iOS Block的本質（一）

1.對block有一個基本的認識

• block本質上也是一個oc對象，他內部也有一個isa指針。block是封裝了函數調用以及函數調用環境的OC對象。

2.探尋block的本質

• 首先寫一個簡單的block

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        int age = 10;
        void (^block)(int, int) =  ^(int a , int b){
            NSLog(@"this is a block! -- %d", age);
            NSLog(@"this is a block!");
            NSLog(@"this is a block!");
            NSLog(@"this is a block!");
        };

        block(10, 10);
    }
    return 0;
}

3.查看其內部結構

1. 使用命令行將代碼轉化為c++與OC代碼進行比較
   xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m命令代碼

   // 編譯后代碼
     int main(int argc, const char * argv[]) {
       /* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool; 
   
           int age = 10;
           void (*block)(int, int) = ((void (*)(int, int))&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, age));
   
           ((void (*)(__block_impl *, int, int))((__block_impl *)block)->FuncPtr)((__block_impl *)block, 10, 10);
       }
       return 0;
   }
   

2. 從以上c++代碼中block的聲明和定義分別與oc代碼中相對應顯示。將c++中block的聲明和調用分別取出來查看其內部實現。

3. 定義block變量代碼

       // 定義block變量代碼
       void(*block)(int ,int) = ((void (*)(int, int))&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, age));
       // 可以簡化為下列
       // void (*block)(int, int) = &__main_block_impl_0(__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, age);
   

4. 上述定義代碼中，可以發現，block定義中調用了__main_block_impl_0函數，並且將__main_block_impl_0函數的地址賦值給了block。那么我們來看一下__main_block_impl_0函數內部結構。

5. __main_block_imp_0結構體

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

6. __main_block_imp_0結構體內有一個同名構造函數__main_block_imp_0，構造函數中對一些變量進行了賦值最終會返回一個結構體。

   • 那么也就是說最終將一個__main_block_imp_0結構體的地址賦值給了block變量
   • __main_block_impl_0結構體內可以發現__main_block_impl_0構造函數中傳入了四個參數。(void *)__main_block_func_0、&__main_block_desc_0_DATA、age、flags。其中flage有默認值，也就說flage參數在調用的時候可以省略不傳。而最后的 age(_age)則表示傳入的_age參數會自動賦值給age成員，相當於age = _age。
   • 接下來着重看一下前面三個參數分別代表什么。

   1. (void *)__main_block_func_0參數

       ```C++
       static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself, int a, int b) {
           int age = __cself->age; // bound by copy
               NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_2r__m13fp2x2n9dvlr8d68yry500000gn_T_main_3f4c4a_mi_0, age);
               NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_2r__m13fp2x2n9dvlr8d68yry500000gn_T_main_3f4c4a_mi_1);
               NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_2r__m13fp2x2n9dvlr8d68yry500000gn_T_main_3f4c4a_mi_2);
               NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_2r__m13fp2x2n9dvlr8d68yry500000gn_T_main_3f4c4a_mi_3);
           }
       ```
      

      • 在__main_block_func_0函數中首先取出block中age的值，緊接着可以看到四個熟悉的NSLog，可以發現這段代碼恰恰是我們在block塊中寫下的代碼。
      • 那么__main_block_func_0函數中其實存儲着我們block中寫下的代碼。而__main_block_impl_0函數中傳入的是(void *)__main_block_func_0，也就說將我們寫在block塊中的代碼封裝成__main_block_func_0函數，並將__main_block_func_0函數的地址傳入了__main_block_impl_0的構造函數中保存在結構體內。

   2. &__main_block_desc_0_DATA參數

              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)};
          ```
      
      - 我們可以看到\_\_main\_block\_desc\_0中存儲着兩個參數，reserved和Block\_size，並且reserved賦值為0而Block\_size則存儲着\_\_main\_block\_impl\_0的占用空間大小。最終將\_\_main\_block\_desc\_0結構體的地址傳入\_\_main\_block\_func\_0中賦值給Desc。
      

   3. age參數

      • age也就是我們定義的局部變量。因為在block塊中使用到age局部變量，所以在block聲明的時候這里才會將age作為參數傳入，也就說block會捕獲age，如果沒有在block中使用age，這里將只會傳入(void *)__main_block_func_0，&__main_block_desc_0_DATA兩個參數。
        這里可以根據源碼思考一下為什么當我們在定義block之后修改局部變量age的值，在block調用的時候無法生效。
      • 因為block在定義的之后已經將age的值傳入存儲在__main_block_imp_0結構體中並在調用的時候將age從block中取出來使用，因此在block定義之后對局部變量進行改變是無法被block捕獲的。

