前言
在Objective-C之Blocks（二）中，说明了Block的实质，本文在此基础上解释Block特性的实现。
- 截获自动变量值
- __block说明符
截获自动变量
我们知道，Block可以截获自动变量，但是实现原理是什么呢？我们先把Block截获自动变量源代码通过clang转换一下。
转换后的代码：
struct __main_block_impl_0 {
struct __block_impl impl;
struct __main_block_desc_0* Desc;
char *str;
__main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, char *_str, int flags=0) : str(_str) {
impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
impl.Flags = flags;
impl.FuncPtr = fp;
Desc = desc;
}
};
static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
char *str = __cself->str; // bound by copy
printf("%s",str);}
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 argc, const char * argv[]) {
int a = 1;
int c = 2;
char *str = "Hello,World!";
void (*blk) (void) = ((void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, str));
((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)blk)->FuncPtr)((__block_impl *)blk);
return 0;
}
不难发现，截获的自动变量被追加到了__main_block_impl_0结构体中，而没有使用的变量则没有截获。看看初始化改结构体的构造函数：
__main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, char *_str, int flags=0) : str(_str)
在初始化结构体的时候，根据传入的参数对追加在结构体内的自动变量赋值。通过构造函数的调用来确认参数：
void (*blk) (void) = ((void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, str));
传入的参数即为str，所以block内部追加的变量的值即为外界自动变量str的值。
我们在来看调用Block的方法
static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
char *str = __cself->str; // bound by copy
printf("%s",str);}
在之前的文章中，我们说过__cself代表self，所以在该函数中，使用__cself的str值，即__main_block_impl_0结构体中的str值。
注意：Block不能使用C语言数组类型的自动变量。因为使用C语言数组类型的自动变量在Block中赋值相当于下面这种写法：
char a[10] = {2};
char t[10] = a;
C语言禁止这种写法，所以不能通过编译。
__block说明符
在Block中访问修改值
众所周知，Block截获的变量，不能在Block内修改，否则不能通过编译。
当我们想要修改Block内截获的自动变量的值的时候，可以有三种方法：
- 静态变量
- 静态全局变量
- 全局变量
- 添加
__block说明符
我们编写以下代码来看看：
#import <Foundation/Foundation.h>
int globalVal = 1;
static int globalStatic = 1;
int main(int argc, const char * argv[]) {
static int staticVal = 1;
__block int blockVal = 1;
void (^blk) (void) = ^{
globalVal = 2;
globalStatic = 3;
staticVal = 4;
blockVal = 5;
printf("globalVal is :%d\nglobalStatic is :%d\nstaticVal is :%d\nblockVal is %d\n",globalVal,globalStatic,staticVal,blockVal);
};
blk();
return 0;
}
运行结果：
代码转换后如下：
int globalVal = 1;
static int globalStatic = 1;
struct __Block_byref_blockVal_0 {
void *__isa;
__Block_byref_blockVal_0 *__forwarding;
int __flags;
int __size;
int blockVal;
};
struct __main_block_impl_0 {
struct __block_impl impl;
struct __main_block_desc_0* Desc;
int *staticVal;
__Block_byref_blockVal_0 *blockVal; // by ref
__main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, int *_staticVal, __Block_byref_blockVal_0 *_blockVal, int flags=0) : staticVal(_staticVal), blockVal(_blockVal->__forwarding) {
impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
impl.Flags = flags;
impl.FuncPtr = fp;
Desc = desc;
}
};
static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
__Block_byref_blockVal_0 *blockVal = __cself->blockVal; // bound by ref
int *staticVal = __cself->staticVal; // bound by copy
globalVal = 2;
globalStatic = 3;
(*staticVal) = 4;
(blockVal->__forwarding->blockVal) = 5;
printf("globalVal is :%d\nglobalStatic is :%d\nstaticVal is :%d\nblockVal is %d\n",globalVal,globalStatic,(*staticVal),(blockVal->__forwarding->blockVal));
