iOS - Block探究系列一

YOGURTS發表於2019-04-24
iOSBloC

一直搞不懂OC的Block和Java的Lambda，特意研究了一下OC的Block。如果有理解不對或者不到位的地方，歡迎指正。 這一篇我們先梳理一下Block從宣告到呼叫的大致流程。

前言

我們在開發中，宣告變數的形式一般如下：

NSInteger number;
UIView *view;
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可是蛋疼的Block宣告形式卻是：

void (^block)(int number);
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為什麼不是這種形式：

void (^)(int number) block;
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帶著疑問，我們往下看。

一、C語言函式指標

首先，我想讓大家看一段程式碼：

int main(int argc, char * argv[]) {
    // funcPtr為指標變數
    int (*funcPtr)(int count);
    // 指標變數指向函式的地址
    funcPtr = &func;
    int count = 10;
    // 呼叫方法
    (*funcPtr)(count);
}

// 函式實現
int func(int count) {
    int result = count++;
    NSLog(@"count = %d，地址:%p", count, &count);
    printf("result = %d\n", result);
    return result;
}
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上面程式碼中的funcPtr並不是函式名，而是一個指標變數，它指向了func函式的地址。

我們再來看一下Block的宣告和實現：

- (void)block {
    // 宣告block
    void (^block)(int count);
    int count = 10;
    // block的實現
    block = ^void (int count) {
        count++;
        NSLog(@"count = %d，地址:%p", count, &count);
    };
    // block的呼叫
    block(count);
    NSLog(@"count = %d，地址:%p", count, &count);
}
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我們可以發現，函式指標的宣告和Block的宣告格式很相似 。僅有兩點不同：

  • Block沒有函式名
  • Block帶有"^"(插入記號)：因為macOS和iOS的APP原始碼中大量使用Block，插入記號便於查詢 那麼我們可以猜測一下，block的底層實現可能是C語言的函式指標？

二、Block宣告的底層實現

block的底層實現可能是C語言的函式指標？我們來驗證一下。 首先我們新建一個macOS的命令列專案，然後在main.m函式中宣告並呼叫一個block，程式碼如下：

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        // 宣告block
        void (^block)(int count);
        int count = 10;
        // block的實現
        block = ^void (int count) {
            count++;
            NSLog(@"count = %d，地址:%p", count, &count);
        };
        // block的呼叫
        block(count);
        NSLog(@"count = %d，地址:%p", count, &count);
    }
    return 0;
}
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在終端中cd到main.m所在的目錄，利用clang(LLVM編譯器)，把OC程式碼轉換成C/C++程式碼：

clang -rewrite-objc main.m
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在main.m所在的資料夾會建立出main.cpp檔案，在檔案的最下面，找到了我們需要的程式碼：

// __block_imp結構體
struct __block_impl {
  void *isa;
  int Flags;
  int Reserved;
  void *FuncPtr;
};

// __main_block_desc_0結構體
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)};

// __main_block_impl_0結構體
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;
  }
};

// __main_block_func_0函式
static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself, int count) {

            count++;
            NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_0r_hkkmpct143n4wd3xxk0l1j8c0000gn_T_main_3c0991_mi_0, count, &count);
}

int main(int argc, const char * argv[]) {
    /* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool; 

        void (*block)(int count);
        int count = 10;
        
        // block的實現
        block = ((void (*)(int))&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA));
        
        // block的呼叫
        ((void (*)(__block_impl *, int))((__block_impl *)block)->FuncPtr)((__block_impl *)block, count);
        
        // 列印count
        NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_0r_hkkmpct143n4wd3xxk0l1j8c0000gn_T_main_3c0991_mi_1, count, &count);
    }
    return 0;
}
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接下來，我們會分析上面程式碼中的各個結構體。

