本文为L_Ares个人写作，以任何形式转载请表明原文出处。
上一节重新的巩固了一下Block的基础知识和简单的使用方式，以及解决循环引用的方法，本节则将通过clang编译的文件和libclosure源码去探索Block的一些更本质的内容。
准备
1. libclosure源码
2. block的.cpp文件
1. 创建一个C语言的Commond Line Tool项目。
2. 语言选择C。
3. 创建结果。
4. 在main.c中创建一个最简单的Block对象，并且执行Block。
5. commond + B进行编译，然后打开terminal终端，进行clang编译成.cpp文件。
- 先要进入到
main.c所在的文件夹下
- 然后打开
terminal终端，输入以下clang指令。
clang -rewrite-objc main.c -o main.cpp
6. clang结果
一、Block的clang探索
通过clang出来的.cpp，主要探索4点。
- Block的本质是什么。
- Block()的意义。
- Block捕获外部变量的原理。
__block的原理。
1. Block的本质
操作1 :
打开上面
clang得到的main.cpp文件。滑至文件最后。
结果1 :
操作2 :
去掉
(void(*)())和(void *)的强制类型转换，Block的结构就变成了
结果2 :
操作3 :
commond + F搜索__main_block_impl_0。
结果3 :
至此，可以看到Block块的一个构造方式，其中的__block_impl结构体存储了Block块的所有信息。
操作4 :
commond + F搜索__block_impl。
结果4 :
操作5 :
根据
图1.1.2和图1.1.3中，__block_impl结构体的存储属性，以及官方给的注释，进入libclosure的Block_private.h。查找拥有这样结构的结构体。
结果5 :
结论 :
block的本质是Block_layout结构体。
2. Block()的意义
操作1 :
打开刚才的
.cpp文件，找到block的构造函数那一行。
结果1 :
操作2 :
去掉
block()经过clang后，得到的那行代码的所有强转符号。
结果2 :
结论 :
1. 写在
block内部的函数被保存到block的FuncPtr中，这仅仅只是函数的实现被保存进入block。
2.block()才是真正的对函数进行调用。
3. Block捕获外部变量的原理
在main.c中添加外部变量，更改main.c的代码为 :
#include <stdio.h>
int main(int argc, const char * argv[]) {
int a = 10;
void(^block)(void) = ^{
printf("a = %d",a);
};
block();
return 0;
}
操作1 :
- 重新
commond + B编译main.c文件，然后进行clang转换成.cpp文件。- 打开新的
.cpp文件，滑至文件最后。- 去掉强转。
结果1 :
操作2 :
再次查看
block的构造函数__main_block_impl_0
结果2 :
操作3 :
查看对外部变量
a的调用。
结果3 :
结论 :
1. 当
block捕获外部变量的时候，block结构体内部会生成一个相同类型、相同名称的属性。2. 利用
block自身的构造函数，将外部变量传入block结构体内部，用外部变量的值赋值给block内部自动生成的同类型元素。3.
block内部调用外部变量时，在fp函数体的内部也会生成又一个对象，对外部变量进行值拷贝，这个对象和外部变量不是同一个对象。4. 所以，当我们对
block内部捕获的外部变量进行操作的时候，是对另外一个对象进行操作，而不是对外部变量本身进行操作。
4. __block的原理
在main.c中继续修改代码如下 :
#include <stdio.h>
int main(int argc, const char * argv[]) {
__block int a = 10;
void(^block)(void) = ^{
printf("a = %d",a);
};
block();
return 0;
}
操作1 :
- 重新
commond + B编译main.c文件，然后进行clang转换成.cpp文件。- 打开新的
.cpp文件，滑至文件最后。- 去掉强转。
结果1 :
操作2 :
搜索
__Block_byref_a_0结构体。
结果2 :
操作3 :
查看图1.4.0中的声明
block和block的构造函数，以及block()的实现
结果3 :
结论 :
1.
__block会将外部变量变成一个结构体对象A。2.
结构体对象A内部的__forwarding存储着指向外部变量的地址的指针。3.
block结构体则在内部生成新的、该类型的结构体指针对象B。4. 通过构造函数，利用
结构体对象A的指针，将结构体对象A内部的__forwarding赋值给结构体指针对象B，也就是把指向外部变量的地址的指针赋值给结构体指针对象B。5. 当调用外部变量的时候，
block的函数内部会生成一个该类型的结构体指针对象C，结构体指针对象C通过结构体指针对象B的赋值，拥有了指向外部变量的地址的指针。6. 所以在
block内部去改变被__block修饰的外部变量，实际上操作的是外部变量的地址上内容。7.
