iOS開發(fā):block的探究
[0. Brief introduction of block]
Block是iOS4.0+ 和Mac OS X 10.6+ 引進的對C語言的擴展，用來實現(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：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)，因為這些函數(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
[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、遍歷、以及回調(diào)。
比如我們可以在遍歷NSArray時做一些事情：
- - (void)enumerateObjectsUsingBlock:(void (^)(id obj, NSUInteger idx, BOOL *stop))block;
其中將stop設為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，供其任務執(zhí)行結(jié)束時回調(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)更新對應用戶的單元格 UI。這時候我需要知道對應用戶單元格的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)時再回傳過來；要嘛通過外部作用域記錄當前 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：
任務完成時回調(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
[2. About __block_impl]
Clang提供了中間代碼展示的選項供我們進一步了解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的實現(xiàn)，并且得知block在Clang編譯器前端得到實現(xiàn)，可以生成C中間代碼。很多語言都可以只實現(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對應的函數(shù)指針。
由此，揭開了block的神秘面紗。
不過，block相關的變量放哪里呢？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？
[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）進行命名的。如果是全局 block，就根據(jù)變量名和出現(xiàn)序列進行命名。__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對應的函數(shù)體。該函數(shù)接受一個__cself參數(shù)，即對應的block自身。
再下面是__main_block_desc_0結(jié)構(gòu)體，其中比較有價值的信息是block大小。
***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，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，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()。
別走開，下頁為您精彩繼續(xù)
#p#
[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，既告訴我們變量不可賦值，也提醒我們要使用__block類型標識符。
為什么不能給變量i賦值呢？
因為main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)用過程中只是進行了值傳遞。當然，在上面代碼中，我們 可以通過指針來實現(xiàn)局部變量的修改。不過這是由于在調(diào)用__main_block_func_0時，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，定義時所在的函數(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進行修改是合理的。
[5. Modify static local variable]
于是我們也可以推斷出，靜態(tài)局部變量是如何在block執(zhí)行體中被修改的——通過指針。
因為靜態(tài)局部變量存在于數(shù)據(jù)段中，不存在棧展開后非法訪存的風險。
上面中間代碼片段與前一個片段的差別主要在于main函數(shù)里傳遞的是i的地址（&i），以及__main_block_impl_0結(jié)構(gòu)體中成員i變成指針類型（int *）。
然后在執(zhí)行block時，通過指針修改值。
當然，全局變量、靜態(tài)全局變量都可以在block執(zhí)行體內(nèi)被修改。更準確地講，block可以修改它被調(diào)用（這里是__main_block_func_0）時所處作用域內(nèi)的變量。比如一個block作為成員變量時，它也可以訪問同一個對象里的其它成員變量。
[6. Implementation of __block variable]
那么，__block類型變量是如何支持修改的呢？
我們?yōu)閕nt類型變量加上__block指示符，使得變量i可以在block函數(shù)體中被修改。
此時再看中間代碼，會多出很多信息。首先是__block變量對應的結(jié)構(gòu)體：
由***個成員__isa指針也可以知道__Block_byref_i_0也可以是NSObject。
第二個成員__forwarding指向自己，為什么要指向自己？指向自己是沒有意義的，只能說有時候需要指向另一個__Block_byref_i_0結(jié)構(gòu)。
***一個成員是目標存儲變量i。
此時，__main_block_impl_0結(jié)構(gòu)如下：
__main_block_impl_0的成員變量i變成了__Block_byref_i_0 *類型。
對應的函數(shù)__main_block_func_0如下：
亮點是__Block_byref_i_0指針類型變量i，通過其成員變量__forwarding指針來操作另一個成員變量。 :-)
而main函數(shù)如下：
通過這樣看起來有點復雜的改變，我們可以修改變量i的值。但是問題同樣存在：__Block_byref_i_0類型變量i仍然處于棧上，當block被回調(diào)執(zhí)行時，變量i所在的棧已經(jīng)被展開，怎么辦？
在這種關鍵時刻，__main_block_desc_0站出來了：
此時，__main_block_desc_0多了兩個成員函數(shù)：copy和dispose，分別指向__main_block_copy_0和__main_block_dispose_0。
當block從棧上被copy到堆上時，會調(diào)用__main_block_copy_0將__block類型的成員變量i從棧上復制到堆上；而當block被釋放時，相應地會調(diào)用__main_block_dispose_0來釋放__block類型的成員變量i。
一會在棧上，一會在堆上，那如果棧上和堆上同時對該變量進行操作，怎么辦？
這時候，__forwarding的作用就體現(xiàn)出來了：當一個__block變量從棧上被復制到堆上時，棧上的那個__Block_byref_i_0結(jié)構(gòu)體中的__forwarding指針也會指向堆上的結(jié)構(gòu)。
本來還想繼續(xù)寫下去，結(jié)果發(fā)現(xiàn)文章有點長了。先到此。
