iOS开发:block的探究

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一个函数里定义了个block,这个block可以访问该函数的内部变量。本文就来介绍一下iOS开发中的

​[0. Brief introduction of block]

Block是iOS4.0+ 和Mac OS X 10.6+ 引进的对C语言的扩展,用来实现匿名函数的特性。

用维基百科的话来说,Block是Apple Inc.为C、C++以及Objective-C添加的特性,使得这些语言可以用类lambda表达式的语法来创建闭包。

用Apple文档的话来说,A block is an anonymous inline collection of code, and sometimes also called a "closure".

关于闭包,我觉得阮一峰的一句话解释简洁明了:闭包就是能够读取其它函数内部变量的函数。

这个解释用到block来也很恰当:一个函数里定义了个block,这个block可以访问该函数的内部变量。

一个简单的Block示例如下:

  1. int (^maxBlock)(intint) = ^(int x, int y) { return x > y ? x : y; }; 

如果用Python的lambda表达式来写,可以写成如下形式:

  1. f = lambda x, y : x if x > y else y 

不过由于Python自身的语言特性,在def定义的函数体中,可以很自然地再用def语句定义内嵌函数,因为这些函数本质上都是对象。

如果用BNF来表示block的上下文无关文法,大致如下:

  1. block_expression  ::=  ^  block_declare  block_statement 
  2. block_declare  ::=  block_return_type  block_argument_list 
  3. block_return_type ::=  return_type  |  空 
  4. block_argument_list  ::=  argument_list  |  空

 


[1. Why block]

Block 除了能够定义参数列表、返回类型外,还能够获取被定义时的词法范围内的状态(比如局部变量),并且在一定条件下(比如使用__block变量)能够修改这 些状态。此外,这些可修改的状态在相同词法范围内的多个block之间是共享的,即便出了该词法范围(比如栈展开,出了作用域),仍可以继续共享或者修改 这些状态。

通常来说,block都是一些简短代码片段的封装,适用作工作单元,通常用来做并发任务、遍历、以及回调。

比如我们可以在遍历NSArray时做一些事情:

  1. - (void)enumerateObjectsUsingBlock:(void (^)(id obj, NSUInteger idx, BOOL *stop))block; 

其中将stop设为YES,就跳出循环,不继续遍历了。

而在很多框架中,block越来越经常被用作回调函数,取代传统的回调方式。

用block作为回调函数,可以使得程序员在写代码更顺畅,不用中途跑到另一个地方写一个回调函数,有时还要考虑这个回调函数放在哪里比较合适。采用block,可以在调用函数时直接写后续处理代码,将其作为参数传递过去,供其任务执行结束时回调。

另一个好处,就是采用block作为回调,可以直接访问局部变量。比如我要在一批用户中修改一个用户的name,修改完成后通过回调更新对应用户的单元格 UI。这时候我需要知道对应用户单元格的index,如果采用传统回调方式,要嘛需要将index带过去,回调时再回传过来;要嘛通过外部作用域记录当前 操作单元格的index(这限制了一次只能修改一个用户的name);要嘛遍历找到对应用户。而使用block,则可以直接访问单元格的index。

这份文档中提到block的几种适用场合:

任务完成时回调
处理消息监听回调处理
错误回调处理
枚举回调
视图动画、变换
排序


[2. About __block_impl]

Clang提供了中间代码展示的选项供我们进一步了解block的原理。

以一段很简单的代码为例:

使用-rewrite-objc选项编译:

得到一份block0.cpp文件,在这份文件中可以看到如下代码片段:

从命名可以看出这是block的实现,并且得知block在Clang编译器前端得到实现,可以生成C中间代码。很多语言都可以只实现编译器前端,生成C中间代码,然后利用现有的很多C编译器后端。

从结构体的成员可以看出,Flags、Reserved可以先略过,isa指针表明了block可以是一个NSObject,而FuncPtr指针显然是block对应的函数指针。

由此,揭开了block的神秘面纱。

不过,block相关的变量放哪里呢?上面提到block可以capture词法范围内(或者说是外层上下文、作用域)的状态,即便是出了该范围,仍然可以修改这些状态。这是如何做到的呢?


