文/CocoaChina社區(qū)會員casual0402

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[0. Brief introduction of block]

Block是iOS4.0+ 和Mac OS X 10.6+ 引進(jìn)的對C語言的擴(kuò)展,，用來實(shí)現(xiàn)匿名函數(shù)的特性。

用維基百科的話來說,，Block是Apple Inc.為C,、C++以及Objective-C添加的特性，使得這些語言可以用類lambda表達(dá)式的語法來創(chuàng)建閉包,。

用Apple文檔的話來說,，A block is an anonymous inline collection of code, and sometimes also called a "closure".

關(guān)于閉包，我覺得阮一峰的一句話解釋簡潔明了：閉包就是能夠讀取其它函數(shù)內(nèi)部變量的函數(shù),。

這個解釋用到block來也很恰當(dāng)：一個函數(shù)里定義了個block，這個block可以訪問該函數(shù)的內(nèi)部變量,。

一個簡單的Block示例如下：

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

如果用Python的lambda表達(dá)式來寫,，可以寫成如下形式：

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

不過由于Python自身的語言特性，在def定義的函數(shù)體中,，可以很自然地再用def語句定義內(nèi)嵌函數(shù),，因?yàn)檫@些函數(shù)本質(zhì)上都是對象。

如果用BNF來表示block的上下文無關(guān)文法,，大致如下：

block_expression  ::=  ^  block_declare  block_statement

block_declare  ::=  block_return_type  block_argument_list

block_return_type ::=  return_type  |  空

block_argument_list  ::=  argument_list  |  空

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[1. Why block]

Block除了能夠定義參數(shù)列表,、返回類型外，還能夠獲取被定義時(shí)的詞法范圍內(nèi)的狀態(tài)（比如局部變量）,，并且在一定條件下（比如使用__block變量）能夠修改這些狀態(tài),。此外，這些可修改的狀態(tài)在相同詞法范圍內(nèi)的多個block之間是共享的,，即便出了該詞法范圍（比如棧展開,，出了作用域）,，仍可以繼續(xù)共享或者修改這些狀態(tài)。

通常來說,，block都是一些簡短代碼片段的封裝,，適用作工作單元，通常用來做并發(fā)任務(wù),、遍歷,、以及回調(diào)。

比如我們可以在遍歷NSArray時(shí)做一些事情：

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

其中將stop設(shè)為YES,，就跳出循環(huán),，不繼續(xù)遍歷了。

而在很多框架中,，block越來越經(jīng)常被用作回調(diào)函數(shù),，取代傳統(tǒng)的回調(diào)方式。

用block作為回調(diào)函數(shù),，可以使得程序員在寫代碼更順暢,，不用中途跑到另一個地方寫一個回調(diào)函數(shù)，有時(shí)還要考慮這個回調(diào)函數(shù)放在哪里比較合適,。采用block,，可以在調(diào)用函數(shù)時(shí)直接寫后續(xù)處理代碼，將其作為參數(shù)傳遞過去,，供其任務(wù)執(zhí)行結(jié)束時(shí)回調(diào),。

另一個好處，就是采用block作為回調(diào),，可以直接訪問局部變量,。比如我要在一批用戶中修改一個用戶的name，修改完成后通過回調(diào)更新對應(yīng)用戶的單元格UI,。這時(shí)候我需要知道對應(yīng)用戶單元格的index,，如果采用傳統(tǒng)回調(diào)方式，要嘛需要將index帶過去,，回調(diào)時(shí)再回傳過來,；要嘛通過外部作用域記錄當(dāng)前操作單元格的index（這限制了一次只能修改一個用戶的name）；要嘛遍歷找到對應(yīng)用戶,。而使用block,，則可以直接訪問單元格的index。

這份文檔中提到block的幾種適用場合：

任務(wù)完成時(shí)回調(diào)
處理消息監(jiān)聽回調(diào)處理
錯誤回調(diào)處理
枚舉回調(diào)
視圖動畫,、變換
排序

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[2. About __block_impl]

Clang提供了中間代碼展示的選項(xiàng)供我們進(jìn)一步了解block的原理,。

以一段很簡單的代碼為例：

使用-rewrite-objc選項(xiàng)編譯：

得到一份block0.cpp文件，在這份文件中可以看到如下代碼片段：

從命名可以看出這是block的實(shí)現(xiàn),，并且得知block在Clang編譯器前端得到實(shí)現(xiàn),，可以生成C中間代碼,。很多語言都可以只實(shí)現(xiàn)編譯器前端，生成C中間代碼,，然后利用現(xiàn)有的很多C編譯器后端,。

