《Objective-C高级编程 iOS与OS X多线程与内存管理》11

2019-01-15

Blocks篇：2.Blocks的调用过程及其对象本质

Blocks实际上是通过支持Block的编译器，将其转换为标准的C代码进行编译。

我们可以使用clang的“-rewrite-objc”命令，将包含Block的源代码转换为C++代码，帮助理解。
1. Blocks的调用过程
多说无用，来个最简单的栗子说明吧：

// main.m
int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        // 声明并赋值myBlock
        void (^myBlock)(void) = ^{
            printf("Hello Block~\n");
        };
        // 调用myBlock
        myBlock();
    }
    return 0;
}

使用”clang -rewrite-objc main.m“转换后的代码为：

// main.cpp
/** Block结构体 */
struct __block_impl {
  /** 类型指针 */
  void *isa;
  int Flags;
  int Reserved;
  /** 函数指针 */
  void *FuncPtr;
};
/** Block变量完整结构体声明 */
struct __main_block_impl_0 {
    /** Block结构体实例 */
    struct __block_impl impl;
    /** 描述信息对象指针 */
    struct __main_block_desc_0* Desc;
    
    /** 本结构体的构造函数 */
    __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, int flags=0) {
        impl.isa = &_NSConcreteStackBlock; // isa指针赋值，即证明了Block是“对象”（由于默认clang没有开启ARC，ARC下这里是__NSGlobalBlock__，即_NSConcreteGlobalBlock）
        impl.Flags = flags;
        impl.FuncPtr = fp; // 函数指针赋值
        Desc = desc; // 描述信息指针赋值
    }
};
/** Block中真正的函数体 */
static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
    printf("Hello Block~\n");
}
/** Block描述结构体声明，并实例化 */
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)};
// 原main函数
int main(int argc, const char * argv[]) {
    /* @autoreleasepool */ 
    { 
        __AtAutoreleasePool __autoreleasepool; 
        
        // 声明了myBlock的C函数指针
        // 指向了__main_block_impl_0的结构体实例
        void (*myBlock)(void) = ((void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA));
        
        // 使用__block_impl实例中的函数指针FuncPtr进行函数调用（传入__block_impl实例的指针作为参数）
        // 即为原 myBlock()
        ((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)myBlock)->FuncPtr)((__block_impl *)myBlock);
    }
    return 0;
}

以上代码中，在main函数中，简化后的myBlock声明为：

// 创建 __main_block_impl_0结构体实例
struct __main_block_impl_0 tmp = __main_block_impl_0(__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA);
// 赋值给__main_block_impl_0结构体的指针
struct __main_block_impl_0 *myBlock = &tmp;

简化后的myBlock调用为：

// 获取结构体实例中的myImpl成员
 __block_impl myImpl = (*myBlock).impl;
 // myImpl的FuncPtr成员即为真正的函数指针，直接进行调用并传参
 (myImpl.FuncPtr)(*myBlock);

由此，在编译期间，我们了解了Blocks的声明和整个调用过程：

系统在原声明Block的生命周期外，生成静态的相关Block结构体、描述信息结构体和执行函数等。

在原声明Block的生命周期内部，使用相关结构体创建并生成Block的实例。

根据生成的Block实例，找到其中的C函数指针，进行调用。

2.Blocks是对象

对于Block变量的本质，上面代码中可以看出：

在Block的结构体__block_impl中，包含了isa成员变量，是（void *）类型；

isa变量在初始化Block时，赋值的是_NSConcreteStackBlock的地址；

2.1 isa

我们知道，isa标识的是OC对象的类型。在objc-private.h中可以找到声明：

// objc_object
struct objc_object {
private:
    isa_t isa;
public:
    ...
}
// isa_t
union isa_t {
    ...
    
    // 指向的是对应的Class
    Class cls;
    ...
}
/** id是objc_object结构体指针（id即为OC对象）*/
typedef struct objc_object *id;
/** Class是objc_class结构体指针 */
typedef struct objc_class *Class;
// objc_class
struct objc_class : objc_object {
    // Class ISA;
    Class superclass;
    
    ...
}

在以上代码中可以看到：

id（我们说的OC对象），即objc_object结构体指针，其类型的实质，就是isa联合体的cls成员，也就是指向的Class；

由于objc_class“继承”了objc_object结构体，故其中也包含了isa成员，即“类”也标识了自己所属的类（metaclass，说多了…）。

2.2 _NSConcreteStackBlock类型

对于_NSConcreteStackBlock，我们可以在main.cpp中找到其声明：

// Runtime copy/destroy helper functions (from Block_private.h)
#ifdef __OBJC_EXPORT_BLOCKS
...
extern "C" __declspec(dllexport) void *_NSConcreteGlobalBlock[32];
extern "C" __declspec(dllexport) void *_NSConcreteStackBlock[32];
#else
...
__OBJC_RW_DLLIMPORT void *_NSConcreteGlobalBlock[32];
__OBJC_RW_DLLIMPORT void *_NSConcreteStackBlock[32];
#endif

可以看到，_NSConcreteStackBlock声明的是一个数组的指针。

而在GNUStep的开源版本中，我们找到了直接支持”Block是对象“的证据：

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struct objc_class _NSConcreteGlobalBlock;
struct objc_class _NSConcreteStackBlock;
struct objc_class _NSConcreteMallocBlock;

故我们可以将Block看做是OC对象。