全面解析Objective-C中的block代码块的使用
这篇文章主要介绍了Objective-C中的block代码块的使用,包括闭包等重要特性的讲解,需要的朋友可以参考下
1.相关概念
在这篇笔记开始之前，我们需要对以下概念有所了解。
1.1操作系统中的栈和堆
注：这里所说的堆和栈与数据结构中的堆和栈不是一回事。
我们先来看看一个由C/C++/OBJC编译的程序占用内存分布的结构：
栈区（stack）：由系统自动分配，一般存放函数参数值、局部变量的值等。由编译器自动创建与释放。其操作方式类似于数据结构中的栈，即后进先出、先进后出的原则。
例如：在函数中申明一个局部变量intb;系统自动在栈中为b开辟空间。
堆区（heap）：一般由程序员申请并指明大小，最终也由程序员释放。如果程序员不释放，程序结束时可能会由OS回收。对于堆区的管理是采用链表式管理的，操作系统有一个记录空闲内存地址的链表，当接收到程序分配内存的申请时，操作系统就会遍历该链表，遍历到一个记录的内存地址大于申请内存的链表节点，并将该节点从该链表中删除，然后将该节点记录的内存地址分配给程序。
例如：在C中malloc函数
复制代码代码如下:
charp1;p1=(char)malloc(10);
但是p1本身是在栈中的。
链表：是一种常见的基础数据结构，一般分为单向链表、双向链表、循环链表。以下为单向链表的结构图：
单向链表是链表中最简单的一种，它包含两个区域，一个信息域和一个指针域。信息域保存或显示关于节点的信息，指针域储存下一个节点的地址。
上述的空闲内存地址链表的信息域保存的就是空闲内存的地址。
全局区/静态区：顾名思义，全局变量和静态变量存储在这个区域。只不过初始化的全局变量和静态变量存储在一块，未初始化的全局变量和静态变量存储在一块。程序结束后由系统释放。
文字常量区：这个区域主要存储字符串常量。程序结束后由系统释放。
程序代码区：这个区域主要存放函数体的二进制代码。
下面举一个前辈写的例子：
复制代码代码如下:
//main.cppinta=0;//全局初始化区charp1;//全局未初始化区main{intb;//栈chars[]="abc";//栈charp2;//栈charp3="123456";//123456\0在常量区，p3在栈上staticintc=0；//全局静态初始化区p1=(char)malloc(10);p2=(char)malloc(20);//分配得来的10和20字节的区域就在堆区strcpy(p1,"123456");//123456\0在常量区，这个函数的作用是将"123456"这串字符串复制一份放在p1申请的10个字节的堆区域中。//p3指向的"123456"与这里的"123456"可能会被编译器优化成一个地址。}
strcpy函数
原型声明：externcharstrcpy(chardest,constcharsrc);
功能：把从src地址开始且含有NULL结束符的字符串复制到以dest开始的地址空间。
1.2结构体（Struct）
在C语言中，结构体(struct)指的是一种数据结构。结构体可以被声明为变量、指针或数组等，用以实现较复杂的数据结构。结构体同时也是一些元素的集合，这些元素称为结构体的成员(member)，且这些成员可以为不同的类型，成员一般用名字访问。
我们来看看结构体的定义：
复制代码代码如下:
structtag{member-list}variable-list;
struct：结构体关键字。
tag：结构体标签。
member-list：结构体成员列表。
variable-list：为结构体声明的变量列表。
在一般情况下，tag，member-list，variable-list这三部分至少要出现两个。以下为示例：
复制代码代码如下:
//该结构体拥有3个成员，整型的a，字符型的b，双精度型的c//并且为该结构体声明了一个变量s1//该结构体没有标明其标签struct{inta;charb;doublec;}s1;//该结构体拥有同样的三个成员//并且该结构体标明了标签EXAMPLE//该结构体没有声明变量structEXAMPLE{inta;charb;doublec;};//用EXAMPLE标签的结构体，另外声明了变量t1、t2、t3structEXAMPLEt1,t2[20],t3;
以上就是简单结构体的代码示例。结构体的成员可以包含其他结构体，也可以包含指向自己结构体类型的指针。结构体的变量也可以是指针。
下面我们来看看结构体成员的访问。结构体成员依据结构体变量类型的不同，一般有2种访问方式，一种为直接访问，一种为间接访问。直接访问应用于普通的结构体变量，间接访问应用于指向结构体变量的指针。直接访问使用结构体变量名.成员名，间接访问使用(结构体指针名).成员名或者使用结构体指针名->成员名。相同的成员名称依靠不同的变量前缀区分。
复制代码代码如下:
structEXAMPLE{inta;charb;};//声明结构体变量s1和指向结构体变量的指针s2structEXAMPLEs1,s2;//给变量s1和s2的成员赋值,注意s1.a和s2->a并不是同一成员s1.a=5;s1.b=6;s2->a=3;s2->b=4;
最后我们来看看结构体成员存储。在内存中，编译器按照成员列表顺序分别为每个结构体成员分配内存。如果想确认结构体占多少存储空间，则使用关键字sizeof，如果想得知结构体的某个特定成员在结构体的位置，则使用offsetof宏(定义于stddef.h)。
复制代码代码如下:
structEXAMPLE{inta;charb;};//获得EXAMPLE类型结构体所占内存大小intsize_example=sizeof(structEXAMPLE);//获得成员b相对于EXAMPLE储存地址的偏移量intoffset_b=offsetof(structEXAMPLE,b);
1.3闭包（Closure）
闭包就是一个函数，或者一个指向函数的指针，加上这个函数执行的非局部变量。
说的通俗一点，就是闭包允许一个函数访问声明该函数运行上下文中的变量，甚至可以访问不同运行上文中的变量。
我们用脚本语言来看一下：
复制代码代码如下:
functionfunA(callback){alert(callback());}functionfunB(){varstr="HelloWorld";//函数funB的局部变量，函数funA的非局部变量funA（function（）{returnstr;}）；}
通过上面的代码我们可以看出，按常规思维来说，变量str是函数funB的局部变量，作用域只在函数funB中，函数funA是无法访问到str的。但是上述代码示例中函数funA中的callback可以访问到str，这是为什么呢，因为闭包性。
2.blcok基础知识
block实际上就是Objective-C语言对闭包的实现。
2.1block的原型及定义
我们来看看block的原型：
复制代码代码如下:
NSString(^myBlock)(int);
上面的代码声明了一个block(^)原型，名字叫做myBlock，包含一个int型的参数，返回值为NSString类型的指针。
下面来看看block的定义：
复制代码代码如下:
myBlock=^(intparamA){return[NSStringstringWithFormat:@"Passednumber:%i",paramA];};
上面的代码中，将一个函数体赋值给了myBlock变量，其接收一个名为paramA的参数，返回一个NSString对象。
注意：一定不要忘记block后面的分号。
定义好block后，就可以像使用标准函数一样使用它了：
复制代码代码如下:
myBlock(7);
由于block数据类型的语法会降低整个代码的阅读性，所以常使用typedef来定义block类型。例如，下面的代码创建了GetPersonEducationInfo和GetPersonFamilyInfo两个新类型，这样我们就可以在下面的方法中使用更加有语义的数据类型。
复制代码代码如下:
//Person.h#import//DefineanewtypefortheblocktypedefNSString(^GetPersonEducationInfo)(NSString);typedefNSString(^GetPersonFamilyInfo)(NSString);@interfacePerson:NSObject-(NSString)getPersonInfoWithEducation:(GetPersonEducationInfo)educationInfoandFamily:(GetPersonFamilyInfo)familyInfo;@end
我们用一张大师文章里的图来总结一下block的结构：
2.2将block作为参数传递
复制代码代码如下:
//.h-(void)testBlock:(NSString(^)(int))myBlock;//.m-(void)testBlock:(NSString(^)(int))myBlock{NSLog(@"Blockreturned:%@",myBlock(7));}
由于Objective-C是强制类型语言，所以作为函数参数的block也必须要指定返回值的类型，以及相关参数类型。
2.3闭包性
上文说过，block实际是Objc对闭包的实现。
我们来看看下面代码：
复制代码代码如下:
#importvoidlogBlock(int(^theBlock)(void)){NSLog(@"ClosurevarX:%i",theBlock());}intmain(void){NSAutoreleasePoolpool;int(^myBlock)(void);intx;pool=[[NSAutoreleasePoolalloc]init];x=42;myBlock=^(void){returnx;};logBlock(myBlock);[poolrelease];returnEXIT_SUCCESS;}
上面的代码在main函数中声明了一个整型，并赋值42，另外还声明了一个block，该block会将42返回。然后将block传递给logBlock函数，该函数会显示出返回的值42。即使是在函数logBlock中执行block，而block又声明在main函数中，但是block仍然可以访问到x变量，并将这个值返回。
注意：block同样可以访问全局变量，即使是static。
2.4block中变量的复制与修改
对于block外的变量引用，block默认是将其复制到其数据结构中来实现访问的，如下图：
通过block进行闭包的变量是const的。也就是说不能在block中直接修改这些变量。来看看当block试着增加x的值时，会发生什么：
复制代码代码如下:
myBlock=^(void){x++;returnx;};
编译器会报错，表明在block中变量x是只读的。
