Objective-C blocks 概要

1.block的使用

1.1什么是block？

Blocks是C语言的扩充功能：带有自动变量（局部变量）的匿名函数。

“带有自动变量”在Blocks中表现为“截取自动变量"
“匿名函数”就是“不带名称的函数”

块，封装了函数调用及调用环境的OC对象

  • block的声明
// 1.
@property (nonatomic, copy) void(^myBlock1)(void);
// 2.BlockType:类型别名
typedef void(^BlockType)(void);
@property (nonatomic, copy) BlockType myBlock2;
// 3.
// 返回值类型(^block变量名)(参数1类型,参数2类型,...)
void(^block)(void);
  • block的定义
    // ^返回值类型(参数1,参数2,...){};
    // 1.无返回值，无参数
    void(^block1)(void) = ^{
        
    };
    // 2.无返回值，有参数
    void(^block2)(int) = ^(int a){
        
    };
    // 3.有返回值，无参数（不管有没有返回值，定义的返回值类型都可以省略）
    int(^block3)(void) = ^int{
        return 3;
    };
    // 以上Block的定义也可以这样写：
    int(^block4)(void) = ^{
        return 3;
    };
    // 4.有返回值，有参数
    int(^block5)(int) = ^int(int a){
        return 3 * a;
    };
  • block的调用
    // 1.无返回值，无参数
    block1();
    // 2.有返回值，有参数
    int a = block5(2)；

2.block的底层数据结构

通过Clang将以下的OC代码转化为C++代码

// Clang
xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m

//main.m
#import <Foundation/Foundation.h>
 
int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        void(^block)(void) = ^{
            NSLog(@"我是 block");
        };
        block();
    }
    return 0;
}

转化为C++代码

//参数结构体
struct __main_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;// block 结构体
  struct __main_block_desc_0* Desc;// block 的描述对象
/*
block 的构造函数
 ** 返回值：__main_block_impl_0 结构体
 ** 参数一：__main_block_func_0 结构体
 ** 参数二：__main_block_desc_0 结构体的地址
 ** 参数三：flags 标识位
*/
  __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, int flags=0) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;// &_NSConcreteStackBlock 表示存储在栈上
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};
 
//block 结构体
struct __block_impl {
  void *isa;//block 的类型
  int Flags;
  int Reserved;
  void *FuncPtr;// block的执行函数指针，指向__main_block_func_0
};
 
//封装了 block 中的代码
//参数是__main_block_impl_0结构体的指针
static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
 
            NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_yx_7jg_wdg128v45l4cn_1g265h0000gn_T_main_03dcda_mi_0);
        }
 
 
static struct __main_block_desc_0 {
  size_t reserved;
  size_t Block_size;// block 所占的内存空间
} __main_block_desc_0_DATA = { 0, sizeof(struct __main_block_impl_0)};

int main(int argc, const char * argv[]) {
    /* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool;
/*
         ** void(^block)(void) = ^{
                NSLog(@"调用了block");
            };
         ** 定义block的本质：
         ** 调用__main_block_impl_0()构造函数
         ** 并且给它传了两个参数 __main_block_func_0 和 &__main_block_desc_0_DATA
         ** __main_block_func_0 封装了block里的代码
         ** 拿到函数的返回值，再取返回值的地址 &__main_block_impl_0，
         ** 把这个地址赋值给 block
         */
        void(*block)(void) = ((void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA));
/*
         ** block();
         ** 调用block的本质：
         ** 通过 __main_block_impl_0 中的 __block_impl 中的 FuncPtr 拿到函数地址，直接调用
         */    
        ((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)block)->FuncPtr)((__block_impl *)block);
    }
    return 0;
}

3.block的变量捕获机制

  • 对于全局变量，不会捕获到block内部，访问方为直接访问
  • 对于auto类型的局部变量，会捕获到block内部，block内部会自动生成一个成员变量，访问方式为值传递
  • 对于static类型的局部变量，会捕获到block内部，block内部会自动生成一个成员变量，访问方式为指针传递
  • 对于对象类型的局部变量，block会连同修饰符一起捕获

3.1 auto自动变量

将以下 OC 代码转换为 C++ 代码，并贴出部分变动代码

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        int age = 10;
        void(^block)(void) = ^{
            NSLog(@"%d",age);
        };
        block();
    }
    return 0;
}

struct __main_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __main_block_desc_0* Desc;
  int age;//生成的变量
  __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, int _age, int flags=0) : age(_age) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};
static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
  int age = __cself->age; // bound by copy
 
            NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_yx_7jg_wdg128v45l4cn_1g265h0000gn_T_main_40c716_mi_0,age);
       }

可以看出：

  • 在__main_block_impl_0结构体中会自动生成一个相同类型的age变量
  • 构造函数__main_block_impl_0中多出了一个age参数，用来捕获外部的变量

