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block没那么难（一）：block的实现
block没那么难（二）：block和变量的内存管理
block没那么难（三）：block和对象的内存管理
本系列博文总结自《Pro Multithreading and Memory Management for iOS and OS X with ARC》
block 顾名思义就是代码块，将同一逻辑的代码放在一个块，使代码更简洁紧凑，易于阅读，而且它比函数使用更方便，代码更美观，因而广受开发者欢迎。但同时 block 也是 iOS 开发中坑最多的地方之一，因此有必要了解下 block 的实现原理，知其然，更知其所以然，才能从根本上避免挖坑和踩坑。
需要知道的是，block 只是 Objective-C 对闭包的实现，并不是 iOS 独有的概念，在 C++、Java 等语言也有实现闭包，名称不同而已。
特别声明
以下研究所用的过程代码由 clang 编译前端生成，仅作理解之用。实际上 clang 根本不会将 block 转换成人类可读的代码，它对 block 到底做了什么，谁也不知道。
所以，切勿将过程代码当做block的实际实现，切记切记！！！
将下面的 test.m 代码用 clang 工具翻译 test.cpp 代码
clang -rewrite-objc test.m
test.m 代码
/************* Objective-C 源码 *************/
int main()
{
void (^blk)(void) = ^{ printf("Block\n"); };`
blk();
return 0;
}
test.cpp
/************* 使用 clang 翻译后如下 *************/
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;
__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;
}
};
25. `static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself)`
26. `{`
27. `printf("Block\n");`
28. `}`
30. `static struct __main_block_desc_0`
31. `{`
32. `size_t reserved;`
33. `size_t Block_size;`
34. `} __main_block_desc_0_DATA = { 0, sizeof(struct __main_block_impl_0) };`
36. `int main()`
37. `{`
38. `void (*blk)(void) = (void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA);`
40. `((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)blk)->FuncPtr)((__block_impl *)blk);`
42. `return 0;`
43. `}`
接着，我们逐一来看下这些函数和结构体
block 结构体信息详解
struct __block_impl
// __block_impl 是 block 实现的结构体
struct __block_impl
{
void *isa;
int Flags;
int Reserved;
void *FuncPtr;
};
-
isa
指向实例对象，表明 block 本身也是一个 Objective-C 对象。block 的三种类型：_NSConcreteStackBlock、_NSConcreteGlobalBlock、_NSConcreteMallocBlock，即当代码执行时，isa 有三种值impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
impl.isa = &_NSConcreteMallocBlock;
impl.isa = &_NSConcreteGlobalBlock; Flags
按位承载 block 的附加信息；Reserved
保留变量；FuncPtr
函数指针，指向 Block 要执行的函数，即{ printf("Block\n") };
struct __main_block_impl_0
// __main_block_impl_0 是 block 实现的结构体，也是 block 实现的入口
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;
}
};
impl
block 实现的结构体变量，该结构体前面已说明；Desc
描述 block 的结构体变量；__main_block_impl_0
结构体的构造函数，初始化结构体变量impl、Desc；
static void __main_block_func_0
// __main_block_func_0 是 block 要最终要执行的函数代码
static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself)
{
printf("Block\n");
}
static struct __main_block_desc_0
// __main_block_desc_0 是 block 的描述信息结构体
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) };
reserved
结构体信息保留字段Block_size
结构体大小
此处已定义了一个该结构体类型的变量 __main_block_desc_0_DATA
block 实现的执行流程
最基础的 block 实现就这么简单。
接着再看 block 获取外部变量
block 获取外部变量
运行下面的代码
int main()
{
int intValue = 1;
void (^blk)(void) = ^{ printf("intValue = %d\n", intValue); };
blk();
return 0;
}
打印结果
intValue = 1
和第一段源码不同的是，这里多了个局部变量 intValue，而且还在 block 里面获取到了。
通过前一段对 block 源码的学习，我们已经了解到 block 的函数定义在 main() 函数之外，那它又是如何获取 main() 里面的局部变量呢？为了解开疑惑，我们再次用 clang 重写这段代码
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 intValue;
__main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, int _intValue, int flags=0) : intValue(_intValue)
{
impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
impl.Flags = flags;
impl.FuncPtr = fp;
Desc = desc;
}
};
static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself)
{
int intValue = __cself->intValue; // bound by copy
printf("intValue = %d\n", intValue);
}
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 intValue = 1;
void (*blk)(void) = (void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, intValue);
((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)blk)->FuncPtr)((__block_impl *)blk);
return 0;
}
原来 block 通过参数值传递获取到 intValue 变量，通过函数
__main_block_impl_0 (void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, int _intValue, int flags=0) : intValue(_intValue)
保存到 __main_block_impl_0 结构体的同名变量 intValue，通过代码 int intValue = __cself->intValue; 取出 intValue，打印出来。
构造函数
__main_block_impl_0冒号后的表达式intValue(_intValue)的意思是，用_intValue初始化结构体成员变量intValue。有四种情况下应该使用初始化表达式来初始化成员：
1：初始化const成员
2：初始化引用成员
3：当调用基类的构造函数，而它拥有一组参数时
4：当调用成员类的构造函数，而它拥有一组参数时参考：C++类成员冒号初始化以及构造函数内赋值
至此，我们已经了解了block 的实现，以及获取外部变量的原理。但是，我们还不能在 block 内修改 intValue 变量。如果你有心试下，在 block 内部修改 intValue 的值，会报编译错误
Variable is not assignable(missing __block type specifier)
那么如何在 block 内修改外部变量呢，请看下篇 block没那么难(二)：block 和变量的内存管理