花几分钟时间看下面三个小题目，写下你的答案。

这个三个小题目，我在整理此片博文之前给了三位朋友去解答，最后的结果，除了一位朋友 3 题全部正确，其他两个朋友均只答中 1 题。

说明还是有很多 iOS 的朋友对于 Block 并没有透彻理解。本篇博文会对 Block 进行详细的解说。

1 Block 使用的简单规则

先了解简单规则，再去分析原理和实现：

Block 中，Block 表达式截获所使用的自动变量的值，即保存该自动变量的瞬间值。

修饰为 __block 的变量，在捕获时，获取的不再是瞬间值。

至于 Why，后面将会继续说。

2 Block 的实现

Block 是带有自动变量(局部变量)的匿名函数。

Block 表达式很简单，总体可以描述为：『^ 返回值类型 参数列表 表达式』。

但是 Block 并不是 Objective-C 中才有的语法，这是怎么一回事?

clang 编译器提供给程序员了解 Objective-C 背后机制的方法，通过 clang 的转换可以看到 Block 的实现原理。

通过 clang -rewrite-objc yourfile.m clang 将会把 Objective-C 的代码转换成 C 语言的代码。

2.1 Block 基本实现剖析

用 Xcode 创建 Command Line 项目，写如下代码：

1. int main(int argc, const char * argv[]) { 
2.  
3. void (^blk)(void) = ^{NSLog(@"Block")}; 
4.  
5. blk(); 
6.  
7. return 0; 
8.  
9. }  

用 clang 转换：

以上是转换后的代码，不要方，一段一段看。

可以看到，Block 内部的内容，被转换成了一个普通的静态函数 __main_func_0。

再看其他部分：

main.cpp __block_impl:

1. struct __block_impl { 
2.  
3. void *isa; 
4.  
5. int Flags; 
6.  
7. int Reserved; 
8.  
9. void *FuncPtr; 
10.  
11. };  

__block_impl 结构体包括了一些标志、今后版本升级预留的变量、函数指针。

main.cpp __main_block_desc_0:

1. static struct __main_block_desc_0 { 
2.  
3. size_t reserved; 
4.  
5. size_t Block_size; 
6.  
7. } __main_block_desc_0_DATA = { 0, sizeof(struct __main_block_impl_0)};  

__main_block_desc_0 结构体包括了今后版本升级预留的变量、block 大小。

main.cpp __main_block_impl_0:

__main_block_impl_0 结构体含有两个成员变量，分别是 __block_impl 和 __main_block_desc_0实例变量。

此外，还含有一个构造方法。该构造方法在 main 函数中被如下调用：

main.cpp __main_block_impl_0 构造函数的调用:

1. void (*blk)(void) = ((void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, 
2.  
3. &__main_block_desc_0_DATA));  

去掉各种强制转换，做简化：

main.cpp __main_block_impl_0 构造函数的调用 简化:

1. struct __main_block_impl_0 tmp = __main_block_impl_0(__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA); 
2.  
3. struct __main_block_impl_0 *blk = &tmp; 

以上代码即：将 __main_block_impl_0 结构体实例的指针，赋值给 __main_block_impl_0 结构体指针类型的变量 blk。也就是我们最初的结构体定义：

1. void (^blk)(void) = ^{NSLog(@"Block");}; 

另外，main 函数中还有另外一段：

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

去掉各种转换：

1. (*blk->impl.FuncPtr)(blk); 

实际就是最初的：

1. blk(); 

本节所有代码在 block_implementation (https://github.com/summertian4/iOS-ObjectiveC/tree/master/ObjcMemory/ObjcMemory-Test-Code/block_implementation)中

2.2 Block 截获外部变量瞬间值的实现剖析

2.1 中对最简单的 无参数 Block 声明、调用 进行了 clang 转换。接下来再看一段『截获自动变量』的代码(可以使用命令 clang -rewrite-objc -fobjc-arc -fobjc-runtime=macosx-10.7 main.m)：

1. int main(int argc, const char * argv[]) {  
2.   
3.  
4. int val = 10; 
5.  
6. const char *fmt = "val = %d\n"; 
7.  
8. void (^blk)(void) = ^{printf(fmt, val);};  
9.   
10.  
11. val = 2; 
12.  
13. fmt = "These values were changed, val = %d\n";  
14.   
15.  
16. blk();  
17.   
18.  
19. return 0; 
20.  
21. }  

clang 转换之后：

和 2.1 节中的转换代码对比，可以发现多了一些代码。

首先，__main_block_impl_0 多了一个变量 val，并在构造函数的参数中加入了 val 的赋值：

main.cpp __main_block_impl_0:

1. struct __main_block_impl_0 { 
2.  
3. struct __block_impl impl; 
4.  
5. struct __main_block_desc_0* Desc; 
6.  
7. const char *fmt; 
8.  
9. int val; 
10.  
11. __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, const char *_fmt, int _val, int flags=0) : fmt(_fmt), val(_val) { 
12.  
13. impl.isa = &_NSConcreteStackBlock; 
14.  
15. impl.Flags = flags; 
16.  
17. impl.FuncPtr = fp; 
18.  
19. Desc = desc; 
20.  
21. } 
22.  
23. };  

