block没那么难（一）：block的实现

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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;
};

</pre>

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;
}
};

</pre>

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");
}

</pre>

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) };

</pre>

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;
}

</pre>

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;
}

</pre>

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