__block是指针拷贝的实现。
二、Block的内存变化
在上一节Block(一)中，已经介绍了Block一共有6种类别，而开发者常用的只有其中的3种，分别是 :
1.
NSGlobalBlock: 全局block
2.NSStackBlock: 栈block
3.NSMallocBlock: 堆block
1. NSGlobalBlock
先利用查看汇编，来查看NSGlobalBlock的声明和创建流程。
步骤 :
1. 随意创建一个项目，在ViewController的viewDidLoad中，简单的创建一个最基本的block，在声明block的地方挂上断点。
- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];
void(^block)(void) = ^{ //挂上断点
NSLog(@"this is a block");
};
block();
}
2. 打开xcode --> Debug --> Debug Workflow --> Always Show Disassembly，来看汇编。
3. 使用真机进行调试。运行项目。
4. 对objc_retainBlock加符号断点，执行到该断点位置，查看objc_retainBlock有怎样的调用。
走到这里就不用再往后走了，看汇编的最后一句 :
5. 此时读取x0寄存器(这也是为什么要用真机的原因，模拟器读不到x0寄存器)。
结论 :
1.
NSGlobalBlock类型的block对象，经过objc_retainBlock，调用了_Block_copy方法，最后将block对象完成创建并返回。2. 当
block没有获取外部变量的时候，block是一个NSGlobalBlock类型的block对象。当block被在声明全局变量的地方进行调用的时候，block也是NSGlobalBlock类型。3.
NSGlobalBlock存储位置在内存中的静态区(.data区)
2. NSStackBlock和NSMallocBlock
因为编译器长期处在ARC环境下，所以这两个一起说，因为不好捕捉NSStackBlock的瞬间，ARC会自动的将NSStackBlock复制到堆中，变成NSMallocBlock。
步骤 :
1. 对上面NSGlobalBlock的测试代码做调整，增加一个外部变量，并在block内部捕获外部变量。
- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];
int a = 10;
void(^block)(void) = ^{ //挂上断点
NSLog(@"%d",a);
};
block();
}
2. 删除之前的所有符号断点，在上述代码注释处挂上断点，执行项目
3. 在objc_retainBlock内部查看此时的寄存器x0位置，传入的是什么类型的block。
4. 做一个objc_retainBlock符号断点，进入objc_retainBlock。一直step into到__Block_copy，并在__Block_copy的最后一句汇编，也就是那句返回，挂上断点。然后再读寄存器x0
结论 :
1. 当
block捕获了外部变量之后，block的类型就从NSGlobalBlock变成了NSStackBlock。2.
NSStackBlock存在于__Block_copy完成之前。3.
__Block_copy内部会将NSStackBlock变为NSMallocBlock再返回。4.
NSStackBlock和NSMallocBlock的地址是不一样的，发生了一步copy的操作。也就是说，NSStackBlock通过copy可以得到NSMallocBlock。
3. 为什么要对NSStackBlock进行copy
直接说结论
为了延长
block的生命周期。1. 如果
block的作用域结束，那么该block就会被废弃，其内部被__block修饰的外部变量也会随之被废弃。2. 将
block从栈区复制到堆区，即使存放在栈区的block已经被废弃，堆区的block依然可以使用，被__block修饰的外部变量也不会被废弃。
三、Block的源码探索
1. Block结构体的解析
在上面我们已经知道了Block的本质是Block_layout结构体，这里将对这个结构体的属性做一个介绍。
看图3.1.0，block的结构体指针中，可见5个结构体的属性。
1.1 isa
这个isa，在.cpp的文件中，赋值的是block的类型，前文说过，block一共有6种，分别是 :
1.
_NSConcreteStackBlock
2._NSConcreteMallocBlock
3._NSConcreteAutoBlock
4._NSConcreteFinalizingBlock
5._NSConcreteGlobalBlock
6._NSConcreteWeakBlockVariable
而我们常用的block类型只属于其中的3种 :
1.