[3. Implementation of a simple block]

先看一个只输出一句话的block是怎么样的。

生成中间代码,得到片段如下:

首先出现的结构体就是__main_block_impl_0,可以看出是根据所在函数(main函数)以及出现序列(第0个)进行命名的。如果是全局 block,就根据变量名和出现序列进行命名。__main_block_impl_0中包含了两个成员变量和一个构造函数,成员变量分别是 __block_impl结构体和描述信息Desc,之后在构造函数中初始化block的类型信息和函数指针等信息。

接着出现的是__main_block_func_0函数,即block对应的函数体。该函数接受一个__cself参数,即对应的block自身。

再下面是__main_block_desc_0结构体,其中比较有价值的信息是block大小。

***就是main函数中对block的创建和调用,可以看出执行block就是调用一个以block自身作为参数的函数,这个函数对应着block的执行体。

这里,block的类型用_NSConcreteStackBlock来表示,表明这个block位于栈中。同样地,还有_NSConcreteMallocBlock和_NSConcreteGlobalBlock。

由 于block也是NSObject,我们可以对其进行retain操作。不过在将block作为回调函数传递给底层框架时,底层框架需要对其copy一 份。比方说,如果将回调block作为属性,不能用retain,而要用copy。我们通常会将block写在栈中,而需要回调时,往往回调block已 经不在栈中了,使用copy属性可以将block放到堆中。或者使用Block_copy()和Block_release()。

别走开,下页为您精彩继续

#p#


[4. Capture local variable]

再看一个访问局部变量的block是怎样的。

生成中间代码,得到片段如下:

可以看出这次的block结构体__main_block_impl_0多了个成员变量i,用来存储使用到的局部变量i(值为1024);并且此时可以看到__cself参数的作用,类似C++中的this和Objective-C的self。

如果我们尝试修改局部变量i,则会得到如下错误:

错误信息很详细,既告诉我们变量不可赋值,也提醒我们要使用__block类型标识符。

为什么不能给变量i赋值呢?

因为main函数中的局部变量i和函数__main_block_func_0不在同一个作用域中,调用过程中只是进行了值传递。当然,在上面代码中,我们 可以通过指针来实现局部变量的修改。不过这是由于在调用__main_block_func_0时,main函数栈还没展开完成,变量i还在栈中。但是在 很多情况下,block是作为参数传递以供后续回调执行的。通常在这些情况下,block被执行时,定义时所在的函数栈已经被展开,局部变量已经不在栈中 了(block此时在哪里?),再用指针访问就……。

所以,对于auto类型的局部变量,不允许block进行修改是合理的。


[5. Modify static local variable]

于是我们也可以推断出,静态局部变量是如何在block执行体中被修改的——通过指针。

因为静态局部变量存在于数据段中,不存在栈展开后非法访存的风险。

上面中间代码片段与前一个片段的差别主要在于main函数里传递的是i的地址(&i),以及__main_block_impl_0结构体中成员i变成指针类型(int *)。

然后在执行block时,通过指针修改值。

当然,全局变量、静态全局变量都可以在block执行体内被修改。更准确地讲,block可以修改它被调用(这里是__main_block_func_0)时所处作用域内的变量。比如一个block作为成员变量时,它也可以访问同一个对象里的其它成员变量。


[6. Implementation of __block variable]

那么,__block类型变量是如何支持修改的呢?

 

我们为int类型变量加上__block指示符,使得变量i可以在block函数体中被修改。

此时再看中间代码,会多出很多信息。首先是__block变量对应的结构体:

由***个成员__isa指针也可以知道__Block_byref_i_0也可以是NSObject。

第二个成员__forwarding指向自己,为什么要指向自己?指向自己是没有意义的,只能说有时候需要指向另一个__Block_byref_i_0结构。

***一个成员是目标存储变量i。

此时,__main_block_impl_0结构如下:

__main_block_impl_0的成员变量i变成了__Block_byref_i_0 *类型。

对应的函数__main_block_func_0如下:

亮点是__Block_byref_i_0指针类型变量i,通过其成员变量__forwarding指针来操作另一个成员变量。 :-)

而main函数如下:

通过这样看起来有点复杂的改变,我们可以修改变量i的值。但是问题同样存在:__Block_byref_i_0类型变量i仍然处于栈上,当block被回调执行时,变量i所在的栈已经被展开,怎么办?

在这种关键时刻,__main_block_desc_0站出来了:

此时,__main_block_desc_0多了两个成员函数:copy和dispose,分别指向__main_block_copy_0和__main_block_dispose_0。

当block从栈上被copy到堆上时,会调用__main_block_copy_0将__block类型的成员变量i从栈上复制到堆上;而当block被释放时,相应地会调用__main_block_dispose_0来释放__block类型的成员变量i。

一会在栈上,一会在堆上,那如果栈上和堆上同时对该变量进行操作,怎么办?

这时候,__forwarding的作用就体现出来了:当一个__block变量从栈上被复制到堆上时,栈上的那个__Block_byref_i_0结构体中的__forwarding指针也会指向堆上的结构。


本来还想继续写下去,结果发现文章有点长了。先到此。

责任编辑:闫佳明 来源: cocoachina
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