Objective-C之Blocks（三）

2017-02-11 本文已影响120人 Larrycal

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。

截获自动代码源代码

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。

Block内不能修改截获的自动变量的值

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：

修改自动变量的值

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

Objective-C之Blocks（三）

前言

截获自动变量

__block说明符

在Block中访问修改值

__block说明符

结语

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