OC高级编程——深入block，如何捕获变量，如何存储在堆上

首先先看几道block相关的题目

这是一篇比较长的博文，前部分是block的测试题目，中间是block的语法、特性，block讲解block内部实现和block存储位置，请读者耐心阅读。具备block基础的同学，直接调转到block的实现

下面列出了五道题，看看能否答对两三个。主要涉及block栈上、还是堆上、怎么捕获变量。答案在博文最后一行

//-----------第一道题：--------------

void exampleA() {

  char a = 'A';

  ^{ printf("%c\n", a);};

}

A.始终能够正常运行          B.只有在使用ARC的情况下才能正常运行

C.不使用ARC才能正常运行     D.永远无法正常运行

//-----------第二道题：答案同第一题--------------

void exampleB_addBlockToArray(NSMutableArray *array) {

  char b = 'B';

  [array addObject:^{printf("%c\n", b);}];

}

void exampleB() {

  NSMutableArray *array = [NSMutableArray array];

  exampleB_addBlockToArray(array);

  void (^block)() = [array objectAtIndex:0];

  block();

}

//-----------第三道题：答案同第一题--------------

void exampleC_addBlockToArray(NSMutableArray *array) {

  [array addObject:^{printf("C\n");}];

}

void exampleC() {

  NSMutableArray *array = [NSMutableArray array];

  exampleC_addBlockToArray(array);

  void (^block)() = [array objectAtIndex:0];

  block();

}

//-----------第四道题：答案同第一题--------------

typedef void (^dBlock)();

dBlock exampleD_getBlock() {

  char d = 'D';

  return ^{printf("%c\n", d);};

}

void exampleD() {

  exampleD_getBlock()();

}

//-----------第五道题：答案同第一题--------------

typedef void (^eBlock)();

eBlock exampleE_getBlock() {

  char e = 'E';

  void (^block)() = ^{printf("%c\n", e);};

  return block;

}

void exampleE() {

  eBlock block = exampleE_getBlock();

  block();

}

注：以上题目摘自：CocoaChina论坛点击打开链接

block概要

什么是block

Blocks是C语言的扩充功能。可以用一句话来表示Blocks的扩充功能：带有自动变量（局部变量）的匿名函数。命名就是工作的本质，函数名、变量名、方法名、属性名、类名和框架名都必须具备。而能够编写不带名称的函数对程序员来说相当有吸引力。

例如：我们要进行一个URL的请求。那么请求结果以何种方式通知调用者呢？通常是经过代理（delegate）但是，写delegate本身就是成本，我们需要写类、方法等等。

这时候，我们就用到了block。block提供了类似由C++和OC类生成实例或对象来保持变量值的方法。像这样使用block可以不声明C++和OC类，也没有使用静态变量、静态全局变量或全局变量，仅用编写C语言函数的源码量即可使用带有自动变量值的匿名函数。

其他语言中也有block概念。

block的实现

block的语法看上去好像很特别，但实际上是作为极为普通的C语言代码来处理的。这里我们借住clang编译器的能力：具有转化为我们可读源代码的能力。

控制台命令是： clang -rewrite-objc 源代码文件名。

int main(){

    void (^blk)(void) = ^{printf("block\n");};

    blk();

    return 0;

}

经过 clang -rewrite-objc 之后，代码编程这样了（简化后代码，读者可以搜索关键字在生成文件中查找）：

struct __block_impl{

  void *isa;

  int Flags;

  int Reserved;

  void *FuncPtr;

};

static struct __main_block_desc_0{

  unsigned long reserved;

  unsigned long Block_size

}__main_block_desc_0_DATA = { 0, sizeof(struct __main_block_impl_0)};

struct __main_block_impl_0{

  struct __block_impl impl;

  struct __main_block_desc_0 *Desc;

}

static struct __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself)

{

  printf("block\n");

}

int main(){

  struct __main_block_impl_0 *blk =  &__main_block_impl_0(__main_block_func_0,&__main_block_desc_0_DATA);

  (*blk->impl.FuncPtr)(blk);

}

很多结构体，很多下划线的变量和函数名。我们一个个来:

__block_impl

：更像一个block的基类，所有block都具备这些字段。

__main_block_impl_0

：block变量。

__main_block_func_0

：虽然，block叫，匿名函数。但是，这个函数还是被编译器起了个名字。

__main_block_desc_0

：block的描述，注意，他有一个实例__main_block_desc_0_DATA

上述命名是有规则的：main是block所在函数的名字，后缀0则是这个函数中的第0个block。由于上面是C++的代码，可以将__main_block_impl_0的结构体总结一下，得到如下形式：