而在 main 函数中，对 Block 的声明变为此句：

main.cpp __main_block_impl_0 构造函数的调用:

1. void (*blk)(void) = ((void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, fmt, val)); 

去掉转换：

main.cpp __main_block_impl_0 构造函数的调用 简化:

1. struct __main_block_impl_0 tmp = __main_block_impl_0(__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA, val); 
2.  
3. struct __main_block_impl_0 *blk = &tmp;  

_所以，在 Block 被声明时，Block 已经将 val 作为 __main_block_impl_0 的内部变量保存下来了。无论在在声明之后怎样更改 val 的值，都不会影响，Block 调用时访问的内部 val 值。这就是 Block 捕获变量瞬间值的原理。_

本节所有代码在 EX05 中

2.3 __block 变量的访问实现剖析

我们知道，Block 中能够读取，但是不能更改一个局部变量，如果去更改，Xcode 会提示你无法在 Block 内部更改变量。

Block 内部只是对局部变量只读，但是 Block 能读写以下几种变量：

1. 静态变量
2. 静态全局变量
3. 全局变量

也就是说以下代码是没有问题的：

1. int global_val = 1; 
2.  
3. static int static_global_val = 2; 
4.   
5.  
6. int main(int argc, const char * argv[]) { 
7.  
8. static int static_val = 3; 
9.   
10.  
11. void (^blk)(void) = ^ { 
12.  
13. global_val = 1 * 2; 
14.  
15. static_global_val = 2 * 2; 
16.  
17. static_val = 3 * 2; 
18.  
19. }      
20.  
21. return 0; 
22.  
23. }  

如果想在 Block 内部写局部变量，需要对访问的局部变量增加 __block 修饰。

__block 修饰符其实类似于 C 语言中 static、auto、register 修饰符。用于指定将变量值设置到哪个存储域中。

具体 __block 之后究竟做了哪些变化我们可以写代码测试：

EX07:

1. int main(int argc, const char * argv[]) {  
2.   
3.  
4. __block int val = 10; 
5.  
6. void (^blk)(void) = ^{val = 1;};  
7.   
8.  
9. return 0; 
10.  
11. }  

clang 转换之后：

跟 2.2 对比，似乎又加了非常代码。发现多了两个结构体。

main.cpp __Block_byref_val_0:

1. struct __Block_byref_val_0 { 
2.  
3. void *__isa; 
4.  
5. __Block_byref_val_0 *__forwarding; 
6.  
7. int __flags; 
8.  
9. int __size; 
10.  
11. int val; 
12.  
13. };  

很惊奇的发现，block 类型的 val 变成了结构体 Block_byref_val_0的实例。这个实例内，包含了isa指针、一个标志位flags、一个记录大小的size。最最重要的，多了一个forwarding指针和val 变量。这是怎么回事?

在 main 函数部分，实例化了该结构体：

main.cpp main.m 部分:

1. __Block_byref_val_0 val = {(void*)0, 
2.  
3. (__Block_byref_val_0 *)&val, 
4.  
5. 0, 
6.  
7. sizeof(__Block_byref_val_0), 
8.  
9. 10};  

我们可以看出该结构体对象初始化时：

1. __forwarding 指向了结构体实例本身在内存中的地址
2. val = 10

而在 main 函数中，val = 1 这句赋值语句变成了：

main.cpp val = 1; 对应的函数

1. (val->__forwarding->val) = 1; 

这里就可以看出其精髓，val = 1，实际上更改的是 __Block_byref_val_0 结构体实例 val 中的 __forwarding 指针(也就是本身)指向的 val 变量。

而对 val 访问也是如此。你可以理解为通过取地址改变变量的值，这和 C 语言中取地址改变变量类似。

所以，声明 block 的变量可以被改变。至于 forwarding 的其他巨大作用，会继续分析。

本节代码在 EX05 中

3 Block 的存储域

Block 有三种类型，分别是：

1. __NSConcreteStackBlock ————————栈中
2. __NSConcreteGlobalBlock ————————数据区域中
3. __NSConcreteMallocBlock ————————堆中

__NSConcreteGlobalBlock 出现的地方有：

1. 设置全局变量的地方有 Block 语法时
2. Block 语法的表达式中不使用任何外部变量时

设置在栈上的 Block，如果所属的变量作用域结束，Block 就会被废弃。如果其中用到了 block，block 所属的变量作用域结束也会被废弃。

为了解决这个问题，Block 在必要的时候就需要从栈中移到堆中。ARC 有效时，很多情况下，编译器会帮助完成 Block 的 copy，但很多情况下，我们需要手动 copy Block。

