Block

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最近在学习和迁移Swift方面的代码，正好看到了闭包这部分，看完之后整个人都被着魔了一样，于是便有了这两篇文章，如果有那些论述模糊或者不准确，请联系[email protected]

目录表

• Block是什么
• Block有什么用
• 语法
• 使用场景
• 原理
• Block的数据结构及编译过程
• 关于Block的Copy
• 关于Block捕获的变量
• 注意事项
• 参考文档
• 结束语

Block是什么

• Block是Objective-C编程语言下的一个闭包实现，那么什么是闭包？闭包有两个特性，第一某个结构体包含了被引用的局部变量，第二包含了相关的代码块。
• 在Apple在线源文件（https://opensource.apple.com/source/libclosure/libclosure-63/Block_private.h.auto.html）可以找到另外的答案，它的结构体中包含了isa指针，所以我们在Objc下可以认为是对象
• 最后在它让人抓狂的语法（http://fuckingblocksyntax.com/）中，我们也可以发现函数特征，所以在Objc中我们也称之为匿名函数,函数块等。

Block有什么用

• 综上所述：可选的传递某些参数从而实现某些回调功能

语法

• 作为局部变量

• 作为属性

• 作为方法参数

• 作为方法结束后的回调

• 作为C方法的参数

• 作为别名

使用场景

原理

Block的数据结构及编译过程

• 环境：Apple clang version 12.0.5 (clang-1205.0.22.11)，Xcode：Version 12.5.1 (12E507)
• 测试项目准备工作
• 创建项目Xcode->File->New->Project

• 选择macOS->Command Line Tool->Next

• 填入Product Name和选择Language为Objective-C完成

代码文件

• 选中main.m文件，点击右键选中Show in Finder，把项目拖入到Terminal(终端)或者iTerm(个人喜欢的一款终端工具)，进入到main.m所在路径
• 运行命令

• 查看是否编译C++文件成功

• 在代码片段中直接搜索bdBlock,然后定位到该处，bdBlock数据结构的定义和描述
// Block的定义实现
struct
 __block_impl {

void
 *isa;

int
 Flags;

int
 Reserved;

void
 *FuncPtr;


};

// 在main函数内的bdBlock数据结构的描述
staticstruct
 __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};


// 在main方法中的bdBlock的数据结构的定义
struct
 __main_block_impl_0 {

struct
 __block_impl impl;

struct
 __main_block_desc_0* Desc;

int
 x;

NSNumber
 *number;


   __main_block_impl_0(
void
 *fp, 
struct
 __main_block_desc_0 *desc, 
int
 _x, 
NSNumber
 *_number, 
int
 flags=
0
) : x(_x), number(_number) {


     impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;


     impl.Flags = flags;


     impl.FuncPtr = fp;


     Desc = desc;


   }


};

staticfloat
 __main_block_func_0(
struct
 __main_block_impl_0 *__cself) {

int
 x = __cself->x; 
// bound by copy
NSNumber
 *number = __cself->number; 
// bound by copy
return
 x * ((
float
 (*)(
id
, SEL))(
void
 *)objc_msgSend_fpret)((
id
)number, sel_registerName(
"floatValue"
));


    }

// bdBlock中的copy方法
staticvoid
 __main_block_copy_0(
struct
 __main_block_impl_0*dst, 
struct
 __main_block_impl_0*src) {


 _Block_object_assign((
void
*)&dst->number, (
void
*)src->number, 
3/*BLOCK_FIELD_IS_OBJECT*/
);


}

// bdBlock中的dispose方法
staticvoid
 __main_block_dispose_0(
struct
 __main_block_impl_0*src) {


  _Block_object_dispose((
void
*)src->number, 
3/*BLOCK_FIELD_IS_OBJECT*/
);}


代码分析
• 当前编译器会根据bdBlock捕获的变量，生成具体的结构体的定义，对应到代码就是上述中的__main_block_desc_0和__main_block_impl_0
• bdBlock中的块函数也会被编译器生成一个C函数，对应到上述中的__main_block_func_0，同理可得，执行bdBlock其实也就是执行这个C函数。‍‍‍‍‍‍‍‍‍

关于Block的Copy

• 在上述代码片段的__main_block_impl_0中我们也不难发现，定义完bdBlock之后Block存储在当前函数的_NSConcreteStackBlock上面，也就是bdBlock中的isa指向的是该Block的Class的类型是_NSConcreteStackBlock,在run time中定义了6种关于Block的类

  _NSConcreteStackBlock  

  // 栈上创建的block
  

  _NSConcreteMallocBlock 

  // 堆上创建的block
  

  _NSConcreteGlobalBlock 

  //作为全局变量的block
  

  _NSConcreteWeakBlockVariable

  
  

  _NSConcreteAutoBlock

  
  

  _NSConcreteFinalizingBlock

  关于后三种是用于垃圾回收（Garbage Collection）机制下的，我们在此不作分析
• bdBlock初始化完成之后在栈上面，捕获的变量会被赋值到结构体的成员上，所以初始化完成捕获到的局部变量不能修改。当main函数返回时，函数的栈被销毁，bdBlock的内存也会被清除，如果在函数结束后仍然引用这个Block的时候，就需要将它拷贝到堆上，详细逻辑点这：https://opensource.apple.com/source/libclosure/libclosure-63/runtime.c
• Block_copy伪代码
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• // 申请跟现有block size一样的内存
  struct

