, (void*)src->name, 3/*BLOCK_FIELD_IS_OBJECT*/);_Block_object_assign((void*)&dst->favorite, (void*)src->favorite, 3/*BLOCK_FIELD_IS_OBJECT*/);}

static void __Summary__init_block_dispose_0(struct __Summary__init_block_impl_0*src) {_Block_object_dispose((void*)src->name, 3/*BLOCK_FIELD_IS_OBJECT*/);_Block_object_dispose((void*)src->favorite, 3/*BLOCK_FIELD_IS_OBJECT*/);}

static struct __Summary__init_block_desc_0 {
  size_t reserved;
  size_t Block_size;
  void (*copy)(struct __Summary__init_block_impl_0*, struct __Summary__init_block_impl_0*);
  void (*dispose)(struct __Summary__init_block_impl_0*);
} __Summary__init_block_desc_0_DATA = { 0, sizeof(struct __Summary__init_block_impl_0), __Summary__init_block_copy_0, __Summary__init_block_dispose_0};

static instancetype _I_Summary_init(Summary * self, SEL _cmd) {
    if (self = ((Summary *(*)(__rw_objc_super *, SEL))(void *)objc_msgSendSuper)((__rw_objc_super){(id)self, (id)class_getSuperclass(objc_getClass("Summary"))}, sel_registerName("init"))) {
        NSString *name = (NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_yp_2hczzks147qbtbv2w4w8h75r0000gn_T_Summary_5a9751_mi_1;
        NSString *favorite = (NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_yp_2hczzks147qbtbv2w4w8h75r0000gn_T_Summary_5a9751_mi_2;

        void (*func)(void) = ((void (*)())&__Summary__init_block_impl_0((void *)__Summary__init_block_func_0, &__Summary__init_block_desc_0_DATA, name, favorite, 570425344));

        name = (NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_yp_2hczzks147qbtbv2w4w8h75r0000gn_T_Summary_5a9751_mi_4;
        favorite = (NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_yp_2hczzks147qbtbv2w4w8h75r0000gn_T_Summary_5a9751_mi_5;

        ((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)func)->FuncPtr)((__block_impl *)func);


    }
    return self;
}

① 首先OC源码中只是进行了NSLog的行为，所以通过NSLog找到block实体方法:

static void __Summary__init_block_func_0(struct __Summary__init_block_impl_0 *__cself) { }

该方法的命名是极其具有规则的:

__Summary__init_block_func_0  // __(类名)__(方法名)__block_func_(在该类该方法中创建的顺序)

从这个命名的规则再次可以深深的理解到Block这个匿名函数的强大。

② 其次进入类的init（_I_Summary_init()）方法中对block的实现部分进行观察:

void (*func)(void) = ((void (*)())&__Summary__init_block_impl_0((void *)__Summary__init_block_func_0, &__Summary__init_block_desc_0_DATA, name, favorite, 570425344));

发现在Block实体方法外层还有一层__Summary__init_block_imi_0方法，进入该方法中查看:

struct __Summary__init_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __Summary__init_block_desc_0* Desc;
  NSString *name;
  NSString *favorite;
  __Summary__init_block_impl_0(void *fp, struct __Summary__init_block_desc_0 *desc, NSString *_name, NSString *_favorite, int flags=0) : name(_name), favorite(_favorite) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};

可以先把__Summary__init_block_impl_0结构体简单的理解为 Block实现内容所执行或调用需要的环境，按照参数顺序进行了解:

__block_impl 通用block结构体

struct __block_impl {
  void *isa;
  int Flags;  //某些标识
  int Reserved; //今后版本升级所需要的区域
  void *FuncPtr; //函数指针
};

将该结构体理解为OC中的NSObject对象，包含了一些public的属性。从runtime的NSObject 或 Class的结构入手:

typedef struct objc_object {
   Class isa;
} *id;

typedef struct objc_class {
    Class isa;
};

按照这个理解思路的话也能很快的明白该结构体中 void *isa的作用，和objc_object的isa指针指向类一样，该结构中的isa也指向了类 -- _NSConcreteStackBlock。

__Summary__init_block_desc_0

static struct __Summary__init_block_desc_0 {
  size_t reserved;  //今后版本升级所需的区域
  size_t Block_size;  //block的大小
  void (*copy)(struct __Summary__init_block_impl_0*, struct __Summary__init_block_impl_0*);
  void (*dispose)(struct __Summary__init_block_impl_0*);
} __Summary__init_block_desc_0_DATA = { 0, sizeof(struct __Summary__init_block_impl_0), __Summary__init_block_copy_0, __Summary__init_block_dispose_0};

捕获的自动变量

NSString *name;
NSString *favorite;

将捕获的自动变量放入该结构体中，并通过以下的步骤实现对该变量的调用:

① 在构造方法中增加捕获的自动变量设置入口

__Summary__init_block_impl_0(void *fp, struct __Summary__init_block_desc_0 *desc, NSString *_name, NSString *_favorite, int flags=0) : name(_name), favorite(_favorite){}

② 在NSLog的block实现方法中获取自动变量

static void __Summary__init_block_func_0(struct __Summary__init_block_impl_0 *__cself) {
  NSString *name = __cself->name; // bound by copy
  NSString *favorite = __cself->favorite; // bound by copy

 NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_yp_2hczzks147qbtbv2w4w8h75r0000gn_T_Summary_bfa04a_mi_3,name, favorite);
        }

其中__cself就类似OC中的self，只要需要就无处不在。

简单的分析了block实现的主要几个类，关于深入的理解各个字段到底是什么含义呢，请听下回分解。

Block的魔鬼魅力（上）

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