探索 Block (Block 实现原理)

Posted 2020-07-19 chenxianming

　　前言　

　　要探索Block前先说一下我对Block的理解,我把它理解为：能够捕获它所在函数内部的变量的函数指针、匿名函数或者闭包。注意红色部份说的是它的精髓所在。希望看我这篇文章的人能够跟我说的步骤去做，做起来也比较简单，这样会有更好的效果，当然如果只看文章就能够让读者明白，那是我更加希望的。

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　　一、首先，我们准备一个.m文件。我这里是main.m。内容如下:

int main(int argc, char * argv[]) {
    void (^test)() = ^(){
    };
    test();
}

　　接下来我要用到一个命令clang src.m -rewrite-objc -o dest.cpp.这个意思是用clang编译器对源文件src.m中的objective-c代码转换成C代码放在dest.cpp文件。其实xode编译时也会帮我们转换。我们这样就可以dest.cpp在看到我们定义和调用的block转换成C是怎么样的。执行命令后查看这个dest.cppw会发现有一大堆代码。下面我把对我们有用并能够说清楚原理的关键贴上来并加以注释：

//__block_imp：  这个是编译器给我们生成的结构体，每一个block都会用到这个结构体
struct __block_impl {
  void *isa;　　　　　　　　　//对于本文可以忽略
  int Flags;　　　　　　　　  //对于本文可以忽略
  int Reserved;　　　　　　　//对于本文可以忽略　　　　　　　
  void *FuncPtr;　　　　　　 //函数指针，这个会指向编译器给我们生成的下面的静态函数__main_block_func_0
};

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/*__main_block_impl_0： 是编译器给我们在main函数中定义的block
void (^test)() = ^(){
};
生成的对应的结构体
*/
struct __main_block_impl_0 {

struct __block_impl impl;  　　　　　　　　//__block_impl 变量impl
struct __main_block_desc_0* Desc;　　　　//__main_block_desc_0 指针，指向编译器给我们生成的结构变量__main_block_desc_0_DATA
  __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, int flags=0) {  //结构体的构造函数
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;  //说明block是栈block
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;}};

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//__main_block_func_0： 编译器根据block代码生成的全局态函数，会被赋值给impl.FuncPtr
static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
    }

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//__main_block_desc_0: 编译器根据block代码生成的block描述,主要是记录下__main_block_impl_0结构体大小
static struct __main_block_desc_0 {
  size_t reserved;
  size_t Block_size;
} __main_block_desc_0_DATA = { 0, sizeof(struct __main_block_impl_0)}; //这里就生成了__main_block_desc_0的变量__main_block_desc_0_DATA

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//这里就是main函数了
int main(int argc, char * argv[]) {
    void (*test)() = ((void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA)); //下面单独讲
    ((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)test)->FuncPtr)((__block_impl *)test);　                         //下面单独讲
}

      what the hell is that!!!! 没错，这也是我一开始看到这堆东西的感受。因为很多人讲Block原理都贴这个而且没有注释或很少注释，我也百度出来看了好几个。接下来就要说明白这堆代码。一定要有耐心，首先，对着上面代码注释过几遍main函数前系统给我们生成的这些结构体函数之间的关系，如果一次能明白自然是好，过了几遍都没明白也没关系。

     回归一开始我对block的理解，先忽略它能够捕获所在函数内部的变量，那么它就是一个函数指。

void (^test)() = ^(){
    };
就对应着
void (*test)() = ((void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA));
这个总的来说就是定义一个函数指针指向一个地址，但是这个地址并不是我样平常的函数的入口地址

　转换后代码的要一段段从后往前组合分析：

__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA))就是创建了一个__main_block_impl_0结构体的一个实例

&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA))取这个实例的地址

((void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA))把实例地址强转为一个函数地址

void (*test)() = ((void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA));
 那么这整句就是说定义一个函数指针指向一个新创建的__main_block_impl_0实例的地址。注意创建这个实例时构选函数传的两个参数，
正是编译器帮我们生成的静态函数__main_block_func_0及__main_block_desc_0的变量__main_block_desc_0_DATA

test();
对应着
((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)test)->FuncPtr)((__block_impl *)test);
总的来说意思就是通过函数指针test调用函数FnucPtr,传的参数为指针test本身。

虽然能够理解这句的意思，但是按照上面分析test的赋值方法
这里有两个疑问:
1、调用时不是应该这样调才对吗  test(test它指向__main_block_impl_0)->impl.FuncPtr,难道它跟((__block_impl *)test)->FuncPtr)是同等作用？

 2、FuncPtr（即__main_block_func_0）的参数类型不是__main_block_impl_0 *，为什么clang编译出来后是__block_impl*。其实这里不管类型是什么，它还是传了test作为参数进去，所是不会有错的。

      好了讲到这里，就可以进行一个中途简单性的总结：忽略中间的复杂分支，留下主线，当我们声明一个block变量a并为它赋值时，其实就是创建一个函数指针ptrA,再根据给block a赋值的代码生成一个静态函数，而指针ptrA就指向这个静态函数。block a调用时就是使用函数指ptrA调用生成的静态函数。

讲到这里第一部分就结束了，接下来进行第二部分。

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　　二、