iOS - Block探究系列一

一直搞不懂OC的Block和 Java 的Lambda，特意研究了一下OC的Block。如果有理解不对或者不到位的地方，欢迎指正。 这一篇我们先梳理一下Block从声明到调用的大致流程。

前言

我们在开发中，声明变量的形式一般如下：

NSInteger number;
UIView *view;
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可是蛋疼的Block声明形式却是：

void (^block)(int number);
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为什么不是这种形式：

void (^)(int number) block;
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带着疑问，我们往下看。

一、 C语言 函数指针

首先，我想让大家看一段代码：

int main(int argc, char * argv[]) {
    // funcPtr为指针变量
    int (*funcPtr)(int count);
    // 指针变量指向函数的地址
    funcPtr = &func;
    int count = 10;
    // 调用方法
    (*funcPtr)(count);
}

// 函数实现
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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上面代码中的funcPtr并不是函数名，而是一个指针变量，它指向了func函数的地址。

我们再来看一下Block的声明和实现：

- (void)block {
    // 声明block
    void (^block)(int count);
    int count = 10;
    // block的实现
    block = ^void (int count) {
        count++;
        NSLog(@"count = %d，地址:%p", count, &count);
    };
    // block的调用
    block(count);
    NSLog(@"count = %d，地址:%p", count, &count);
}
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我们可以发现，函数指针的声明和Block的声明格式很相似 。仅有两点不同：

• Block没有函数名
• Block带有"^"(插入记号)：因为macOS和iOS的APP源代码中大量使用Block，插入记号便于查找 那么我们可以猜测一下，block的底层实现可能是C语言的函数指针？

二、Block声明的底层实现

block的底层实现可能是C语言的函数指针？我们来验证一下。 首先我们新建一个macOS的命令行项目，然后在main.m函数中声明并调用一个block，代码如下：

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        // 声明block
        void (^block)(int count);
        int count = 10;
        // block的实现
        block = ^void (int count) {
            count++;
            NSLog(@"count = %d，地址:%p", count, &count);
        };
        // block的调用
        block(count);
        NSLog(@"count = %d，地址:%p", count, &count);
    }
    return 0;
}
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在终端中cd到main.m所在的目录，利用clang(LLVM编译器)，把OC代码转换成C/C++代码：

clang -rewrite-objc main.m
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在main.m所在的文件夹会创建出main.cpp文件，在文件的最下面，找到了我们需要的代码：

// __block_imp结构体
struct __block_impl {
  void *isa;
  int Flags;
  int Reserved;
  void *FuncPtr;
};

// __main_block_desc_0结构体
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结构体
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函数
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的实现
        block = ((void (*)(int))&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA));
        
        // block的调用
        ((void (*)(__block_impl *, int))((__block_impl *)block)->FuncPtr)((__block_impl *)block, count);
        
        // 打印count
        NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_0r_hkkmpct143n4wd3xxk0l1j8c0000gn_T_main_3c0991_mi_1, count, &count);
    }
    return 0;
}
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接下来，我们会分析上面代码中的各个结构体。

2.1 __block_impl结构体

// __block_imp结构体
struct __block_impl {
  void *isa;
  int Flags;
  int Reserved;
  void *FuncPtr;
};
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__block_imp可以理解为block类对象的结构体。下面我会介绍一下该结构体中每一个成员。 isa 指针表示block是由 _NSConcreteStackBlock 、 _NSConcreteGlobalBlock 或者 _NSConcreteMallocBlock 实例化的。所以，block对象有以上三种基类。关于这三种基类，之后的文章我会详细说明，敬请期待。 Flags标识符，默认为0。Reserved为保留字段。FuncPtr指针变量，它是一个函数指针，指向实现block闭包内自定义的代码 __main_block_func_0 函数 。

2.2 __main_block_desc_0结构体

// __main_block_desc_0结构体
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为保留字段，目前用不到，以后可能会用上。Block_size表示该结构体占据了多少空间。

2.3 __main_block_impl_0结构体

// __main_block_impl_0结构体
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 结构体有两个成员，分别是 __block_impl 结构体和 __main_block_desc_0 结构体的指针。 我们来看下 __main_block_impl_0 结构体的创建函数：

__main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, int flags=0)
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我们可以看到需要传fp指针和desc结构体，fp是一个函数指针，用来赋值给impl成员的FuncPtr变量。fp指向的是 __main_block_func_0 函数 。

2.4 __main_block_func_0函数

// __main_block_func_0函数
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函数是用户写在block闭包内部的代码。

上面几部分是block的声明和实现转换成c/c++语言。 下面我们看一下main()函数里面block的调用。

三、Block调用的底层

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

        void (*block)(int count);
        int count = 10;
        
        // block的赋值
        block = ((void (*)(int))&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA));
        
        // block的调用
        ((void (*)(__block_impl *, int))((__block_impl *)block)->FuncPtr)((__block_impl *)block, count);
        
        // 打印count
        NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_0r_hkkmpct143n4wd3xxk0l1j8c0000gn_T_main_3c0991_mi_1, count, &count);
    }
    return 0;
}
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接下来我们着重看一下上面main()函数。

3.1 Block的赋值

// block的赋值
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)); 这句代码就是 __main_block_impl_0 结构体的创建，传入 __main_block_func_0 和 __main_block_desc_0_DATA 两个参数。然后使用取地址符 & 获取结构体的地址，并且进行强转 ((void (*)(int)) ，强转为声明block的数据类型 void (^block)(int count); 。这里就是函数指针的应用。

3.2 Block的调用

// block的调用
((void (*)(__block_impl *, int))((__block_impl *)block)->FuncPtr)((__block_impl *)block, count);
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需要注意的是上面代码中的 block 是个指针变量，这句代码其实就是调用了 __block_impl * 类型的 block 的FuncPtr函数 __main_block_func_0 ， __main_block_func_0 函数需要传入 __block_impl * 类型的block和 void (^block)(int count); 中的 count 。

以上就是block在main()函数中的调用。

四、梳理流程

接下来我们把block从声明到调用的流程梳理一下。 总结一下，block，其实就是C语言的函数指针，只不过多了一些结构体用来表示OC对象。 整体的流程为： step1: 声明函数指针 void (*block)(int count); step2: 创建 __main_block_impl_0 结构体，其实FuncPtr指向 __main_block_func_0 函数，step1中的block指针变量指向 __main_block_impl_0 的地址 step3: 调用block(__main_block_impl_0)中的FuncPtr(__main_block_func_0)函数。

以上三步对比第一章中C语言的函数指针：

// funcPtr为指针变量
int (*funcPtr)(int count);
// 指针变量指向函数的地址
funcPtr = &func;
int count = 10;
// 调用方法
(*funcPtr)(count);
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这样block从声明到调用的流程就清晰了。所以block表面上是匿名函数，实际上在底层还是声明了函数 __main_block_func_0 ，是有函数名。