iOS Block学习笔记(三) -- Block的本质

在网上查到,使用clang/llvm可以将代码转化成我们可以阅读的版本C++版本, 本文使用Clang

int main() {
  void (^blk)(void) = ^{printf("Block\n");};
  blk();
  return 0;
}

在Terminal中输入cc -rewrite-objc 'main.m' 转化以后, 会生成main.cpp文件, 是C++的代码如下:

//1. __block_impl 结构体定义, 有以下成员变量: `isa`, `Flags`, `Reserved`, `FuncPtr`
struct __block_impl {
  void *isa;
  int Flags;
  int Reserved;
  void *FuncPtr;
};

//2. __main_block_impl_0 结构体定义, 新增成员变量`Desc`用于描述Block的特点, 以及一个构造函数
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;
  }
};

//3. __main_block_desc_0, 用于描述特定Block的大小信息.
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)};

//4. __main_block_func_0, 特定Block实际的函数实现.
static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
    printf("Blocks\n");
}

//5. 实际完成
int main(int argc, const char * argv[]) {
    void (*blk)() = ((void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA));

    ((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)blk)->FuncPtr)((__block_impl *)blk);
    return 0;
}

1. 定义__block_impl结构体, 用面向对象的思维,可以理解成Block类型的基类(同OC中的NSObject一样). 其中isa同Class中的isa指针一样.(具体可以参考Runtime).void *FuncPtr表示这个Block实际被调用时实际执行函数的函数指针.
2. 定义__main_block_impl_0, 实际这个结构体才是main函数中我们定义的Block.这个结构体中, 有一个基类__block_impl, 以及关于本Block类型的的描述struct __main_block_desc_0* Desc, 还有这个结构体的构造函数.
3. 定义__main_block_desc_0结构体,并且创建一个Block相关的描述结构体,主要是Block占用的大小.
4. __main_block_func_0表示我们创建的Block变量实际会执行的函数, 也就是void *FuncPtr函数指针指向的地方.
5. 我们可以将main函数改写一下:

typedef void (*func_t)(void);//重命名函数指针

int main(int argc, const char * argv[]) {
    //1. 创建Block真实的变量, 构造函数里面参数是底层会调用的静态函数指针, 以及该Block的描述信息结构体变量.
    struct __main_block_impl_0 tmp = __main_block_impl_0(__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA));

    //2. 获取Block变量的指针
    struct __main_block_impl_0 *blk_t = &tmp;

    //3. 获取实际要执行函数的函数指针
    func_t funcPtr = (func_t)(blk_t->impl.FuncPtr);

    //4. 用函数指针执行Block中的函数
    (*funcPtr)(blk_t);
    return 0;
}

通过Clang编译器的转化, 我们可以清晰的看清Block的本质是一个结构体, 包含很多重要的信息.

我们知道runtime中关于OC的Class有如下信息:

typedef struct objc_class *Class;

struct objc_class {
  Class isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
  ...
};

其中,也有isa这个成变量, 表示当前对象属于哪个类. 我们看到Block的本质是struct __block_impl, 它的实现中有一个isa指针,它也指向当前Block是具体哪个类. 因此,如果用面向对象的思维方式, 我们认为Block也是一个类, 只是C语言是面向过程的语言,要实现面向对象的方式,只能通过这种用结构体方式存储成员变量,用静态函数表示成员方法的形式来表示.

与此同时,我们看到Block实际执行的函数__main_block_func_0用的参数是Block本身 -- __cself, 这与OC/C++中的方法调用类似, OC/C++中成员函数的第一个参数实际上是self, 表示类本身, 我们前面理解到Block实际是一个类,那么对于它的实例方法的第一个参数就是self也不难理解了.

因此, 我们用面向对象的思维,可以这样理解Block:

1. struct __block_impl是所有Block的抽象类,抽象类中规定了Block中的几个关键的成员变量isa表示Block的具体的根类型(后面会讲到Block有3种根类型),略过Flags和reserved成员变量, 而FuncPtr是一个函数指针, 可以认为是Block类中的成员函数.
2. struct __main_block_impl_0是实际项目中我们写的Block的实际类,我们创建Block时, 实际是创建的该类的实例.
3. 调用Block方法时, 实际调用的实际类的实例的成员函数FuncPtr.
4. 用伪码写成结果如下:

Class VirtualBlock{
  Class isa;
  int Flags;
  int reserved;

  void FuncPtr(); // 实际Block中的函数指针
}

Class ConcreteBlock: VirtualBlock {
  ConcreteBlockDesc desc;
  ConcretBlock(...);// 构造函数
}

Class ConcreteBlockDesc {
  int reserved;
  int block_size;
  ... // 其他成员函数
}

因此这里我们可以做一个小结, Block本质是一个结构体, 或者本质上是一个类似与OC类的结构体类, 因为它有isa指针,self指针, 成员变量, 和成员函数. 唯一与真正的类的区别是: 我们创建的结构体存储在应用程序的栈上或者堆, 而OC的类内存内容存储在堆上.(后面我们会知道Block也能存储在堆上)

<<Objective-C 高级编程: iOS与OSX多线程和内存管理>>中有讲到C++的self,与Objective-C的self的底层实现.

参考资料

1. <<Objective-C 高级编程: iOS与OSX多线程和内存管理>>
2. https://blog.csdn.net/deft_mkjing/article/details/53149629