}
static void __main_block_copy_0(struct __main_block_impl_0*dst, struct __main_block_impl_0*src) {_Block_object_assign((void*)&dst->blockVal, (void*)src->blockVal, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);}
static void __main_block_dispose_0(struct __main_block_impl_0*src) {_Block_object_dispose((void*)src->blockVal, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);}
static struct __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};
int main(int argc, const char * argv[]) {
static int staticVal = 1;
__attribute__((__blocks__(byref))) __Block_byref_blockVal_0 blockVal = {(void*)0,(__Block_byref_blockVal_0 *)&blockVal, 0, sizeof(__Block_byref_blockVal_0), 1};
void (*blk) (void) = ((void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, &staticVal, (__Block_byref_blockVal_0 *)&blockVal, 570425344));
((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)blk)->FuncPtr)((__block_impl *)blk);
return 0;
}
仔细查看这段代码可以知道，静态全局变量globalStatic和全局变量globalVal,转换前后完全相同，不需要多关注。对于静态变量staticVal在Block内部则是通过指针对其实现访问。通过将静态变量staticVal的指针传递给__main_block_impl_0结构体的构造函数并保存下来实现对其访问。
静态变量可以实现在Block内部访问变量，但是为什么还需要有__block说明符呢？因为，Block可以保存超出其变量作用域的的变量。如果在保存的变量本身超出了变量作用域，将不能通过指针对其进行访问。
__block说明符
观察转换后的源码可以知道，添加了__block说明符后，代码量增加了很多，提取出来大致增加了如下代码：
struct __Block_byref_blockVal_0 {
void *__isa;
__Block_byref_blockVal_0 *__forwarding;
int __flags;
int __size;
int blockVal;
};
__attribute__((__blocks__(byref))) __Block_byref_blockVal_0 blockVal = {(void*)0,(__Block_byref_blockVal_0 *)&blockVal, 0, sizeof(__Block_byref_blockVal_0), 1};
static void __main_block_copy_0(struct __main_block_impl_0*dst, struct __main_block_impl_0*src) {_Block_object_assign((void*)&dst->blockVal, (void*)src->blockVal, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);}
static void __main_block_dispose_0(struct __main_block_impl_0*src) {_Block_object_dispose((void*)src->blockVal, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);}
在原本main函数中__block说明符修饰的变量被转换成了__Block_byref_blockVal_0结构体，变量本身成为了结构体的成员变量。对该变量赋值就是调用__Block_byref_blockVal_0结构体的构造函数向对应的成员变量赋值。
如以下源码所示，我们将blockVal初始化为1，转换后代码调用__Block_byref_blockVal_0结构体的构造函数向对应的成员变量赋值。
__block int blockVal = 1;
转换为：
__attribute__((__blocks__(byref))) __Block_byref_blockVal_0 blockVal = {(void*)0,(__Block_byref_blockVal_0 *)&blockVal, 0, sizeof(__Block_byref_blockVal_0), 1};
当我们向__block变量赋值代码：
blockVal = 5;
转换后：
static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
__Block_byref_blockVal_0 *blockVal = __cself->blockVal; // bound by ref
//...
(blockVal->__forwarding->blockVal) = 5;
//...
}
__Block_byref_blockVal_0结构体实例的成员变量__forwarding持有指向该实例自身的指针。通过成员变量__forwarding访问成员变量blockVal实现对其的赋值。
而__main_block_copy_0和__main_block_dispose_0函数相当于retain和release实例方法的函数。分别让Block持有__block变量和释放__block变量。
这两个函数的调用时机：
| 函数 | 调用时机 |
|---|---|
| copy函数 | 栈上的Block复制到堆时 |
| dispose函数 | 堆上的Block被废弃时 |
什么时候栈上的Block会复制到堆呢？
- 调用Block的copy实例方法
- Block作为函数返回值返回时
- 将Block赋值给附有__strong修饰符id类型的或者Block类型成员变量时
- 在方法名中含有usingBlock的Cocoa框架方法或者GCD的API中传递Block时
正是由于这两个函数，使得__block变量可以超出其变量作用域被访问。因为它被Block持有。
结语
- 关于Block的内容结束了，三章均为在阅读参考资料时候的读书笔记，难免有错误。
- 如有错误，欢迎指正。
- 随意转载，
参考资料：
[1] Kazuki Sakamoto,Tomohiko Furumoto．Objective-C高级编程〔M〕．北京：人民邮电出版社，2013
