Blocks是C语言的扩充功能，而Apple 在OS X Snow Leopard 和 iOS 4中引入了这个新功能“Blocks”。从那开始，Block就出现在iOS和Mac系统各个API中，并被大家广泛使用。一句话来形容Blocks，带有自动变量（局部变量）的匿名函数。

Block在OC中的实现如下：

以上介绍是Block的简要实现，接下来我们来仔细研究一下Block的捕获外部变量的特性以及__block的实现原理。

为了研究编译器的实现原理，我们需要使用 clang 命令。clang 命令可以将 Objetive-C 的源码改写成 C / C++ 语言的，借此可以研究 block 中各个特性的源码实现方式。该命令是

• 1.Block捕获外部变量实质

一.Block捕获外部变量实质

拿起我们的Block一起来捕捉外部变量吧。

说到外部变量，我们要先说一下C语言中变量有哪几种。一般可以分为一下5种：

研究Block的捕获外部变量就要除去函数参数这一项，下面一一根据这4种变量类型的捕获情况进行分析。

写出Block测试代码。

这里很快就出现了一个错误，提示说自动变量没有加__block，由于__block有点复杂，我们先实验静态变量，静态全局变量，全局变量这3类。测试代码如下：

这里就有2点需要弄清楚了
1.为什么在Block里面不加__bolck不允许更改变量？
2.为什么自动变量的值没有增加，而其他几个变量的值是增加的？自动变量是什么状态下被block捕获进去的？

为了弄清楚这2点，我们用clang转换一下源码出来分析分析。

首先全局变量global_i和静态全局变量static_global_j的值增加，以及它们被Block捕获进去，这一点很好理解，因为是全局的，作用域很广，所以Block捕获了它们进去之后，在Block里面进行++操作，Block结束之后，它们的值依旧可以得以保存下来。

接下来仔细看看自动变量和静态变量的问题。

 

 这个构造函数中，自动变量和静态变量被捕获为成员变量追加到了构造函数中。
 
 

 
 

 到此，__main_block_impl_0结构体就是这样把自动变量捕获进来的。也就是说，在执行Block语法的时候，Block语法表达式所使用的自动变量的值是被保存进了Block的结构体实例中，也就是Block自身中。
 
 

 这里值得说明的一点是，如果Block外面还有很多自动变量，静态变量，等等，这些变量在Block里面并不会被使用到。那么这些变量并不会被Block捕获进来，也就是说并不会在构造函数里面传入它们的值。
 
 

 Block捕获外部变量仅仅只捕获Block闭包里面会用到的值，其他用不到的值，它并不会去捕获。
 
 

 再研究一下源码，我们注意到__main_block_func_0这个函数的实现
 
 

 我们可以发现，系统自动给我们加上的注释，bound by copy，自动变量val虽然被捕获进来了，但是是用 __cself->val来访问的。Block仅仅捕获了val的值，并没有捕获val的内存地址。所以在__main_block_func_0这个函数中即使我们重写这个自动变量val的值，依旧没法去改变Block外面自动变量val的值。
 
 

 OC可能是基于这一点，在编译的层面就防止开发者可能犯的错误，因为自动变量没法在Block中改变外部变量的值，所以编译过程中就报编译错误。错误就是最开始的那张截图。
 
 

 小结一下：
到此为止，上面提出的第二个问题就解开答案了。自动变量是以值传递方式传递到Block的构造函数里面去的。Block只捕获Block中会用到的变量。由于只捕获了自动变量的值，并非内存地址，所以Block内部不能改变自动变量的值。Block捕获的外部变量可以改变值的是静态变量，静态全局变量，全局变量。上面例子也都证明过了。
 
 

 剩下问题一我们还没有解决。
 
 

 回到上面的例子上面来，4种变量里面只有静态变量，静态全局变量，全局变量这3种是可以在Block里面被改变值的。仔细观看源码，我们能看出这3个变量可以改变值的原因。
 
 

1. 静态全局变量，全局变量由于作用域的原因，于是可以直接在Block里面被改变。他们也都存储在全局区。
   

2. 静态变量传递给Block是内存地址值，所以能在Block里面直接改变值。

 

 根据官方文档我们可以了解到，苹果要求我们在自动变量前加入 __block关键字(__block storage-class-specifier存储域类说明符)，就可以在Block里面改变外部自动变量的值了。
 
 

 总结一下在Block中改变变量值有2种方式，一是传递内存地址指针到Block中，二是改变存储区方式(__block)。
 
 

 先来实验一下第一种方式，传递内存地址到Block中，改变变量的值。
 
 

 
 

 看结果是成功改变了变量的值了，转换一下源码。
 
 

 在__main_block_func_0里面可以看到传递的是指针。所以成功改变了变量的值。
 
 

 至于源码里面的copy和dispose下一节会讲到。
 
 

 改变外部变量值的第二种方式是加 __block这个放在第三章里面讨论，接下来我们先讨论一下Block的copy的问题，因为这个问题会关系到 __block存储域的问题。
 
 

 
 

 
 

 先来说明一下3者的区别。
 
 

1.从捕获外部变量的角度上来看

• 只用到外部局部变量、成员属性变量，且没有强指针引用的block都是StackBlock。
  StackBlock的生命周期由系统控制的，一旦返回之后，就被系统销毁了。

• 有强指针引用或copy修饰的成员属性引用的block会被复制一份到堆中成为MallocBlock，没有强指针引用即销毁，生命周期由程序员控制

 

 
 

 
 

 
 

 所以在ARC环境下，3种类型都可以捕获外部变量。
 
 

2.从持有对象的角度上来看：

 

 


 

 由于_NSConcreteStackBlock所属的变量域一旦结束，那么该Block就会被销毁。在ARC环境下，编译器会自动的判断，把Block自动的从栈copy到堆。比如当Block作为函数返回值的时候，肯定会copy到堆上。
 