有时候确实需要在block中处理变量，怎么办？别着急，我们可以用__block关键字来声明变量，这样就可以在block中修改变量了。
基于之前的代码，给x变量添加__block关键字，如下：
复制代码代码如下:
__blockintx;
对于用__block修饰的外部变量引用，block是复制其引用地址来实现访问的，如下图：
3.编译器中的block
3.1block的数据结构定义
我们通过大师文章中的一张图来说明：
上图这个结构是在栈中的结构，我们来看看对应的结构体定义：
复制代码代码如下:
structBlock_descriptor{unsignedlongintreserved;unsignedlongintsize;void(copy)(voiddst,voidsrc);void(dispose)(void);};structBlock_layout{voidisa;intflags;intreserved;void(invoke)(void,...);structBlock_descriptordescriptor;/Importedvariables.www.sm136.com/};
从上面代码看出，Block_layout就是对block结构体的定义：
isa指针：指向表明该block类型的类。
flags：按bit位表示一些block的附加信息，比如判断block类型、判断block引用计数、判断block是否需要执行辅助函数等。
reserved：保留变量，我的理解是表示block内部的变量数。
invoke：函数指针，指向具体的block实现的函数调用地址。
descriptor：block的附加描述信息，比如保留变量数、block的大小、进行copy或dispose的辅助函数指针。
variables：因为block有闭包性，所以可以访问block外部的局部变量。这些variables就是复制到结构体中的外部局部变量或变量的地址。
3.2block的类型
block有几种不同的类型，每种类型都有对应的类，上述中isa指针就是指向这个类。这里列出常见的三种类型：
_NSConcreteGlobalBlock：全局的静态block，不会访问任何外部变量，不会涉及到任何拷贝，比如一个空的block。例如：
复制代码代码如下:
#includeintmain(){^{printf("Hello,World!\n");}();return0;}_NSConcreteStackBlock：保存在栈中的block，当函数返回时被销毁。例如：
#includeintmain(){chara=''A'';^{printf("%c\n",a);}();return0;}
_NSConcreteMallocBlock：保存在堆中的block，当引用计数为0时被销毁。该类型的block都是由_NSConcreteStackBlock类型的block从栈中复制到堆中形成的。例如下面代码中，在exampleB_addBlockToArray方法中的block还是_NSConcreteStackBlock类型的，在exampleB方法中就被复制到了堆中，成为_NSConcreteMallocBlock类型的block：
复制代码代码如下:
voidexampleB_addBlockToArray(NSMutableArrayarray){charb=''B'';[arrayaddObject:^{printf("%c\n",b);}];}voidexampleB(){NSMutableArrayarray=[NSMutableArrayarray];exampleB_addBlockToArray(array);void(^block)()=[arrayobjectAtIndex:0];block();}
总结一下：
_NSConcreteGlobalBlock类型的block要么是空block，要么是不访问任何外部变量的block。它既不在栈中，也不在堆中，我理解为它可能在内存的全局区。
_NSConcreteStackBlock类型的block有闭包行为，也就是有访问外部变量，并且该block只且只有有一次执行，因为栈中的空间是可重复使用的，所以当栈中的block执行一次之后就被清除出栈了，所以无法多次使用。
_NSConcreteMallocBlock类型的block有闭包行为，并且该block需要被多次执行。当需要多次执行时，就会把该block从栈中复制到堆中，供以多次执行。
3.3编译器如何编译
我们通过一个简单的示例来说明：
复制代码代码如下:
#importtypedefvoid(^BlockA)(void);__attribute__((noinline))voidrunBlockA(BlockAblock){block();}voiddoBlockA(){BlockAblock=^{//Emptyblock};runBlockA(block);}
上面的代码定义了一个名为BlockA的block类型，该block在函数doBlockA中实现，并将其作为函数runBlockA的参数，最后在函数doBlockA中调用函数runBloackA。
注意：如果block的创建和调用都在一个函数里面，那么优化器(optimiser)可能会对代码做优化处理，从而导致我们看不到编译器中的一些操作，所以用__attribute__((noinline))给函数runBlockA添加noinline，这样优化器就不会在doBlockA函数中对runBlockA的调用做内联优化处理。
