浅谈block的应用与实现

时间：2021-04-09 18:20:38

浅谈Block的应用及原理

1.使用：

NSInteger (^mySum)(NSInteger,NSInteger) = ^(NSInteger paramA, NSInteger paramB){
return paramA + paramB;
};

以上定义了一个Block变量，block本来就是一个程序段，因此有返回值有输入的参数，这里这个block返回的类型是BOOL ，“^”表示block定义开始，block名称mySum紧跟在^符号之后，这里这个block接受一个NSInteger类型的参数。

调用这个block的方法：

mySum(1,3);
NSLog(@"sum is %ld",mySum(1,3)); // sum is 4

上述block内部使用了接受的两个NSInteger类型参数，除此之外，block外的变量也可以在block内部使用，比如：

NSInteger paramC = 5;
// Block变量定义
NSInteger (^sum)(NSInteger,NSInteger) = ^(NSInteger paramA, NSInteger paramB){
return paramA + paramB + paramC;
};
NSLog(@"sum is %ld",sum(1,3)); // 输出：sum is 9

需要注意的一点是，不能在block内部改变本地变量，编译器会直接报错。而更需要注意的是paramC这样的局部变量的变化是不会体现在block里的，比如接着上面的代码，继续写：

// Block变量定义
NSInteger (^sum)(NSInteger,NSInteger) = ^(NSInteger paramA, NSInteger paramB){
return paramA + paramB + paramC;
};
paramC = 10;
NSLog(@"sum is %ld",sum(1,3));// 输出：sum is 9

输出依旧是：“sum is 9”，paramC赋值为10，但是在block内部的paramC的值依旧是5，这是因为block内部的paramC在block声明是copy了一份到block内，block外部的paramC的变化与block无关，可以理解为paramC为值类型（值类型，只引用了数据，没有对变量进行地址引用）。如果paramC为引用类型的话，外部的变化会影响block内部（引用类型，直接对地址进行引用）。

如果需要传递个block变量值，可以将变量声明为___block，可以使用实例变量。

例：将变量声明为___block

// Block变量定义
__block NSInteger paramC = 5;
NSInteger (^sum)(NSInteger,NSInteger) = ^(NSInteger paramA, NSInteger paramB){
return paramA + paramB + paramC;
};
paramC = 10;
NSLog(@"sum is %ld",sum(1,3));// 输出：sum is 14

例：使用实例变量，使用weakSelf避免循环引用问题。

self.paramD = 10;
__weak typeof(self) weakSelf = self;

// Block变量定义
NSInteger (^sum)(NSInteger,NSInteger) = ^(NSInteger paramA, NSInteger paramB){
return paramA + paramB + weakSelf.paramD;
}; 
self.paramD = 20;
NSLog(@"sum is %ld",sum(1,3));// 输出：sum is 24

刚开始使用block感觉语法奇怪，而且书写起来麻烦，我们还可以通过typedef将block进行简单的封装。将上述block进行封装如下：

typedef NSInteger (^MySum)(NSInteger, NSInteger);

使用：声明一个类型MySum类型的block实例，定义内容后直接使用block。

MySum mySum;
mySum = ^(NSInteger paramA, NSInteger paramB){
return paramA + paramB + weakSelf.paramD;
}; 
self.paramD = 20;

二、应用

Apple所推荐的block使用范围包括以下几个方面：

  • 枚举——通过block获取枚举对象或控制枚举进程
  • View动画——简单明了的方式规定动画
  • 排序——在block内写排序算法
  • 通知——当某事件发生后执行block内的代码
  • 错误处理——当错误发生时执行block代码
  • 完成处理——当方法执行完毕后执行block代码
  • GCD多线程——多线程控制

三、实现

上文中提到了不能修改局部变量，但使用_block修饰可以修改局部变量，之前很疑惑这是为什么？接下来我们便研究一下block的实现。

研究工具:clang

为了研究编译器是如何实现 block 的，我们需要使用 clang。clang 提供一个命令，可以将 Objetive-C 的源码改写成 c 语言的，借此可以研究 block 具体的源码实现方式。该命令是

clang -rewrite-objc block1.c

使用上述命令编译后，我们得到一份block1.cpp文件，在这份文件中我们可以看到以下代码：

struct __block_impl {
void *isa;
int Flags;
int Reserved;
void *FuncPtr;
};

block 的数据结构定义如下，通过该图，我们可以知道，一个 block 实例实际上由 4 部分构成：

  1. isa 指针，所有对象都有该指针，用于实现对象相关的功能。
  2. flags，用于按 bit 位表示一些 block 的附加信息，本文后面介绍 block copy 的实现代码可以看到对该变量的使用。
  3. reserved，保留变量。
  4. FuncPtr，block对应的函数指针。

接下来，我们看一下，只输出以一句话的block的什么样的

int main()
{
void (^myBlock)(void) = ^{
printf("hello, block");
    };
return 0;
}

生成的中间代码有500多行，我们抽出主要的代码如下图：

浅谈block的应用与实现

首先出现的结构体就是_main_block_impl0，可以看出是根据所在函数（main函数）以及出现序列（第0个）进行命名的。如果是全局block，就根据变量名和出现序列进行命名。

