Block（二）本质与变量捕获

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一、本质

如果用一句话概括，Block是一个将函数及其执行上下文封装起来的对象。

1.1 clang说Block是个对象

是对象：其内部第一个成员为isa指针；

封装了函数调用：Block内代码块，封装了函数调用，调用Block，就是调用该封装的函数；

执行上下文：Block还有一个描述Desc，该描述对象包含了Block的信息以及捕获变量的内存相关函数，及Block所在的环境上下文；

基于此，绘制了下图：

1.2 验证

项目源码 Block本质与变量截获

有以下的Block：

重写xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc BlockStruct.m，我们得到C++源码：

1.2.1 test函数

test 函数将转换为为下面代码：

test函数转换为_I_BlockStruct_test，在该函数内部，block转换的结构体为：__BlockStruct__test_block_impl_0。

1.2.2 block结构

block结构体__BlockStruct__test_block_impl_0有两个成员变量：

__block_impl：block结构体

__BlockStruct__test_block_desc_0：block描述的结构体

根据构造函数，再回过来看，如何初始化helloBlock的：

将__BlockStruct__test_block_func_0赋值给impl，__BlockStruct__test_block_desc_0_DATA赋值给Desc。

1.2.3 `__block_impl`结构

上面说的block内部代码，此处为 NSLog(@"Hello world");，封装成了__block_impl类型，传入block结构体并初始化。

下面就是block内部封装的函数实现，后文我们将其称为Block的Func：

1.2.4 block Desc结构

Block Desc描述的block的信息，包括Block大小和保留字。

后文将其称为Block的Desc。

1.2.5 调用

在分析了- (void)test 函数的结构，以及block对应的结构组成，我们再看下是如何调用block的：

helloBlock结构的第一个成员变量为__block_impl，所以helloBlock首地址，就是__block_impl impl的首地址，即可以直接转换为__block_impl类型

*(void (*)(__block_impl )) 是__block_impl 中Func的类型

*((__block_impl *)helloBlock)->FuncPtr()** 调用函数

*((__block_impl *)helloBlock)** 函数参数

二、变量截获

Block本质是一个对象，那么在Block中访问全局变量以及局部变量，这个对象又是怎么处理这些变量的呢。

我们将变量分为以下几种类型，在以下表格中的存储区域，更多可参考内存管理（一）引入：

类型	局部变量	全局变量	成员变量
定义	☞ 先定义再初始化，☞ 定义同时初始化	☞ 先定义再初始化☞ 定义同时初始化	不能在定义的同时进行初始化
访问	函数（方法）或者大括号内部访问	文件内直接访问	通过对象来访问
存储	栈全局存储区(static)text(const)	全局存储区(static)text (const)	堆
内存管理	☞ 栈中数据系统管理，会自动释放。☞ 全局存储区和Text在程序运行中一直保留	☞ 全局存储区和Text在程序运行中一直保留	☞ ARC会自动管理对象的内存☞ MRC下手动管理
其他	ㅤ	ㅤ	成员变量不能离开类，离开类之后就不是成员变量

在此，需要特别指出static修饰的静态变量：

static修饰变量，都存放在全局存储区，根据是否初始化，分别存储在data段或bss中，在程序运行中一直保留；

static修饰局部变量，其作用域为函数或方法内；

static修饰全局变量，其作用域为该文件内。

另外，上面指出的区域如下：

.bss：存放未初始化数据的全局变量，以及 static 修饰的变量；

.data：存放已经初始化的的全局变量，以及 static 修饰的变量；

.text：存放代码，以及 const 等常量，这种常量包括 const 修饰符所修饰的，以及常量字符串。

我们在本文讨论Block对象捕获基本类型的情形。另外需要提醒的是，在捕获成员变量，即访问对象中属性或直接访问对象中成员变量的情形下，Block对象会做另外的处理。我们在后面篇章Block（四）对象类型的auto变量中讨论。

2.1 各种变量如何被捕获

我们下面见根据变量修饰符，来探查Block如何捕获不同修饰符的类型变量。

auto：自动变量修饰符

static：静态修饰符

const：常量修饰符

在这三种修饰符，我们又细分为全局变量和局部变量。

我们针对变量的类型，重写成C++结构如下：

并得到如下结论：

在Block对象中捕获变量的类型基于变量类型，注意在局部变量中的异数：static变量。

auto变量捕获后，Block中变量的类型和变量原类型一致；

如变量是int类型，那么Block中：

static变量捕获后，Block对应的变量是对应变量的指针类型；

如变量是int类型，那么Block中：

2.2 `auto`

auto变量，其实就是我们平时默认在方法内部定义的变量，在此，我们定义了一个：

全局变量height；

局部变量weight；

再看重新编译C++后personInfoBlock的结构体

我们可以看出，auto变量被捕获到Block的结构体中。

看下personInfoBlock内部代码封装的函数，及Block Desc描述信息：

可以看出：

描述Block的Desc结构体未发生变化

Block Func结构也未发生变化

其中Func内部使用到的变量weight，用了在初始化Block时传入的变量，即值传递

auto int weight = 66;

height变量为全局变量，直接访问；

作为对比，我们将再看看bmiBlock有参数的情况：

可以看出，bmiBlock这种带有参数的情况下，Block并不会捕获变量，而是在使用时候，即时将新参数传入完成调用，Block最终转换的结构体和无参数且无变量的Block是非常相似。

2.3 `static`

下面我们定义了三个变量：

全局

变量：vision

局部

常量：height

变量：weight

经过测试：

上述代码，结果输出为：vision is 4, height is 170, weight is 70

注释第7、8行代码，输出：vision is 3, height is 170, weight is 80

接上面，再注释11、12行，很明显输出：vision is 5, height is 170, weight is 60

从以上测试结果我们可以得出：

Block对象能获取最新的静态全局变量和静态局部变量；

静态局部常量由于值不会更改，故没有变化；

我们来看一下，发生了什么。

为什么能获取static变量最新的值？从上面的转换中得出：

static修饰的，其作用区域不管是全局还是局部，不管是常量还是变量，均存储在全局存储区中，存在全局存储区，该地址在程序运行过程中一直不会改变，所以能访问最新值。

static修饰后：

全局变量，直接访问。

局部变量，指针访问。其中在局部变量中，又有局部静态常量，即被const修饰的。

const存放在text段中，即使被static同时修饰，也存放text中的常量区；

2.4 `const`

如下定义：

const全局变量：vision

const局部变量：height

转换后：

从上面看出：

const全局变量直接访问；

const局部变量，其实仍然是auto修饰，值传递；

参考

链接

Block Implementation Specification

Blocks Programming Topics

通过逆向深入理解 Block 的内存模型

示例代码

Block本质与变量截获