由于传递方式为值传递，所以我们在block外部修饰age变量时，不会影响到block中的age变量

总的来说，所谓“截获自动变量”意味着在执行Block语法时，Block语法表达式所用的自动变量被保存到Block的结构体实例中（即Block自身）中

3.2static类型的局部变量

将以下OC代码转化为C++代码，并贴出部分变动代码

    static int age = 10;
    void(^block)(void) = ^{
        NSLog(@"%d",age);
    };
    age = 20;
    block();
    // 20

struct __main_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __main_block_desc_0* Desc;
  int *age;
  __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, int *_age, int flags=0) : age(_age) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};
static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
  int *age = __cself->age; // bound by copy
 
            NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_yx_7jg_wdg128v45l4cn_1g265h0000gn_T_main_cb7943_mi_0,(*age));
        }

可以看出：

  • __main_block_impl_0结构体中生成了一个相同类型的age变量
  • __main_block_impl_0构造函数多了个参数，用来捕获外部的age变量的地址

由于传递方式是指针传递，所以修改局部变量age时，age的值会随之变化

3.3全局变量

将以下OC代码转化为C++代码，并贴出部分变动代码

int height = 10;
static int age = 20;
int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        void(^block)(void) = ^{
            NSLog(@"%d,%d",height,age);
        };
        block();
    }
    return 0;
}

int height = 10;
static int age = 20;
 
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;
  }
};
static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
 
            NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_yx_7jg_wdg128v45l4cn_1g265h0000gn_T_main_7a340f_mi_0,height,age);
        }

可以看出：

  1. __main_block_impl_0结构体中，并没有自动生成age和height全局变量，也就是说没有将变量捕获到block内部

虽然block语法的匿名函数部分简单地变换为了C语言函数，但从这个变换的函数中访问静态全局变量/全局变量并没有任何改变，可直接使用。

但是静态变量的情况下，转换后的函数原本就设置在含有Block语法的函数外，所以无法从变量作用域访问

为什么局部变量需要捕获，而全局变量不用呢？

  • 作用域的原因，全局变量哪里都可以直接访问，所以不用捕获
  • 局部变量，外部不能直接访问，所以需要捕获
  • auto类型的局部变量可能会销毁，其内存会消失，block将来执行代码的时候不可能再去访问呢块内存，所以捕获其值
  • static变量会一直保存在内存中，所以捕获其地址即可

3.4 _block修饰的变量

3.4.1 _block的使用

默认情况下block是不能修改外面的auto变量，解决办法？

  • 变量用static修饰（原因：捕获static类型的局部变量是指针传递，可以访问到该变量的内存地址
  • 全局变量
  • _block（我们只是希望临时用一下这个变量临时改一下而已，而改为static变量和全局变量会一直在内存中）
3.4.2 _block修饰符
  • _block同于解决block内部无法修改auto变量值的问题；
  • _block不能修饰全局变量，静态变量；
  • 编译器会将_block变量包装成一个对象（struct __Block_byref_age_0（byref：按地址传递））；
  • 加_block修饰不会改变变量的性质，他还是auto变量；
  • 一般情况，对捕获变量进行赋值（赋值！=使用）操作需要添加_block修饰符，比如给数组添加或删除对象，就不用加_bolck修饰符；
  • 在 MRC 下使用 __block 修饰对象类型，在 block 内部不会对该对象进行 retain 操作，所以在 MRC 环境下可以通过 __block 解决循环引用的问题；

将以下 OC 代码转换为 C++ 代码，并贴出部分变动代码

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        __block int age = 10;
        void(^block)(void) = ^{
            age = 20;
            NSLog(@"block-%d",age);
        };
        block();
        NSLog(@"%d",age);
    }
    return 0;
}

struct __Block_byref_age_0 {
  void *__isa;
__Block_byref_age_0 *__forwarding;//持有指向该实例自身的指针
 int __flags;
 int __size;
 int age;
};
 
struct __main_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __main_block_desc_0* Desc;
  __Block_byref_age_0 *age; // by ref
  __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, __Block_byref_age_0 *_age, int flags=0) : age(_age->__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_age_0 *age = __cself->age; // bound by ref
 
            (age->__forwarding->age) = 20;
            NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_yx_7jg_wdg128v45l4cn_1g265h0000gn_T_main_75529b_mi_0,(age->__forwarding->age));
        }
static void __main_block_copy_0(struct __main_block_impl_0*dst, struct __main_block_impl_0*src) {_Block_object_assign((void*)&dst->age, (void*)src->age, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);}
 
static void __main_block_dispose_0(struct __main_block_impl_0*src) {_Block_object_dispose((void*)src->age, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);}

可以看出：

  • 编译器会将_block修饰的变量包装成一个__Block_byref_age_0结构体对象
  • 以上age = 20 的赋值过程：通过block的__main_block_func_0结构体实例中（ __Block_byref_age_0）类型的age指针，找到 __Block_byref_age_0结构体的对象， __Block_byref_age_0结构体对象持有指向实例本身的__forwarding指针，通过成员变量_forwarding访问 __Block_byref_age_0结构体里的age变量，并将值改为20；

在这里插入图片描述

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