從結(jié)構(gòu)體的成員可以看出，F(xiàn)lags,、Reserved可以先略過,，isa指針表明了block可以是一個NSObject，而FuncPtr指針顯然是block對應(yīng)的函數(shù)指針,。

由此,，揭開了block的神秘面紗。

不過,，block相關(guān)的變量放哪里呢,？上面提到block可以capture詞法范圍內(nèi)（或者說是外層上下文、作用域）的狀態(tài),，即便是出了該范圍,，仍然可以修改這些狀態(tài)。這是如何做到的呢,？

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[3. Implementation of a simple block]

先看一個只輸出一句話的block是怎么樣的,。

生成中間代碼，得到片段如下：

首先出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)體就是__main_block_impl_0,，可以看出是根據(jù)所在函數(shù)（main函數(shù)）以及出現(xiàn)序列（第0個）進(jìn)行命名的,。如果是全局block，就根據(jù)變量名和出現(xiàn)序列進(jìn)行命名,。__main_block_impl_0中包含了兩個成員變量和一個構(gòu)造函數(shù),，成員變量分別是__block_impl結(jié)構(gòu)體和描述信息Desc，之后在構(gòu)造函數(shù)中初始化block的類型信息和函數(shù)指針等信息,。

接著出現(xiàn)的是__main_block_func_0函數(shù),，即block對應(yīng)的函數(shù)體。該函數(shù)接受一個__cself參數(shù),，即對應(yīng)的block自身,。

再下面是__main_block_desc_0結(jié)構(gòu)體,，其中比較有價(jià)值的信息是block大小,。

最后就是main函數(shù)中對block的創(chuàng)建和調(diào)用，可以看出執(zhí)行block就是調(diào)用一個以block自身作為參數(shù)的函數(shù),，這個函數(shù)對應(yīng)著block的執(zhí)行體,。

這里，block的類型用_NSConcreteStackBlock來表示,，表明這個block位于棧中,。同樣地,，還有_NSConcreteMallocBlock和_NSConcreteGlobalBlock。

由于block也是NSObject,，我們可以對其進(jìn)行retain操作,。不過在將block作為回調(diào)函數(shù)傳遞給底層框架時(shí)，底層框架需要對其copy一份,。比方說,，如果將回調(diào)block作為屬性，不能用retain,，而要用copy,。我們通常會將block寫在棧中，而需要回調(diào)時(shí),，往往回調(diào)block已經(jīng)不在棧中了,，使用copy屬性可以將block放到堆中?；蛘呤褂肂lock_copy()和Block_release(),。

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[4. Capture local variable]

再看一個訪問局部變量的block是怎樣的。

生成中間代碼,，得到片段如下：

可以看出這次的block結(jié)構(gòu)體__main_block_impl_0多了個成員變量i,，用來存儲使用到的局部變量i（值為1024）；并且此時(shí)可以看到__cself參數(shù)的作用,，類似C++中的this和Objective-C的self,。

如果我們嘗試修改局部變量i，則會得到如下錯誤：

錯誤信息很詳細(xì),，既告訴我們變量不可賦值,，也提醒我們要使用__block類型標(biāo)識符。

為什么不能給變量i賦值呢,？

因?yàn)閙ain函數(shù)中的局部變量i和函數(shù)__main_block_func_0不在同一個作用域中,，調(diào)用過程中只是進(jìn)行了值傳遞。當(dāng)然,，在上面代碼中,，我們可以通過指針來實(shí)現(xiàn)局部變量的修改。不過這是由于在調(diào)用__main_block_func_0時(shí),，main函數(shù)棧還沒展開完成,，變量i還在棧中。但是在很多情況下,，block是作為參數(shù)傳遞以供后續(xù)回調(diào)執(zhí)行的,。通常在這些情況下，block被執(zhí)行時(shí)，定義時(shí)所在的函數(shù)棧已經(jīng)被展開,，局部變量已經(jīng)不在棧中了（block此時(shí)在哪里,？），再用指針訪問就……,。

所以,，對于auto類型的局部變量，不允許block進(jìn)行修改是合理的,。