(译)窥探Blocks(3) Block_copy

在第一篇文章和第二篇文章我们已经研究了一些blocks的内部原理了。本文将进一步研究block拷贝的过程。你可能听到过一些术语比如"blocks 起始于栈"以及"如果想保存它们以后用你必须拷贝"。但是为什么呢？拷贝到底做了什么事？我长久以来一直在好奇拷贝block的机制到底是什么。比如block捕获的值会怎么样。本文我将对此做些阐述。

我们已经知道的事

从第一篇文章和第二篇文章中我们知道一个block的内存布局长这样：

block内存布局

在第二篇文章中我们看到block最开始被引用的时候是在栈上创建的。既然是在栈上，那么在block的封闭域结束后内存就会被回收重用。那你之后再用这个block会发生什么呢？好吧，你必须拷贝它。这是通过调用Block_copy()方法或者直接向他发送OC的copy消息完成。这就是所谓的Block_copy()。

Block_copy()

首先我们来看Block.h。其中有下面的定义：

#define Block_copy(...) ((__typeof(__VA_ARGS__))_Block_copy((const void *)(__VA_ARGS__)))

void *_Block_copy(const void *arg);

所以Block_copy是一个宏，它将传入的参数转换为一个const void *然后传递给_Block_copy()方法。_Block_copy()的实现在runtime.c：

void *_Block_copy(const void *arg) {
    return _Block_copy_internal(arg, WANTS_ONE);
}

所以也就是调用_Block_copy_internal方法，传入block自己和WANTS_ONE。为了明白这什么意思，我们需要看一下实现代码。也在runtime.c。下面是方法的实现，已经删掉不想干的部分（主要是垃圾收集的部分）：

static void *_Block_copy_internal(const void *arg, const int flags) {
    struct Block_layout *aBlock;
    const bool wantsOne = (WANTS_ONE & flags) == WANTS_ONE;

    // 1
    if (!arg) return NULL;

    // 2
    aBlock = (struct Block_layout *)arg;

    // 3
    if (aBlock->flags & BLOCK_NEEDS_FREE) {
        // latches on high
        latching_incr_int(&aBlock->flags);
        return aBlock;
    }

    // 4
    else if (aBlock->flags & BLOCK_IS_GLOBAL) {
        return aBlock;
    }

    // 5
    struct Block_layout *result = malloc(aBlock->descriptor->size);
    if (!result) return (void *)0;

    // 6
    memmove(result, aBlock, aBlock->descriptor->size); // bitcopy first

    // 7
    result->flags &= ~(BLOCK_REFCOUNT_MASK);    // XXX not needed
    result->flags |= BLOCK_NEEDS_FREE | 1;

    // 8
    result->isa = _NSConcreteMallocBlock;

    // 9
    if (result->flags & BLOCK_HAS_COPY_DISPOSE) {
        (*aBlock->descriptor->copy)(result, aBlock); // do fixup
    }

    return result;
}

主要做了以下工作：

1. 如果传入参数是NULL就直接返回NULL。防止传入一个NULL的Block。

2. 将参数转换为一个struct Block_layout类型的指针。你也许还记得第一篇文章中提到它。它就是block内部一个包含了实现函数和一些元数据的数据结构。

3. 如果block的flags字段包含BLOCK_NEEDS_FREE，那么这是一个堆block（稍后你就明白）。这里只需要增加引用计数然后返回原blcok。

4. 如果这是一个全局block（回看第一篇文章），那么不需要做任何事，直接返回原block。因为全局block是一个单例。

5. 如果走到这里，那么这一定是一个栈上分配的block。那样的话，block需要拷贝到堆上。这才是有趣的部分。第一步，调用malloc()创建一块特定的内存。如果创建失败，返回NULL；否则，继续。

6. 调用memmove()方法将当前栈上分配的block按位拷贝到我们刚刚创建的堆内存上。这样可以保证所有的元数据都拷贝过来，比如descriptor。

7. 接下来，更新标志位。第一行确保引用计数为0。注释表明这行其实不需要——大概这个时候引用计数已经是0了。我猜保留这行是因为以前有个bug导致这里的引用计数不是0（所以说runtime的代码也会偷懒）。下一行设置了BLOCK_NEEDS_FREE标志位，表明这是一个堆block，一旦引用计数减为0，它所占用的内存将被释放。|1操作设置block的引用计数为1。

8. block的isa指针被设置为_NSConcreteMallocBlock，说明这是个堆block。

9. 最后，如果block有一个拷贝辅助函数，那么它将被调用。必要的时候编译器会生成拷贝辅助函数。比如一个捕获了对象的block就需要。那么拷贝辅助函数将持有被捕获的对象。

哈哈，已经十分清晰了。现在你知道拷贝一个block到底发生了什么事！但那只是图片展示的一半内容，对吧？释放一个block又会怎么样呢？

Block_release()

Block_copy()图的另一半是Block_release()。实际上这又是一个宏：

#define Block_release(...) _Block_release((const void *)(__VA_ARGS__))

跟Block_copy()一样，Block_release()也是转换传入的参数然后调用一个方法。这一定程度上解放了程序员的双手，他们不用自己做转换。

我们来看看_Block_release()的源码（简明起见，重新整理了代码顺序，并删除了垃圾回收相关的代码）:

    // 1
    struct Block_layout *aBlock = (struct Block_layout *)arg;
    if (!aBlock) return;

    // 2
    int32_t newCount;
    newCount = latching_decr_int(&aBlock->flags) & BLOCK_REFCOUNT_MASK;

    // 3
    if (newCount > 0) return;

    // 4
    if (aBlock->flags & BLOCK_NEEDS_FREE) {
        if (aBlock->flags & BLOCK_HAS_COPY_DISPOSE)(*aBlock->descriptor->dispose)(aBlock);
        _Block_deallocator(aBlock);
    }

    // 5
    else if (aBlock->flags & BLOCK_IS_GLOBAL) {
        ;
    }

    // 6
    else {
        printf("Block_release called upon a stack Block: %p, ignored\n", (void *)aBlock);
    }
}

这段代码做了这些事：

1. 首先，参数被转换为一个指向struct Block_layout的指针。如果传入NULL，直接返回。

2. 标志位部分表示引用计数减1（之前Block_copy()中标志位操作代表的是引用计数置为1）。

3. 如果新的引用计数值大于0，说明有其他东西在引用block，所以block不应该被释放。

4. 否则，如果标志位包含BLOCK_NEEDS_FREE，那么这是一个堆block而且引用计数为0，应该被释放。首先block的处理辅助函数(dispose helper)被调用，它是拷贝辅助函数(copy helper)的反义词，执行相反的操作，比如释放被捕获的对象。最后调用_Block_deallocator方法释放block。如果你查找runtime.c你就会发现这个方法最后就是一个free的函数指针，释放malloc分配的内存。

5. 如果到这一步且lock是全局的，什么也不做。

6. 如果到这一步，一定是发生了未知状况，因为一个栈block试图在这里释放，输出一行警告。实际上，你应该永远不会走到这一步。

这些就是Block! 东西也并不多嘛(呵呵)。