深入研究Block捕获外部变量和__block实现原理

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前言

Blocks是C语言的扩充功能，而Apple 在OS X Snow Leopard 和 iOS 4中引入了这个新功能“Blocks”。从那开始，Block就出现在iOS和Mac系统各个API中，并被大家广泛使用。一句话来形容Blocks，带有自动变量（局部变量）的匿名函数。

Block在OC中的实现如下：

struct Block_layout {

void *isa;

int flags;

int reserved;

void (*invoke)(void *, ...);

struct Block_descriptor *descriptor;

/* Imported variables. */

};

struct Block_descriptor {

unsigned long int reserved;

unsigned long int size;

void (*copy)(void *dst, void *src);

void (*dispose)(void *);

};

从结构图中很容易看到isa，所以OC处理Block是按照对象来处理的。在iOS中，isa常见的就是_NSConcreteStackBlock，_NSConcreteMallocBlock，_NSConcreteGlobalBlock这3种(另外只在GC环境下还有3种使用的_NSConcreteFinalizingBlock，_NSConcreteAutoBlock，_NSConcreteWeakBlockVariable，本文暂不谈论这3种，有兴趣的看看官方文档)

以上介绍是Block的简要实现，接下来我们来仔细研究一下Block的捕获外部变量的特性以及__block的实现原理。

研究工具：clang
为了研究编译器的实现原理，我们需要使用 clang 命令。clang 命令可以将 Objetive-C 的源码改写成 C / C++ 语言的，借此可以研究 block 中各个特性的源码实现方式。该命令是

1	clang -rewrite-objc block.c

一.Block捕获外部变量实质

拿起我们的Block一起来捕捉外部变量吧。

说到外部变量，我们要先说一下C语言中变量有哪几种。一般可以分为一下5种：

自动变量
函数参数
静态变量
静态全局变量
全局变量

研究Block的捕获外部变量就要除去函数参数这一项，下面一一根据这4种变量类型的捕获情况进行分析。

我们先根据这4种类型

自动变量
静态变量
静态全局变量
全局变量

写出Block测试代码。

这里很快就出现了一个错误，提示说自动变量没有加__block，由于__block有点复杂，我们先实验静态变量，静态全局变量，全局变量这3类。测试代码如下：

#import

int global_i = 1;

static int static_global_j = 2;

int main(int argc, const char * argv[]) {

static int static_k = 3;

int val = 4;

void (^myBlock)(void) = ^{

global_i ++;

static_global_j ++;

static_k ++;

NSLog(@"Block中 global_i = %d,static_global_j = %d,static_k = %d,val = %d",global_i,static_global_j,static_k,val);

};

global_i ++;

static_global_j ++;

static_k ++;

val ++;

NSLog(@"Block外 global_i = %d,static_global_j = %d,static_k = %d,val = %d",global_i,static_global_j,static_k,val);

myBlock();

return 0;

}

运行结果

1 2	Block 外 global_i = 2,static_global_j = 3,static_k = 4,val = 5 Block 中 global_i = 3,static_global_j = 4,static_k = 5,val = 4

这里就有2点需要弄清楚了
1.为什么在Block里面不加__bolck不允许更改变量？
2.为什么自动变量的值没有增加，而其他几个变量的值是增加的？自动变量是什么状态下被block捕获进去的？

为了弄清楚这2点，我们用clang转换一下源码出来分析分析。

（main.m代码行37行，文件大小832bype，经过clang转换成main.cpp以后，代码行数飙升至104810行，文件大小也变成了3.1MB）

源码如下

前言

Block在OC中的实现如下：

struct Block_layout {

void *isa;

int flags;

int reserved;

void (*invoke)(void *, ...);

struct Block_descriptor *descriptor;

/* Imported variables. */

};

struct Block_descriptor {

unsigned long int reserved;

unsigned long int size;

void (*copy)(void *dst, void *src);

void (*dispose)(void *);

};

以上介绍是Block的简要实现，接下来我们来仔细研究一下Block的捕获外部变量的特性以及__block的实现原理。

1	clang -rewrite-objc block.c

一.Block捕获外部变量实质

拿起我们的Block一起来捕捉外部变量吧。

说到外部变量，我们要先说一下C语言中变量有哪几种。一般可以分为一下5种：

自动变量
函数参数
静态变量
静态全局变量
全局变量

研究Block的捕获外部变量就要除去函数参数这一项，下面一一根据这4种变量类型的捕获情况进行分析。

我们先根据这4种类型

自动变量
静态变量
静态全局变量
全局变量

写出Block测试代码。

这里很快就出现了一个错误，提示说自动变量没有加__block，由于__block有点复杂，我们先实验静态变量，静态全局变量，全局变量这3类。测试代码如下：

#import

int global_i = 1;

static int static_global_j = 2;

int main(int argc, const char * argv[]) {

static int static_k = 3;

int val = 4;

void (^myBlock)(void) = ^{

global_i ++;

static_global_j ++;

static_k ++;

NSLog(@"Block中 global_i = %d,static_global_j = %d,static_k = %d,val = %d",global_i,static_global_j,static_k,val);

};

global_i ++;

static_global_j ++;

static_k ++;

val ++;

NSLog(@"Block外 global_i = %d,static_global_j = %d,static_k = %d,val = %d",global_i,static_global_j,static_k,val);

myBlock();

return 0;

}

运行结果

1 2	Block 外 global_i = 2,static_global_j = 3,static_k = 4,val = 5 Block 中 global_i = 3,static_global_j = 4,static_k = 5,val = 4

为了弄清楚这2点，我们用clang转换一下源码出来分析分析。

（main.m代码行37行，文件大小832bype，经过clang转换成main.cpp以后，代码行数飙升至104810行，文件大小也变成了3.1MB）

源码如下