 

 


 

 以上4种情况，系统都会默认调用copy方法把Block赋复制
 


 

 但是当Block为函数参数的时候，就需要我们手动的copy一份到堆上了。这里除去系统的API我们不需要管，比如GCD等方法中本身带usingBlock的方法，其他我们自定义的方法传递Block为参数的时候都需要手动copy一份到堆上。
 


 

 copy函数把Block从栈上拷贝到堆上，dispose函数是把堆上的函数在废弃的时候销毁掉。
 


 

 上面是源码中2个常用的宏定义和4个常用的方法，一会我们就会看到这4个方法。
 


 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 


 
 
 
 
 
 
 

 上面这一段是Block_release的一个实现，实现了怎么释放一个Block。对应有6个步骤。
 


 

 上述2个方法的详细解析可以看这篇
 


 

 回到上一章节中最后的例子，字符串的例子中来，转换源码之后，我们会发现多了一个copy和dispose方法。
 


 

 


 

 相应的增加了2个方法。
 


 

 

 我们继续研究一下__block实现原理。
 
 

 

 先来看看普通变量的情况。
 
 

 把上述代码用clang转换成源码。
 
 

 从源码我们能发现，带有 __block的变量也被转化成了一个结构体__Block_byref_i_0,这个结构体有5个成员变量。第一个是isa指针，第二个是指向自身类型的__forwarding指针，第三个是一个标记flag，第四个是它的大小，第五个是变量值，名字和变量名同名。
 
 

 

 源码中是这样初始化的。__forwarding指针初始化传递的是自己的地址。然而这里__forwarding指针真的永远指向自己么？我们来做一个实验。
 


 

 

 我们把Block拷贝到了堆上，这个时候打印出来的2个i变量的地址就不同了。
 


 

 地址不同就可以很明显的说明__forwarding指针并没有指向之前的自己了。那__forwarding指针现在指向到哪里了呢？
 


 

 Block里面的__block的地址和Block的地址就相差1052。我们可以很大胆的猜想，__block现在也在堆上了。
 


 

 出现这个不同的原因在于这里把Block拷贝到了堆上。
 


 

 由第二章里面详细分析的，堆上的Block会持有对象。我们把Block通过copy到了堆上，堆上也会重新复制一份Block，并且该Block也会继续持有该__block。当Block释放的时候，__block没有被任何对象引用，也会被释放销毁。
 


 

 


 
 

 


 

 这里还有一个需要注意的地方。还是从例子说起：
 


 

 

 结果和之前copy的例子完全不同。
 


 

 Block在捕获住__block变量之后，并不会复制到堆上，所以地址也一直都在栈上。这与ARC环境下的不一样。
 


 

 


 

 感谢@酷酷的哀殿 指出错误，感谢@bestswifter 指点。上述说法有点不妥，详细见文章末尾更新。
 


 

 


 

 


 
 

 至此，文章开头提出的问题一，也解答了。__block的实现原理也已经明了。
 


 

 

 我们把上面的代码转换成源码研究一下：
 


 

 首先需要说明的一点是对象在OC中，默认声明自带__strong所有权修饰符的，所以main开头我们声明的
 


 

 


 

 在转换出来的源码中，我们也可以看到，Block捕获了__block，并且强引用了，因为在__Block_byref_block_obj_0结构体中，有一个变量是id block_obj，这个默认也是带__strong所有权修饰符的。
 


 

 根据打印出来的结果来看，ARC环境下，Block捕获外部对象变量，是都会copy一份的，地址都不同。只不过带有__block修饰符的变量会被捕获到Block内部持有。
 


 

 我们再来看看MRC环境下的情况，还是将上述代码的例子运行在MRC中。
 


 

 


 

 

 


 

 


 

 在MRC环境下，__block根本不会对指针所指向的对象执行copy操作，而只是把指针进行的复制。
而在ARC环境下，对于声明为__block的外部对象，在block内部会进行retain，以至于在block环境内能安全的引用外部对象，所以才会产生循环引用的问题！
 


 

 

 关于Block捕获外部变量有很多用途，用途也很广，只有弄清了捕获变量和持有的变量的概念以后，之后才能清楚的解决Block循环引用的问题。
 
 

 再次回到文章开头，5种变量，自动变量，函数参数 ，静态变量，静态全局变量，全局变量，如果严格的来说，捕获是必须在Block结构体__main_block_impl_0里面有成员变量的话，Block能捕获的变量就只有带有自动变量和静态变量了。捕获进Block的对象会被Block持有。
 
 

 对于非对象的变量来说，
 
 

 自动变量的值，被copy进了Block，不带__block的自动变量只能在里面被访问，并不能改变值。

 
 

 带__block的自动变量 和 静态变量 就是直接地址访问。所以在Block里面可以直接改变变量的值。

 
 

 而剩下的静态全局变量，全局变量，函数参数，也是可以在直接在Block中改变变量值的，但是他们并没有变成Block结构体__main_block_impl_0的成员变量，因为他们的作用域大，所以可以直接更改他们的值。
 
 

 值得注意的是，静态全局变量，全局变量，函数参数他们并不会被Block持有，也就是说不会增加retainCount值。
 
 

 
 

 在MRC环境下，__block根本不会对指针所指向的对象执行copy操作，而只是把指针进行的复制。
而在ARC环境下，对于声明为__block的外部对象，在block内部会进行retain，以至于在block环境内能安全的引用外部对象。
 
 

 
 

 
 

 
 

 
 

 
 

 

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　　彼得处方NO.3：如何走出不断膨胀的层级组织的金字塔 237
　　彼得处方NO.4：如何克服不断膨胀的层级组织带来的问题 242