block介绍（三）揭开神秘面纱（上）

上一篇我们总结了各个情况下，block及其引用到的内存位置情况。

接下来几篇，我们将剖析编译器转码以及运行时库源码来一探block的究竟。

 

block到底是什么

我们使用clang的rewrite-objc命令来获取转码后的代码。

 

1、block的底层实现

我们来看看最简单的一个block：

图一

 这个block仅仅打印栈变量i和j的值，其被clang转码为：

图二

首先是一个结构体__main_block_impl_0（从图二中的最后一行可以看到，block是一个指向__main_block_impl_0的指针，初始化后被类型强转为函数指针），其中包含的__block_impl是一个公共实现（学过c语言的同学都知道，__main_block_impl_0的这种写法表示其可以被类型强转为__block_impl类型）：

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

 isa指针说明block可以成为一个objc 对象。

__main_block_impl_0的意思是main函数中的第0个block的implementation，这就是这个block的主体了。

 这个结构体的构造函数的参数：

1. block实际执行代码所在的函数的指针，当block真正被执行时，实际上是调用了这个函数，其命名也是类似的方式。
2. block的描述结构体，注意这个结构体声明结束时就创建了一个唯一的desc，这个desc包含了block的大小，以及复制和析构block时需要额外调用的函数。
3. 接下来是block所引用到的变量们
4. 最后是一个标记值，内部实现需要用到的。（我用计算器看了一下，570425344这个值等于1<<29，即BLOCK_HAS_DESCRIPTOR这个枚举值）

所以，我们可以看到：

1. 为什么上一篇我们说j已经不是原来的j了，因为j是作为参数传入了block的构造函数，进行了值复制。
2. 带有__block标记的变量会被取地址来传入构造函数，为修改其值奠定了基础

 

接下来是block执行函数__main_block_func_0:

其唯一的参数是__main_block_impl_0的指针，我们看到printf语句的数据来源都取自__cself这个指针，比较有意思的是i的取值方式（带有__block标记的变量i被转码为一个结构体），先取__forward指针，再取i，这为将i复制到堆中奠定了基础。

再下来是预定义好的两个复制/释放辅助函数，其作用后面会讲到。 

最后是block的描述信息结构体 __main_block_desc_0，其包含block的内存占用长度，已经复制/释放辅助函数的指针，其声明结束时，就创建了一个名为__main_block_desc_0_DATA的结构体，我们看它构造时传入的值，这个DATA结构体的作用就一目了然了：

长度用sizeof计算，辅助函数的指针分别为上面预定义的两个辅助函数。

注意，如果这个block没有使用到需要在block复制时进行copy/retian的变量，那么desc中不会有辅助函数

 

至此，一个block所有的部件我们都看齐全了，一个主体，一个真正的执行代码函数，一个描述信息(可能包含两个辅助函数)。

 

2、构造一个block

我们进入main函数：

图一中的第三行（block的声明），在图二中，转化为一个函数指针的声明，并且都没有被赋予初始值。

而图一中的最后一行（创建一个block），在图二中，成为了对__main_block_impl_0的构造函数的调用，传入的参数的意义上面我们已经讲过了。

所以构造一个block就是创建了__main_block_impl_0 这个c++类的实例。

 

3、调用一个block

调用一个block的写法很简单，与调用c语言函数的语法一样：

blk();

其转码后的语句：

((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)blk)->FuncPtr)((__block_impl *)blk);

将blk这个函数指针类型强转为__block_impl类型，然后取其执行函数指针，然后将此指针类型强转为返回void*并接收一个__block_impl*的函数指针，最后调用这个函数，传入强转为__block_impl*类型的blk，

即调用了前述的函数__main_block_func_0

 

4、objective-c类成员函数中的block

源码如下：

- (void)of1
{
    OBJ1* oj = self;
    void (^oblk)(void) = ^{ printf("%d\n", oj.oi);};
    Block_copy(oblk);
}

这里我故意将self赋值给oj这个变量，是为了验证前一章提出的一个结论：无法通过简单的间接引用self来防止retain循环，要避免循环，我们需要__block标记（多谢楼下网友的提醒）

转码如下：

struct __OBJ1__of1_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;
  struct __OBJ1__of1_block_desc_0* Desc;
  OBJ1 *oj;
  __OBJ1__of1_block_impl_0(void *fp, struct __OBJ1__of1_block_desc_0 *desc, OBJ1 *_oj, int flags=0) : oj(_oj) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};
static void __OBJ1__of1_block_func_0(struct __OBJ1__of1_block_impl_0 *__cself) {
  OBJ1 *oj = __cself->oj; // bound by copy
 printf("%d\n", ((int (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)oj, sel_registerName("oi")));}

objc方法中的block与c中的block并无太多差别，只是一些标记值可能不同，为了标记其是objc方法中的blcok。

注意其构造函数的参数:OBJ1 *_oj

这个_oj在block复制到heap时，会被retain，而_oj与self根本就是相等的，所以，最终retain的就是self，所以如果当前实例持有了这个block，retain循环就形成了。

而一旦为其增加了__block标记：

- (void)of1
{
    __block OBJ1 *bSelf = self;
    ^{ printf("%d", bSelf.oi); };
}

其转码则变为：

//增加了如下行
struct __Block_byref_bSelf_0 {
  void *__isa;
__Block_byref_bSelf_0 *__forwarding;
 int __flags;
 int __size;
 void (*__Block_byref_id_object_copy)(void*, void*);
 void (*__Block_byref_id_object_dispose)(void*);
 OBJ1 *bSelf;
};
static void __Block_byref_id_object_copy_131(void *dst, void *src) {
 _Block_object_assign((char*)dst + 40, *(void * *) ((char*)src + 40), 131);
}
static void __Block_byref_id_object_dispose_131(void *src) {
 _Block_object_dispose(*(void * *) ((char*)src + 40), 131);
}

//声明处变为

    __block __Block_byref_bSelf_0 bSelf = {(void*)0,(__Block_byref_bSelf_0 *)&bSelf, 33554432, sizeof(__Block_byref_bSelf_0), __Block_byref_id_object_copy_131, __Block_byref_id_object_dispose_131, self};

clang为我们的bSelf结构体创建了自己的copy/dispose辅助函数，33554432（即1<<25 BLOCK_HAS_COPY_DISPOSE）这个值告诉系统，我们的bSelf结构体具有copy/dispose辅助函数。

而131这个参数（二进制1000 0011，即BLOCK_FIELD_IS_OBJECT (3) |BLOCK_BYREF_CALLER（128））

中的BLOCK_BYREF_CALLER在内部实现中告诉系统不要进行retain或者copy，

也就是说，在 __block bSelf 被复制至heap上时，系统会发现有辅助函数，而辅助函数调用后，并不retain或者copy 其结构体内的bSelf。

这样就避免了循环retain。

 

小结：

当我们创建一个block，并调用之，编译器为我们做的事情如下：

1.创建block所有的部件代码：一个主体，一个真正的执行代码函数，一个描述信息（可能包含两个辅助函数）。

2.将我们的创建代码转码为block_impl的构造语句。

3.将我们的执行语句转码为对block的执行函数的调用。

 

下一篇我们将剖析runtime.c的源码，并理解block的堆栈转换。