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很多時候，我們都只關(guān)心怎么把一些語法用得非常熟練，記住所有的坑點，比如說Blocks，什么循環(huán)引用的坑，屬性聲明用copy...等等。但是我們總是懶于去深究，為什么會有這些問題。源碼面前，沒有秘密。今天就一起來分析下關(guān)于Blocks的底層。

這個專題主要介紹Blocks的底層實現(xiàn)，分為以下幾個部分，將通過多篇博文一一闡述。

1.Blocks的本質(zhì)
2.Blocks為什么截取自動變量值
3.__block說明符
4.關(guān)于Blocks的存儲
5.關(guān)于__block變量的存儲
6.Blocks的循環(huán)引用問題

Blocks的本質(zhì)

Blocks究竟是什么？我們先用clang（LLVM編譯器）將我們的OC代碼轉(zhuǎn)化C++源代碼，所謂源碼面前，了無秘密。

//block.m
int main() {
    int count = 10;
    void (^blk)(void) = ^{
        printf("%d\n", count);
    };
    blk();
    return 0;
}

clang -rewrite-objc 源代碼文件名

#define BLOCK_IMPL
struct __block_impl {
    void *isa;
    int Flags;
    int Reserved;
    void *FuncPtr;
};

struct __main_block_impl_0 {
    struct __block_impl impl;
    struct __main_block_desc_0* Desc;
    int count;

  __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, int _count, int flags=0) : count(_count) {
      impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
      impl.Flags = flags;
      impl.FuncPtr = fp;
      Desc = desc;
  }
};

static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
    int count = __cself->count; // bound by copy
    printf("%d\\n", count);
}

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 count = 10;
    void (*blk)(void) = ((void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, count));
    ((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)blk)->FuncPtr)((__block_impl *)blk);
    return 0;
}

以上便是那份OC代碼block.m文件編譯出來摘取的關(guān)鍵代碼。幾行代碼瞬間變成了幾十行代碼?？粗車樔耍鋵嵅浑y分析。

先來看main函數(shù)中的調(diào)用聲明和調(diào)用block的代碼，轉(zhuǎn)化成了什么。

int main() {
    int count = 10;
    void (*blk)(void) = ((void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, count));
    ((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)blk)->FuncPtr)((__block_impl *)blk);
    return 0;
}

int count = 10; 局部變量count，賦值為10；
void (*blk)(void), 這個東西有C語言函數(shù)指針基礎(chǔ)的童鞋肯定一眼就認(rèn)出來。其實void (^blk)(void) 就是轉(zhuǎn)化為指針名字為blk的函數(shù)指針。我們對block賦值，實則是對該函數(shù)指針賦值。
其次我們對void (*blk)(void)函數(shù)指針進(jìn)行賦值，賦值對象為結(jié)構(gòu)體struct __main_block_impl_0，通過它的構(gòu)造方法對相應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行賦值。
- impl.isa = &_NSConcreteStackBlock；isa指針其實是指向其父類class_t的地址，后面會有討論。
- impl.FuncPtr = fp; 這一句很關(guān)鍵，該FuncPtr是指向調(diào)用方法的指針，也就是我們執(zhí)行block表達(dá)式時，去調(diào)用的方法，這里傳的參數(shù)是方法__main_block_func_0；
最后一句代碼就是通過調(diào)用__block_impl指針中的FuncPtr指向的方法去執(zhí)行block;

__cself參數(shù)

static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
    int count = __cself->count; // bound by copy
    printf("%d\\n", count);
}

執(zhí)行blk()調(diào)用的函數(shù)中，參數(shù)__cself類型便是上面我們分析的這個結(jié)構(gòu)體，大家肯定一下子就明白了，這是參數(shù)相當(dāng)于self, 在C++中相當(dāng)于this指針。即是當(dāng)前類的對象。
__main_block_impl_0結(jié)構(gòu)體中包含以下這些成員變量。

struct __main_block_impl_0 {
    struct __block_impl impl;
    struct __main_block_desc_0* Desc;
    int count;
}

struct __block_impl

結(jié)構(gòu)體中的第一個參數(shù)所對應(yīng)的結(jié)構(gòu)體 struct __block_impl，根據(jù)名稱可以聯(lián)想到某些標(biāo)志，今后版本升級所需的區(qū)域，以及函數(shù)指針。

struct __block_impl {
    void *isa;  
    int Flags;        //標(biāo)志
    int Reserved;     //今后版本升級所需的區(qū)域
    void *FuncPtr;    //函數(shù)指針
};

struct __main_block_desc_0* Desc

static struct __main_block_desc_0 {
    size_t reserved;      //今后版本升級所需的區(qū)域
    size_t Block_size;    //Block的大小
}