__main_block_impl_0{

  void *isa;

  int Flags;

  int Reserved;

  void *FuncPtr;

  struct __main_block_desc_0 *Desc;

}

总结：所谓block就是Objective-C的对象

截获自动变量值

int val = 10;

void (^blk)(void) = ^{printf("val=%d\n",val);};

val = 2;

blk();

上面这段代码，输出值是：val = 10.而不是2. block截获自动变量的瞬时值。因为block保存了自动变量的值，所以在执行block语法后，即使改写block中使用的自动变量的值也不会影响block执行时自动变量的值。

尝试改写block中捕获的自动变量，将会是编译错误。我更喜欢把这个理解为：block捕获的自动变量都将转化为const类型。不可修改了

解决办法是将自动变量添加修饰符 __block；那么如果截获的自动变量是OC对象呢

^{[array addObject:obj];};

这么写是没有问题的，因为array是一个指针，我们并没有改变指针的值。这个也可以解释下面的问题

const char text[] = "hello";

这样会编译错误。为何？

这是因为捕获自动变量的方法并没有实现C语言数组类型

。可以通过指针代替：const char *text= "hello";

那么这个block的对象结构是什么样呢，请看下面：

__main_block_impl_0{

  void *isa;

  int Flags;

  int Reserved;

  void *FuncPtr;

  struct __main_block_desc_0 *Desc;

  int val；

}

这个val是如何传递到block结构体中的呢？

int main(){

    struct __main_block_impl_0 *blk =  &__main_block_impl_0(__main_block_func_0,&__main_block_desc_0_DATA,val);

}

注意函数调用最后一个参数，即val参数。

那么函数调用的代码页转化为下面这样了.这里的cself跟C++的this和OC的self一样。

static struct __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself)

{

    printf("val=%d\n"，__cself-val);

}

所以，block捕获变量更像是：函数按值传递。

__block说明符

前面讲过block所在函数中的，捕获自动变量。但是不能修改它，不然就是编译错误。但是可以改变全局变量、静态变量、全局静态变量。

其实这两个特点不难理解：第一、为何不让修改变量：这个是编译器决定的。理论上当然可以修改变量了，只不过block捕获的是自动变量的副本，名字一样。为了不给开发者迷惑，干脆不让赋值。道理有点像：函数参数，要用指针，不然传递的是副本。

第二、可以修改静态变量的值。静态变量属于类的，不是某一个变量。所以block内部不用调用cself指针。所以block可以调用。

解决block不能保存值这一问题的另外一个办法是使用__block修饰符。

__block int val = 10;

void (^blk)(void) = ^{val = 1;};

该源码转化后如下：

struct __block_byref_val_0{

  void *__isa;

  __block_byref_val_0 *__forwarding;

  int _flags;

  int __size;

  int val;

}

__main_block_impl_0中自然多了__block_byreg_val_0的一个字段。注意：__block_byref_val_0结构体中有自身的指针对象，难道要

_block int val = 10;这一行代码，转化成了下面的结构体

__block)byref_val_0 val = {0,&val,0,sizeof(__block_byref_val_0),10};//自己持有自己的指针。

它竟然变成了结构体了。之所以为啥要生成一个结构体，后面在详细讲讲。反正不能直接保存val的指针，因为val是栈上的，保存栈变量的指针很危险。

block存储区域

这就需要引入三个名词：

● _NSConcretStackBlock

● _NSConcretGlobalBlock

● _NSConcretMallocBlock

正如它们名字说的那样，说明了block的三种存储方式：栈、全局、堆。__main_block_impl_0结构体中的isa就是这个值。

【要点1】如果是定义在函数外面的block是global的，另外如果函数内部的block但是，没有捕获任何自动变量，那么它也是全局的。比如下面这样的代码：

typedef int (^blk_t)(int);

for(...){

    blk_t blk = ^(int count) {return count;};

}

虽然，这个block在循环内，但是blk的地址总是不变的。说明这个block在全局段。

【要点2】一种情况在非ARC下是无法编译的：

typedef int(^blk_t)(int);

blk_t func(int rate){

return ^(int count){return rate*count;}

}

这是因为：block捕获了栈上的rate自动变量，此时rate已经变成了一个结构体，而block中拥有这个结构体的指针。即如果返回block的话就是返回局部变量的指针。而这一点恰是编译器已经断定了。在ARC下没有这个问题，是因为ARC使用了autorelease了。

【要点3】有时候我们需要调用block 的copy函数，将block拷贝到堆上。看下面的代码：

-(id) getBlockArray{

  int val =10;

  return [[NSArray alloc]initWithObjects:

    ^{NSLog(@"blk0:%d",val);},

    ^{NSLog(@"blk1:%d",val);},nil];

}

id obj = getBlockArray();

typedef void (^blk_t)(void);

blk_t blk = (blk_t){obj objectAtIndex:0};

blk();

这段代码在最后一行blk()会异常，因为数组中的block是栈上的。因为val是栈上的。解决办法就是调用copy方法。

【要点4】不管block配置在何处，用copy方法复制都不会引起任何问题。在ARC环境下，如果不确定是否要copy block尽管copy即可。ARC会打扫战场。

注意：在栈上调用copy那么复制到堆上，在全局block调用copy什么也不做，在堆上调用block 引用计数增加

【注意】本人用Xcode 5.1.1 iOS sdk 7.1 编译发现：并非《Objective-C》高级编程这本书中描述的那样

int val肯定是在栈上的，我保存了val的地址，看看block调用前后是否变化。输出一致说明是栈上，不一致说明是堆上。

typedef int (^blkt1)(void) ;

-(void) stackOrHeap{

  __block int val =10;

  int *valPtr = &val;//使用int的指针，来检测block到底在栈上，还是堆上

  blkt1 s= ^{

    NSLog(@"val_block = %d",++val);

    return val;};

  s();

  NSLog(@"valPointer = %d",*valPtr);

}

在ARC下——block捕获了自动变量，那么block就被会直接生成到堆上了。 val_block = 11 valPointer = 10

在非ARC下——block捕获了自动变量，该block还是在栈上的。 val_block = 11 valPointer = 11

调用copy之后的结果呢：

-(void) stackOrHeap{

  __block int val =10;

  int *valPtr = &val;//使用int的指针，来检测block到底在栈上，还是堆上

  blkt1 s= ^{

    NSLog(@"val_block = %d",++val);

    return val;};

  blkt1 h = [s copy];

  h();

  NSLog(@"valPointer = %d",*valPtr);

}

----------------在ARC下>>>>>>>>>>>无效果。 val_block = 11 valPointer = 10

----------------在非ARC下>>>>>>>>>确实复制到堆上了。 val_block = 11 valPointer = 10

用这个表格来表示

/*当block捕获了自动变量时候

------------------------------------------------------------------

| where block stay | ARC | 非ARC |

-------------------------------------------------------------------

| copy | heap | heap |

------------------------------------------------------------------

| no copy | heap | stack |

------------------------------------------------------------------

__block变量存储区域

当block被复制到堆上时，他所捕获的对象、变量也全部复制到堆上。

回忆一下block捕获自动变量的时候，自动变量将编程一个结构体，结构体中有一个字段叫__forwarding，用于指向自动这个结构体。那么有了这个__forwarding指针，无论是栈上的block还是被拷贝到堆上，那么都会正确的访问自动变量的值。

截获对象

block会持有捕获的对象。编译器为了区分自动变量和对象，有一个类型来区分。

static void __main_block_copy_0(struct __main_block_impl_0 *dst, struct __main_block_impl_0 *src){

    _Block_objct_assign(&dst->val,src->val,BLOCK_FIELD_IS_BYREF);

}

static void __main_block_dispose_0(struct __main_block_impl_0 *src){

    _block_object_dispose(src->val,BLOCK_FIELD_IS_BYREF);

}

BLOCK_FIELD_IS_BYREF代表是变量。BLOCK_FIELD_IS_OBJECT代表是对象

【__block变量和对象】

__block修饰符可用于任何类型的自动变量

【__block循环引用】

根据上面讲的内容，block在持有对象的时候，对象如果持有block，会造成循环引用。解决办法有两种：

1. 使用__weak修饰符。id __weak obj = obj_

2. 使用__block修饰符。__block id tmp = self;然后在block中tmp = nil；这样就打破循环了。这个办法需要记得将tmp=nil。不推荐！

文章开头block测试题答案：ABABB

int val = 10;

void (^blk)(void) = ^{printf("val=%d\n",val);};

val = 2;

blk();

尝试改写block中捕获的自动变量，将会是编译错误。我更喜欢把这个理解为：block捕获的自动变量都将转化为const类型。不可修改了

解决办法是将自动变量添加修饰符 __block；那么如果截获的自动变量是OC对象呢

^{[array addObject:obj];};

这么写是没有问题的，因为array是一个指针，我们并没有改变指针的值。这个也可以解释下面的问题

const char text[] = "hello";

这样会编译错误。为何？

这是因为捕获自动变量的方法并没有实现C语言数组类型

。可以通过指针代替：const char *text= "hello";

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