   Block_layout *result = malloc(aBlock->descriptor->size);

  
  // 将现有的block中的数据复制过去
  

  memmove(result, aBlock, aBlock->descriptor->size);

  
  // 更新isa指针指向堆
  

  result->isa = _NSConcreteMallocBlock;

  
  // 向捕获的对象发送retian，增加新的block的引用计数
  

  _Block_call_copy_helper(result, aBlock);

  
  return

   result; 

关于Block捕获的变量

• 全局静态变量
• 全局变量
• 局部静态变量
• 局部变量（自动变量）

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  留个小问题大家知道为啥又被称作自动变量么😊

• 全局静态变量，从代码和打印结果看出变量始终在全局数据区，内存地址不变

• 全局变量，从代码和打印结果观察和上述一样，也在全局数据区，内存地址不变

• 局部静态变量，static延长了局部变量的生命周期

• 局部变量，很显然，这就是刚才对提到的，局部变量完成之后存储在栈上，也被结构体进行了赋值，不允许跨存储范围进行修改在内存中的地址

  

• 刺激不，很明显__block把变量从栈存储位置移动到了堆位置，你肯定说，你说堆就是堆？那肯定不啊？所有的技术都有原因，所以我们再次可以借用clang命令，把上述的__block的例子进行编译，我都帮你弄好了，接下来我们继续看代码
// __block a 的定义
struct
 __Block_byref_a_0 {

void
 *__isa;


 __Block_byref_a_0 *__forwarding;

int
 __flags;

int
 __size;

int
 a;


};

// __block a的实现
struct
 __main_block_impl_0 {

struct
 __block_impl impl;

struct
 __main_block_desc_0* Desc;


  __Block_byref_a_0 *a; 
// by ref

  __main_block_impl_0(
void
 *fp, 
struct
 __main_block_desc_0 *desc, __Block_byref_a_0 *_a, 
int
 flags=
0
) : a(_a->__forwarding) {


    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;


    impl.Flags = flags;


    impl.FuncPtr = fp;


    Desc = desc;


  }


};
//__block中代码块中的方法实现
staticvoid __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {

__Block_byref_a_0 *a = __cself->a;
// bound by ref (a->__forwarding->a) = 12;
}
• 就一个__block便让一个int的值处理为一个结构体，通过观察可以发现，这个结构体的首地址同样也是*isa，所以这个值是相当于被处理后变成了bdBlock的一部分，随着bdBlock被copy到堆上面也存储到了堆上面，通过代码发现对a的操作其实是对指针的操作，是不是有豁然开朗的感觉？哈哈哈
方法2：把需要更新的局部变量变成Block的参数，进行传参调用

方法总结：我个人更倾向于方法2，因为我实践了__block的原理之后明白，如果__block修饰的值size过大，那么在此引用过程中会对程序的内存有影响，有可能会有一些未知的问题，所以我更愿意求稳，使用更保守的传参方式，当然在实际的工作中，可以根据业务需求进行灵活使用。

注意事项

• __weak
• 对其中一方的引用循环对象使用__weak修饰，然后__weak就会进行自动管理弱引用，表现为当对象引用计数为0时候的会自动清对象所占内存，具体原理是系统在底层维护了一系列的哈希结构，请自行搜索相关关键词进行查阅，在此不做过多分析
__
weaktypeof
(
self
)weakSelf = 
self
;

self
.print_name = ^(
NSString
 *name) {


// A have cycle
//  self.view.backgroundColor = [UIColor redColor];
// Use weakSelf to weak of block to strong self

    weakSelf.view.backgroundColor = [
UIColor
 redColor];

NSLog
(
@"name is %@"
,name);


       };


self
.print_name(
@"Augus"
);
• __Block
• __block这种方式修饰的原理就是把其中一方的引用创建一份到Block的栈，随着Block拷贝到堆上，使用完成之后进行销毁，这种方法的利弊也在Block的部分进行了说明，请查看Block对变量的捕获部分的内容
  __block ViewController *blockSelf = 
self
;

self
.print_name = ^(
NSString
 *name) {

// A have cycle
//  self.view.backgroundColor = [UIColor redColor];
// Use __block capture self to belong to block,then destory the variable after finish work

      blockSelf.view.backgroundColor = [
UIColor
 redColor];


      blockSelf = 
nil
;

NSLog
(
@"name is %@"
,name);


    };

self
.print_name(
@"Augus"
);

结束语

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好了，关于iOS下的block闭包说了很多，也有一些底层的东西需要去理解和动手，困难肯定是有的，希望一起乘风破浪，所向披靡，我也尽快完稿下一篇姐妹篇closure的开发

参考文档

• https://blog.ibireme.com/2013/11/27/objc-block/)
• https://developer.apple.com/library/archive/documentation/Cocoa/Conceptual/Blocks/Articles/00_Introduction.html
• https://developer.apple.com/library/archive/documentation/Cocoa/Conceptual/ProgrammingWithObjectiveC/WorkingwithBlocks/WorkingwithBlocks.html