__main_block_impl_0結(jié)構(gòu)體中最后一個成員變量count
不難發(fā)現(xiàn)，這是個類成員變量，是存在于block內(nèi)部的。這也是為什么block會截取局部變量的原因，它是從外部定義的變量count中，通過值傳遞拷貝到block內(nèi)部的。所以也就導(dǎo)致，在外部修改了count值，是沒辦法在block中也對應(yīng)修改的原因。接下來會詳細(xì)介紹。

__main_block_func_0函數(shù)

int count = __cself->count; // bound by copy
printf("%d\\n", count);

到這里大家應(yīng)該豁然開朗了，這里打印的count值，是通過__cself指針獲取到block中的那個類成員變量count。以上便是這樣一個block的底層代碼分析。

Blocks為什么截取自動變量值

從上面的分析中，我們知道，count變量在block定義的時候，便作為形式參數(shù)，通過__main_block_impl_0構(gòu)造函數(shù)進(jìn)行了值拷貝。

何為值拷貝，何為地址拷貝？

所謂值拷貝，就是重新開辟一塊內(nèi)存將值拷貝存進(jìn)這塊新的內(nèi)存中。它和被拷貝的值所在的地址是不同的。
所謂地址拷貝，就是開辟一個指針的內(nèi)存，將指針的指向賦值為被拷貝的值所在的那塊內(nèi)存。
通過值拷貝，無法通過修改被拷貝的值進(jìn)而修改拷貝的那個值，這也造成了所謂的Blocks截取自動變量值的效果。而通過地址拷貝可以做到，這也是接下來__block將要做的事情。

__block關(guān)鍵字

前面一個例子中，如果我們在Block中進(jìn)行局部變量的修改，那么編譯器就不樂意了。

//block.m
int main() {
    int count = 10;
    void (^blk)(void) = ^{
        count = 11;//編譯錯誤
    };
    blk();
    return 0;
}

產(chǎn)生以下編譯錯誤

error: variable is not assignable (missing __block type specifier)
        count = 11;

顯然，編譯器是拒絕這么做的，并告訴我們 count變量缺少 <__block類型說明符 >(missing __block type specifier)

解決方案

對于這個問題，有兩種解決方案。
- 第一種就是編譯器提示我們的，對count加入__block聲明
- 第二種則是將count聲明為靜態(tài)變量，靜態(tài)全局變量，或者全局變量。

直接看__block聲明之后，編譯器為我們做了些什么。

//block.m
int main() {
   __block int count = 10; 
   void (^blk)(void) = ^{ 
      count = 11;
   };
   blk();
   return 0;
}

clang -rewrite-obj 編譯文件

struct __Block_byref_count_0 {
  void *__isa;
__Block_byref_count_0 *__forwarding;
 int __flags;
 int __size;
 int count;
};

struct __main_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __main_block_desc_0* Desc;
  __Block_byref_count_0 *count; // by ref
  __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, __Block_byref_count_0 *_count, int flags=0) : count(_count->__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_count_0 *count = __cself->count; // bound by ref

        (count->__forwarding->count) = 11;
}
static void __main_block_copy_0(struct __main_block_impl_0*dst, struct __main_block_impl_0*src) {_Block_object_assign((void*)&dst->count, (void*)src->count, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);}

static void __main_block_dispose_0(struct __main_block_impl_0*src) {_Block_object_dispose((void*)src->count, 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() {

    __attribute__((__blocks__(byref))) __Block_byref_count_0 count = {
        (void*)0,
        (__Block_byref_count_0 *)&count, 
        0, 
        sizeof(__Block_byref_count_0), 
        10
    };
    
    void (*blk)(void) = ((void (*)())&__main_block_impl_0(
    (void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, (__Block_byref_count_0 *)&count, 570425344));
    
    ((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)blk)->FuncPtr)((__block_impl *)blk);

    return 0;
}

每次編譯出來是不是都感覺壓力山大，哈哈。慢慢剖析一下通過__block說明符編譯出來的源碼。
先來看看__block變量count是怎么轉(zhuǎn)化過來的。