对不同存储域的 Block copy 时，影响如下：

copy 时，对访问到的 __block 类型对象影响如下：

此时可以看出 __forwarding 的巨大作用——无论 Block 此时在堆中还是在栈中，由于 __forwarding 指向局部变量转换成的结构体实例的真是地址，所以都能确保正确的访问。

具体的来说：

1. 当 block 变量被一个 Block 使用时，Block 从栈复制到堆，block 变量也会被复制到，并被该 Block 持有。
2. 在 block 变量被多个 Block 使用时，在任何一个 Block 从栈复制到堆时， block 变量也会被复制到堆，并被该 Block 持有。但由于 __forwarding 指针的存在，无论 block 变量和 Block 在不在同一个存储域，都可以正确的访问 block 变量。
3. 如果堆上的 Block 被废弃，那么它所使用的 __block 变量也会被释放。 

前面说到编译器会帮助完成一些 Block 的 copy，也有手动 copy Block。那么 Block 被复制到堆上的情况有(此段摘自于『Objective-C高级编程 iOS与OS X多线程和内存管理』)：

1. 调用 Block 的 copy 方法时
2. Block 作为返回值时
3. 将 Block 赋值给附有 __strong 修饰符的成员变量时(id类型或 Block 类型)时
4. 在方法名中含有 usingBlock 的 Cocoa 框架方法或 GCD 的 API 中传递 Block 时

4 Block 循环引用

Block 循环引用，是在编程中非常常见的问题，甚至很多时候，我们并不知道发生了循环引用，直到我们突然某一天发现『怎么这个对象没有调用 delloc』，才意识到有问题存在。

在『Block 存储域』中也说明了 Block 在 copy 后对 __block 对象会 retain 一次。

那么对于如下情况就会发生循环引用：

1. block_retain_cycle: 
2.  
3.  
4. @interface MyObject : NSObject  
5.   
6.  
7. @property (nonatomic, copy) blk_t blk; 
8.  
9. @property (nonatomic, strong) NSObject *obj;  
10.   
11.  
12. @end  
13.   
14.  
15. @implementation MyObject  
16.   
17.  
18. - (instancetype)init { 
19.  
20. self = [super init]; 
21.  
22. _blk = ^{NSLog(@"self = %@", self);}; 
23.  
24. return self; 
25.  
26. } 
27.  
28.   
29.  
30. - (void)dealloc { 
31.  
32. NSLog(@"%@ dealloc", self.class); 
33.  
34. }  
35.   
36.  
37. @end  
38.   
39.  
40. int main(int argc, const char * argv[]) { 
41.  
42. id myobj = [[MyObject alloc] init]; 
43.  
44. NSLog(@"%@", myobj); 
45.  
46. return 0; 
47.  
48. }  

由于 self -> blk，blk -> self，双方都无法释放。

但要注意的是，对于以下情况，同样会发生循环引用：

1. block_retain_cycle 
2.   
3.  
4. @interface MyObject : NSObject 
5.   
6.  
7. @property (nonatomic, copy) blk_t blk; 
8.   
9.  
10. // 下面是多加的一句 
11.  
12. @property (nonatomic, strong) NSObject *obj; 
13.   
14.  
15. @end 
16.   
17.  
18. @implementation MyObject 
19.   
20.  
21. - (instancetype)init { 
22.  
23. self = [super init]; 
24.   
25.  
26. // 下面是多加的一句 
27.  
28. _blk = ^{NSLog(@"self = %@", _obj);}; 
29.   
30.  
31. return self; 
32.  
33. } 
34.   
35.  
36. - (void)dealloc { 
37.  
38. NSLog(@"%@ dealloc", self.class); 
39.  
40. } 
41.   
42.  
43. @end 
44.   
45.  
46. int main(int argc, const char * argv[]) { 
47.  
48. id myobj = [[MyObject alloc] init]; 
49.  
50. NSLog(@"%@", myobj); 
51.  
52. return 0; 
53.  
54. }  

这是由于 self -> obj，self -> blk，blk -> obj。这种情况是非常容易被忽视的。

5 重审问题

我们再来看看最初的几个小题目：

第一题：

由于 Block 捕获瞬间值，所以输出为 in block val = 0

第二题：

由于 val 为 __block，外部更改会影响到内部访问，所以输出为 in block val = 1

第三题：

和第二题类似，val = 1 能影响到 Block 内部访问，所以先输出 in block val = 1，之后在 Block 内部更改 val 值，再次访问时输出 after block val = 2。

Other

我写这篇文章是在我阅读了『Objective-C高级编程 iOS与OS X多线程和内存管理』一书之后，博文中也有很内容源于『Objective-C高级编程 iOS与OS X多线程和内存管理』。

非常向大家推荐此书。这本书里记录了关于 iOS 内存管理的深入内容。但要注意的是，此书中的多处知识点并不是很详细，需要你以拓展的心态去学习。在有解释不详细的地方，自己主动去探索，去拓展，找更多的资料，最后，你会发现你对 iOS 内存管理有了更多的深入的理解。

本文作者：佚名

来源：51CTO