剖析Blocks的奇妙设计，解锁Objective-C代码的运行机制

2023-09-20 09:46:56

Blocks的实现奥秘

Objective-C中，Blocks是一种强大的代码块，允许在方法中定义并传递一段代码块。Block可以通过__block声明，在定义时捕获周围作用域中的变量，即使离开该作用域后仍可继续访问这些变量。在使用Blocks时，我们不需要过多关注其底层实现细节，但了解Blocks是如何工作的可以帮助我们更好地理解Objective-C代码的运行机制。

一窥Blocks的转换过程

要探究Blocks的实现机制，我们可以借助clang编译器（LLVM编译器的C语言前端）将Objective-C代码转换成可读的源代码。

假设我们有一个简单的Objective-C方法，其中包含一个Block。该方法将一个字符串参数传递给Block，Block对字符串进行修改并返回一个新的字符串。

- (NSString *)modifyString:(NSString *)string {
    __block NSString *result = string;
    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
        result = [result stringByAppendingString:@" - modified"];
    });
    return result;
}

使用clang将此代码转换为可读的源代码，我们可以看到Block的实现方式。

struct __block_impl {
    void *isa;
    int Flags;
    int Reserved;
    void *FuncPtr;
};

struct __block_impl *result = &result_local; // result_local是result的别名
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
    ((NSString *(*)(__block_impl *))result->FuncPtr)(result);
});

从转换后的C代码中，我们可以发现Block实际上是由一个结构体__block_impl声明的。该结构体包含四个成员：

isa：指向isa指针的指针，用于确定对象的类型。
Flags：标记Block的属性，例如Block是否可以捕获变量。
Reserved：保留字段。
FuncPtr：指向Block实现代码的指针。

揭示__block_impl结构体的秘密

在__block_impl结构体中，我们发现了一个名为isa的指针，指向isa指针。isa指针是Objective-C对象的一个重要组成部分，它指向一个指向objc_object结构体的指针。objc_object结构体包含对象的信息，例如对象所属的类、对象实例变量、对象方法等。

通过isa指针，我们可以找到与Block相关联的objc_object结构体。在objc_object结构体中，我们找到了object_getInstanceVariable方法，该方法允许我们访问Block捕获的变量。

NSString *str = object_getInstanceVariable(result, "result");

揭秘Blocks的运行原理

Blocks的工作原理如下：

当创建一个Block时，编译器会创建一个__block_impl结构体，并将Block的实现代码存储在FuncPtr成员中。
当执行Block时，编译器会将__block_impl结构体的地址作为参数传递给Block的实现代码。
在Block的实现代码中，使用object_getInstanceVariable方法访问Block捕获的变量。
Block执行完成后，会将结果返回给调用者。

认识__forwarding协议

在Objective-C中，__forwarding协议定义了一组方法，用于转发消息到其他对象。当一个对象收到一条它无法处理的消息时，它会将该消息转发给另一个对象，而另一个对象可以处理该消息。

Blocks使用__forwarding协议来实现消息转发。当一个Block收到一条消息时，它会将该消息转发给__block_impl结构体中的FuncPtr成员指向的实现代码。

享受Blocks的诸多优点

Blocks在Objective-C中非常有用，它具有以下优点：

代码简洁：Blocks可以简化代码，使代码更易于阅读和理解。
提高效率：Blocks可以提高代码的执行效率，因为它们可以并行执行。
可重用性：Blocks可以重用，这可以节省代码编写时间。

亲身体验：示例代码

为了让读者更深入地理解Blocks的实现机制，我们提供以下示例代码供读者亲自动手实践。

- (void)example {
    __block int value = 10;
    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
        value = 20;
    });
    NSLog(@"Value: %d", value);
}

在该示例代码中，我们定义了一个Block，并在Block中捕获了局部变量value。在Block中，我们将value的值修改为20。当Block执行完成后，我们打印value的值，可以看到value的值已经修改为20。