**main_block_impl_0中包含了两个成员变量和一个构造函数，成员变量分别是**block_impl结构体和描述信息Desc。

接着出现的是_main_block_func0函数，即block对应的函数体。该函数接受一个__cself参数，即对应的block自身。

接这出现的是_main_block_desc0结构体，其中比较有价值的信息是block大小。

最后就是main函数中对block的创建和调用，可以看出执行block就是调用一个以block自身作为参数的函数，这个函数对应着block的执行体。

赋值代码中，类型转换太多了，我们去掉类型转换后如下图：

//去掉类型转换后的代码
void (*myBlock)(void) = &__main_block_impl_0(参数1, 参数2);

Block语法赋值给myBlock，相当于把*_main_block_impl*0的函数地址指针赋值给myBlock。

参数一 为 main_block_func*0，也就是匿名函数的函数名称，通过main_block_impl*0的定义可以知道main_block_func_0赋值给了FuncPtr。

参数二 为 main_block_desc*0*DATA，是 main_block_impl_0 的结构体的大小。

*_main_block_impl*0这里可以看到，block的类型用_NSConcreteStackBlock来表示，表明这个block位于栈中。同样地，block类型还有_NSConcreteMallocBlock和_NSConcreteGlobalBlock。

由block_impl中isa，得知block也是NSObject，我们可以对其进行retain操作。不过在将block作为回调函数传递给底层框架时，底层框架对其copy了一份。如果将回调block作为属性，不能用retain，而要用copy。我们通常会将block写在栈中，而需要回调时，往往回调block栈已经不存在了，使用copy属性可以将block放到堆中。

修改局部变量

再看一个访问局部变量的block是怎样的。

在main函数中添加局部变量，并且打印这个局部变量

![Pasted Graphic](/Users/sunmingyue/Desktop/周总结/浅谈block的应用与实现/Pasted Graphic.tiff)

重新编译得到的中间文件源码如下：

浅谈block的应用与实现

可以看出block结构体*_main_block_impl*0多了个成员变量i，用来存储使用到的局部变量i,

如果我们尝试修改局部变量i，则会得到如下错误：

浅谈block的应用与实现

错误信息很详细，既告诉我们变量不可赋值，也提醒我们要使用__block类型标识符。

为什么不能给变量i赋值呢？

因为main函数中的局部变量i和函数main_block_func*0不在同一个作用域中，调用过程中只是进行了值传递。当然，在上面代码中，我们可以通过指针来实现局部变量的修改。不过这是由于在调用main_block_func*0时，block所在的栈还没有销毁，变量i还在栈中。但是在很多情况下，block被执行时，定义时所在的函数栈已经被销毁，局部变量已经不在栈中了（block此时在哪里？），再用指针访问就奔溃了。

所以对于局部变量，不允许block进行修改是合理的。

__block的实现

__block类型变量是如何支持修改的呢？

在main函数中添加局部变量，修改局部变量的值，并且打印这个局部变量：

![Pasted Graphic 1](/Users/sunmingyue/Desktop/周总结/浅谈block的应用与实现/Pasted Graphic 1.tiff)

我们通过__block修改局部变量，此时再看中间代码：

此时再看中间代码，会多出很多信息。首先是__block变量对应的结构体：

![Pasted Graphic 3](/Users/sunmingyue/Desktop/周总结/浅谈block的应用与实现/Pasted Graphic 3.tiff)

由第一个成员__isa指针也可以知道_Block_byref_i0也可以是NSObject。

第二个成员__forwarding指向自己，为什么要指向自己？指向自己是没有意义的，只能说有时候需要指向另一个*_Block_byref_i*0结构。

最后一个成员是目标存储变量i。

在下图中可以看到，main_block_impl*0的成员变量i变成了Block_byref_i*0 类型。

![Pasted Graphic 2](/Users/sunmingyue/Desktop/周总结/浅谈block的应用与实现/Pasted Graphic 2.tiff)

对应的函数main_block_func*0中，亮点是Block_byref_i*0指针类型变量i，通过其成员变量__forwarding指针来操作另一个成员变量。 :-)

接下来再看main函数

通过这样看起来有点复杂的改变，我们可以修改变量i的值。但是问题同样存在：*_Block_byref_i*0类型变量i仍然处于栈上，当block被回调执行时，变量i所在的栈已经被销毁怎么办？

在这种关键时刻，*_main_block_desc*0站出来了：

此时，main_block_desc*0多了两个成员函数：copy和dispose，分别指向main_block_copy*0和*_main_block_dispose*0。

当block从栈上被copy到堆上时，会调用**main_block_copy_0将**block类型的成员变量i从栈上复制到堆上；而当block被释放时，相应地会调用**main_block_dispose_0来释放**block类型的成员变量i。

一会在栈上，一会在堆上，那如果栈上和堆上同时对该变量进行操作，怎么办？

这时候，**forwarding的作用就体现出来了：当一个**block变量从栈上被复制到堆上时，栈上的那个**Block_byref_i_0结构体中的**forwarding指针也会指向堆上的结构。

到此，我们大概了解了block实现，学习过程中参考了很多大神的博客，很感谢大神们的分享。
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