7. 此時回過頭來查看__main_block_impl_0結構體

       struct __main_block_impl_0 {
         struct __block_impl impl;
         struct __main_block_desc_0* Desc;
         int age;
         __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, int _age, int flags=0) : age(_age) {
           impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
           impl.Flags = flags;
           impl.FuncPtr = fp;// block 內部代碼塊地址
           Desc = desc;// 存儲block 對象占用的內存大小
         }
       };
   

8. 首先我們看一下__block_impl第一個變量就是__block_impl結構體。

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

9. 我們可以發現__block_impl結構體內部就有一個isa指針。因此可以證明block本質上就是一個oc對象。而在構造函數中將函數中傳入的值分別存儲在__main_block_impl_0結構體實例中，最終將結構體的地址賦值給block。

10. 接着通過上面對__main_block_impl_0結構體構造函數三個參數的分析我們可以得出結論：

    1. __block_impl結構體中isa指針存儲着&_NSConcreteStackBlock地址，可以暫時理解為其類對象地址，block就是_NSConcreteStackBlock類型的。
    2. block代碼塊中的代碼被封裝成__main_block_func_0函數，FuncPtr則存儲着__main_block_func_0函數的地址。
    3. Desc指向__main_block_desc_0結構體對象，其中存儲__main_block_impl_0結構體所占用的內存。

11. 調用block執行內部代碼

        ((void (*)(__block_impl *, int, int))((__block_impl *)block)->FuncPtr)((__block_impl *)block, 10, 10);
    

12. 通過上述代碼可以發現調用block是通過block找到FunPtr直接調用，通過上面分析我們知道block指向的是__main_block_impl_0類型結構體，但是我們發現__main_block_impl_0結構體中並不直接就可以找到FunPtr，而FunPtr是存儲在__block_impl中的，為什么block可以直接調用__block_impl中的FunPtr呢？

13. 重新查看上述源代碼可以發現，(__block_impl *)block將block強制轉化為__block_impl類型的，因為__block_impl是__main_block_impl_0結構體的第一個成員，相當於將__block_impl結構體的成員直接拿出來放在__main_block_impl_0中，那么也就說明__block_impl的內存地址就是__main_block_impl_0結構體的內存地址開頭。所以可以轉化成功。並找到FunPtr成員。

14. 上面我們知道，FunPtr中存儲着通過代碼塊封裝的函數地址，那么調用此函數，也就是會執行代碼塊中的代碼。並且回頭查看__main_block_func_0函數，可以發現第一個參數就是__main_block_impl_0類型的指針。也就是說將block傳入__main_block_func_0函數中，便於重中取出block捕獲的值。

3.驗證block的本質

• 驗證block的本質是__main_block_impl_0結構體類型。

1. 通過代碼證明一下上述內容：

   #import <Foundation/Foundation.h>
   
   struct __main_block_desc_0 {
       size_t reserved;
       size_t Block_size;
   };
   
   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 age;
   };
   
   int main(int argc, const char * argv[]) {
       @autoreleasepool {
           int age = 10;
           void (^block)(int, int) =  ^(int a , int b){
               NSLog(@"this is a block! -- %d", age);
               NSLog(@"this is a block!");
               NSLog(@"this is a block!");
               NSLog(@"this is a block!");
           };
           // 將底層的結構體強制轉化為我們自己寫的結構體，通過我們自定義的結構體探尋block底層結構體
           struct __main_block_impl_0 *blockStruct = (__bridge struct __main_block_impl_0 *)block;
           block(10, 10);
       }
       return 0;
   }
   

2. 通過打斷點可以看出我們自定義的結構體可以被賦值成功，以及里面的值。
   

3. 接下來斷點來到block代碼塊中，看一下堆棧信息中的函數調用地址。Debuf workflow -> always show Disassembly
   

4. 通過上圖可以看到地址確實和FuncPtr中的代碼塊地址一樣。

總結

• block的原理是怎樣的？本質是什么？
  • block本質上也是一個OC對象，它內部也有個isa指針
  • block是封裝了函數調用以及函數調用環境的OC對象
  • block的底層結構如下圖所示
    

引用