2.1 __block_impl結構體
// __block_imp結構體
struct __block_impl {
  void *isa;
  int Flags;
  int Reserved;
  void *FuncPtr;
};
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__block_imp可以理解為block類物件的結構體。下面我會介紹一下該結構體中每一個成員。 isa指標表示block是由_NSConcreteStackBlock、_NSConcreteGlobalBlock或者_NSConcreteMallocBlock例項化的。所以，block物件有以上三種基類。關於這三種基類，之後的文章我會詳細說明，敬請期待。 Flags識別符號，預設為0。Reserved為保留欄位。FuncPtr指標變數，它是一個函式指標，指向實現block閉包內自定義的程式碼__main_block_func_0 函式。

2.2 __main_block_desc_0結構體
// __main_block_desc_0結構體
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)};
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reserved為保留欄位，目前用不到，以後可能會用上。Block_size表示該結構體佔據了多少空間。

2.3 __main_block_impl_0結構體
// __main_block_impl_0結構體
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;
  }
};
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__main_block_impl_0結構體有兩個成員，分別是__block_impl結構體和__main_block_desc_0結構體的指標。 我們來看下__main_block_impl_0結構體的建立函式：

__main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, int flags=0)
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我們可以看到需要傳fp指標和desc結構體，fp是一個函式指標，用來賦值給impl成員的FuncPtr變數。fp指向的是__main_block_func_0 函式。

2.4 __main_block_func_0函式
// __main_block_func_0函式
static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself, int count) {

            count++;
            NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_0r_hkkmpct143n4wd3xxk0l1j8c0000gn_T_main_3c0991_mi_0, count, &count);
}
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__main_block_func_0函式是使用者寫在block閉包內部的程式碼。

上面幾部分是block的宣告和實現轉換成c/c++語言。 下面我們看一下main()函式裡面block的呼叫。

三、Block呼叫的底層

int main(int argc, const char * argv[]) {
    /* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool; 

        void (*block)(int count);
        int count = 10;
        
        // block的賦值
        block = ((void (*)(int))&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA));
        
        // block的呼叫
        ((void (*)(__block_impl *, int))((__block_impl *)block)->FuncPtr)((__block_impl *)block, count);
        
        // 列印count
        NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_0r_hkkmpct143n4wd3xxk0l1j8c0000gn_T_main_3c0991_mi_1, count, &count);
    }
    return 0;
}
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接下來我們著重看一下上面main()函式。

3.1 Block的賦值
// block的賦值
block = ((void (*)(int))&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA));
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((void (*)(int))&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA));這句程式碼就是__main_block_impl_0結構體的建立，傳入__main_block_func_0和__main_block_desc_0_DATA兩個引數。然後使用取地址符&獲取結構體的地址，並且進行強轉((void (*)(int))，強轉為宣告block的資料型別void (^block)(int count);。這裡就是函式指標的應用。

3.2 Block的呼叫
// block的呼叫
((void (*)(__block_impl *, int))((__block_impl *)block)->FuncPtr)((__block_impl *)block, count);
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需要注意的是上面程式碼中的block是個指標變數，這句程式碼其實就是呼叫了__block_impl *型別的block的FuncPtr函式__main_block_func_0，__main_block_func_0函式需要傳入__block_impl *型別的block和void (^block)(int count);中的count。

以上就是block在main()函式中的呼叫。

四、梳理流程

接下來我們把block從宣告到呼叫的流程梳理一下。 總結一下，block，其實就是C語言的函式指標，只不過多了一些結構體用來表示OC物件。 整體的流程為：

  • step1: 宣告函式指標void (*block)(int count);
  • step2: 建立__main_block_impl_0結構體，其實FuncPtr指向__main_block_func_0函式，step1中的block指標變數指向__main_block_impl_0的地址
  • step3: 呼叫block(即__main_block_impl_0)中的FuncPtr(即__main_block_func_0)函式。

以上三步對比第一章中C語言的函式指標：

// funcPtr為指標變數
int (*funcPtr)(int count);
// 指標變數指向函式的地址
funcPtr = &func;
int count = 10;
// 呼叫方法
(*funcPtr)(count);
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這樣block從宣告到呼叫的流程就清晰了。所以block表面上是匿名函式，實際上在底層還是宣告瞭函式__main_block_func_0，是有函式名。

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