__attribute__((__blocks__(byref))) __Block_byref_count_0 count = {
        (void*)0,
        (__Block_byref_count_0 *)&count, 
        0, 
        sizeof(__Block_byref_count_0), 
        10
    };

通過前面的介紹，我們可以看到，這個過程又轉(zhuǎn)化成了我們相對比較熟悉的結(jié)構(gòu)體了。__block變量如同Blocks一樣變成了__Block_byref_count_0結(jié)構(gòu)體類型的自動變量，即在棧上生成的__Block_byref_count_0的結(jié)構(gòu)體實例。

__Block_byref_count_0

struct __Block_byref_count_0 {
  void *__isa;
__Block_byref_count_0 *__forwarding;
 int __flags;
 int __size;
 int count;
};

相比起我們一開始編譯出來沒有使用__block說明符聲明的代碼中，多出了我們不太熟悉的一個指針

__forwarding    
//持有指向該實例自身的指針。而我們之所以能在block中修改外部變量的原因就在于此。
//原理就是，通過修改成員變量__forwarding訪問成員變量count。（成員變量count是該實例自身持有的變量，它相當(dāng)于block中的原自動變量）

static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
  __Block_byref_count_0 *count = __cself->count; // bound by ref

        (count->__forwarding->count) = 11;
}
// 通過以上這段代碼，大家就知道了，__block說明符就是通過修改__forwarding指針中的count變量從而達(dá)到修改外部變量的效果，多數(shù)時候我們可以推理出，能夠修改一個地方達(dá)到修改其他地方的這種場景，無異于對同一塊內(nèi)存上的內(nèi)容進(jìn)行了修改，而能夠達(dá)到這種效果的，便是指針的操作。

至于靜態(tài)變量，靜態(tài)全局變量和全局變量也能達(dá)到這個效果的辦法，請大家自己編譯源碼查看下，其實原理也是通過修改指針來達(dá)到這個效果的。而這些變量的值是存在于__main_block_impl_0結(jié)構(gòu)體中的

關(guān)于Blocks的存儲

從上面編譯出來的代碼中，我們前面提到的isa指針，在初始化Block中，impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;所謂結(jié)構(gòu)體類型的自動變量，即棧上生成的該結(jié)構(gòu)體的實例。
以上的Block的類轉(zhuǎn)化為_NSConcreteStackBlock，雖然并沒有出現(xiàn)轉(zhuǎn)化過后對應(yīng)的源代碼,但還有幾個與之類似的類.
- _NSConcreteStackBlock //將該類的對象Block設(shè)置在棧上
- _NSConcreteGlobalBlock //與全局變量一樣，設(shè)置在數(shù)據(jù)區(qū)域(.data區(qū))中
- _NSConcreteMallocBlock //設(shè)置在malloc函數(shù)分配的內(nèi)存塊中(即堆)

分析如何創(chuàng)建對應(yīng)存儲區(qū)的Block

_NSConcreteStackBlock : 通常情況下，在方法內(nèi)部手動聲明定義的Block，均為棧上分配的。
_NSConcreteGlobalBlock : 將Block聲明在函數(shù)外部，作為全局變量的Block則是分配在數(shù)據(jù)區(qū)域。
_NSConcreteMallocBlock :

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先來看main函數(shù)中的調(diào)用聲明和調(diào)用block的代碼，轉(zhuǎn)化成了什么。

__cself參數(shù)

__main_block_func_0函數(shù)

Blocks為什么截取自動變量值

何為值拷貝，何為地址拷貝？

__block關(guān)鍵字

解決方案

__Block_byref_count_0

至于靜態(tài)變量，靜態(tài)全局變量和全局變量也能達(dá)到這個效果的辦法，請大家自己編譯源碼查看下，其實原理也是通過修改指針來達(dá)到這個效果的。而這些變量的值是存在于__main_block_impl_0結(jié)構(gòu)體中的

關(guān)于Blocks的存儲

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這個專題主要介紹Blocks的底層實現(xiàn)，分為以下幾個部分，將通過多篇博文一一闡述。

Blocks的本質(zhì)

先來看main函數(shù)中的調(diào)用聲明和調(diào)用block的代碼，轉(zhuǎn)化成了什么。

__cself參數(shù)

__main_block_func_0函數(shù)

Blocks為什么截取自動變量值

何為值拷貝，何為地址拷貝？

__block關(guān)鍵字

解決方案

__Block_byref_count_0

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