_NSConcreteGlobalBlock: 全局Block，对应NSGlobalBlock。
2._NSConcreteStackBlock: 栈Block，对应NSStackBlock。
3._NSConcreteMallocBlock: 堆Block，对应NSMallocBlock。
1.2 flags
这是block的标识位。
- 类型是
int32_t，表明它有32bit。- 用
volatile修饰，为了保证多线程操作的时候，flags永远都会从内存中读取真正的block标识数据，而不是从CPU寄存器中读取，保证数据的正确性。
flags会充分利用内存，利用bit位存储block的一些信息，类似isa中的ISA_BITFIELD利用位域存储isa信息。
flags的bit位存储的内容 :
// Values for Block_layout->flags to describe block objects
enum {
BLOCK_DEALLOCATING = (0x0001), // runtime
BLOCK_REFCOUNT_MASK = (0xfffe), // runtime
BLOCK_NEEDS_FREE = (1 << 24), // runtime
BLOCK_HAS_COPY_DISPOSE = (1 << 25), // compiler
BLOCK_HAS_CTOR = (1 << 26), // compiler: helpers have C++ code
BLOCK_IS_GC = (1 << 27), // runtime
BLOCK_IS_GLOBAL = (1 << 28), // compiler
BLOCK_USE_STRET = (1 << 29), // compiler: undefined if !BLOCK_HAS_SIGNATURE
BLOCK_HAS_SIGNATURE = (1 << 30), // compiler
BLOCK_HAS_EXTENDED_LAYOUT=(1 << 31) // compiler
};
第1位 : 存放着释放标记。一般利用
BLOCK_NEEDS_FREE(1左移24位)，做位与操作，再存入该位，记录block是否需要释放。第16位 : 存储
block的引用计数的值。第24位 : 是否需要释放
block。它会影响第1位的值，也会影响第16位的值。第25位 : 是否拥有拷贝辅助函数。
第26位 : 是否拥有
block析构函数。第27位 : 是否有垃圾回收。
第28位 : 是否是全局变量。
第30位 :
block是否拥有一个签名。如果没有签名，则第29位也不会被定义使用。
1.3 reserved
我也不知道干什么用的，如果有大佬知道的话，可以赐教，万分感谢。
1.4 invoke
看其类型——BlockInvokeFunction
typedef void(*BlockInvokeFunction)(void *, ...);
重定义类型的函数指针，也就是存储在block块内部的函数。
1.5 descriptor
block的描述信息，是结构体。拥有3种descriptor，其中，Block_descriptor_1是block一定拥有的描述信息。
1.5.1 Block_descriptor_1
struct Block_descriptor_1 {
uintptr_t reserved;
uintptr_t size;
};
存放了一个保留值和一个block的大小。
1.5.2 Block_descriptor_2
struct Block_descriptor_2 {
// requires BLOCK_HAS_COPY_DISPOSE
BlockCopyFunction copy;
BlockDisposeFunction dispose;
};
存放了一个copy方法和一个dispose方法。
官方注释 : 当flags中的BLOCK_HAS_COPY_DISPOSE，也就是flags第25位为1的时候，block就会拥有Block_descriptor_2描述。
1.5.3 Block_descriptor_3
struct Block_descriptor_3 {
// requires BLOCK_HAS_SIGNATURE
const char *signature;
const char *layout; // contents depend on BLOCK_HAS_EXTENDED_LAYOUT
};
存放了block的签名和layout，layout依赖于flags的第31位是否为1。
官方注释 : 当falgs中的BLOCK_HAS_SIGNATURE，也就是flags的第30位为1的时候，block就会拥有Block_descriptor_3。
2. Block的签名
OC对象都是有签名的，既然说Block是OC对象，那么Block也必然有签名，Block签名存储在Block结构体的Block_descriptor_3属性中。
下面来验证、并且获得Block的签名。
操作1 :
- 随便创建一个项目，并在
ViewController的viewDidLoad中创建一个block。- 在下面代码注释处添加断点。
- 打开汇编。
xcode-->Debug-->Debug Workflow-->Always Show Disassembly- 连接真机，执行代码。
lldb打印x0寄存器中的内容。
- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];
void(^block)(void) = ^{ //挂上断点
NSLog(@"this is a block");
};
block();
}
结果1 :
这里已经可以获得Block的type encoding了，就是图3.2.0中的signature : "v8@?0"。关于type encoding可以看我的这片博客关于Objective-C type encoding。
其中v8表示void总共占用8位，@?表示一个不明类型的对象，0表示@?是在这个函数的第0位地址上。
那么，利用 :
[NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"@?"];
就可以获得Block的签名信息。
操作2 :
在
lldb上po [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"@?"]
结果2 :
结论 :
1. Block拥有签名，并且存储在
Block_descriptor_3中。
2. Block的type encoding是@?。
3. Block的签名是isObject,isBlock。