我们来看看编译器做的工作内容：
复制代码代码如下:
#import__attribute__((noinline))voidrunBlockA(structBlock_layoutblock){block->invoke();}voidblock_invoke(structBlock_layoutblock){//Emptyblockfunction}voiddoBlockA(){structBlock_descriptordewww.visa158.comscriptor;descriptor->reserved=0;descriptor->size=20;descriptor->copy=NULL;descriptor->dispose=NULL;structBlock_layoutblock;block->isa=_NSConwww.hunanwang.neteteGlobalBlock;block->flags=1342177280;block->reserved=0;block->invoke=block_invoke;block->descriptor=descriptor;runBlockA(&block);}
上面的代码结合block的数据结构定义，我们能很容易得理解编译器内部对block的工作内容。
3.4copy()和dispose()
上文中提到，如果我们想要在以后继续使用某个block，就必须要对该block进行拷贝操作，即从栈空间复制到堆空间。所以拷贝操作就需要调用Block_copy()函数，block的descriptor中有一个copy()辅助函数，该函数在Block_copy()中执行，用于当block需要拷贝对象的时候，拷贝辅助函数会retain住已经拷贝的对象。
既然有有copy那么就应该有release，与Block_copy()对应的函数是Block_release()，它的作用不言而喻，就是释放我们不需要再使用的block，block的descriptor中有一个dispose()辅助函数，该函数在Block_release()中执行，负责做和copy()辅助函数相反的操作，例如释放掉所有在block中拷贝的变量等。
4.下面来看几个具体的运行示例：4.1参数是NSString的代码块
复制代码代码如下:
void(^printBlock)(NSStringx);printBlock=^(NSStringstr){NSLog(@"print:%@",str);};printBlock(@"helloworld!");
运行结果是：print:helloworld!4.2代码用在字符串数组排序
复制代码代码如下:
NSArraystringArray=[NSArrayarrayWithObjects:@"abc1",@"abc21",@"abc12",@"abc13",@"abc05",nil];NSComparatorsortBlock=^(idstring1,idstring2){return[string1compare:string2];};NSArraysortArray=[stringArraysortedArrayUsingComparator:sortBlock];NSLog(@"sortArray:%@",sortArray);
运行结果：
1
2
3
4
5
6
7 sortArray:(
"abc05",
"abc1",
"abc12",
"abc13",
"abc21"
) 4.3代码块的递归调用代码块想要递归调用，代码块变量必须是全局变量或者是静态变量，这样在程序启动的时候代码块变量就初始化了，可以递归调用
复制代码代码如下:
staticvoid(^constblocks)(int)=^(inti){if(i>0){NSLog(@"num:%d",i);blocks(i-1);}};blocks(3);
运行打印结果：
1
2
3 num:3
num:2
num:1 4.4在代码块中使用局部变量和全局变量在代码块中可以使用和改变全局变量
复制代码代码如下:
intglobal=1000;intmain(intargc,constcharargv[]){@autoreleasepool{void(^block)(void)=^(void){global++;NSLog(@"global:%d",global);};block();NSLog(@"global:%d",global);}return0;}
运行打印结果：
1
2 global:1001
global:1001 而局部变量可以使用，但是不能改变。
复制代码代码如下:
intlocal=500;void(^block)(void)=^(void){//local++;NSLog(@"local:%d",local);};block();NSLog(@"local:%d",local);
在代码块中改变局部变量编译不通过。怎么在代码块中改变局部变量呢？在局部变量前面加上关键字：__block
复制代码代码如下:
__blockintlocal=500;void(^block)(void)=^(void){local++;NSLog(@"local:%d",local);};block();NSLog(@"local:%d",local);
运行结果：
1
2 local:501
local:501
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