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2012年9月7日 星期五

Blocks


轉貼：http://lldong.github.com/blog/2011/12/30/blocks/
从Mac OS X 10.6以及iOS 4开始，苹果在GCC和Clang编译器中为C语言引入了一个新扩展:Blocks，使得程序员可以在C、Objective-C、C++和Objective-C中使用闭包。Blocks有点像函数，但是它可以在其它函数或方法中进行声明和定义，同时它还是匿名的（匿名函数），并可以捕获其所在作用域中的变量（闭包特性)。

Blocks的语法

Blocks和C语言中的函数指针有点类似，如果你了解函数指针的话你会发现Blocks的会很容易掌握。下面分别是一个C函数指针和一个Blocks的声明：
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int (*foo)(int, int);

int (^foo)(int, int);

它们都是接受两个int类型的参数并且返回一个int值，唯一的区别就是函数指针声明中的*变成了^。根据苹果的说法，之所以选用^是因为它是C++中唯一不能被重载的运算符号。此外，由于两者的声明都过于烦琐，所以你可以像C中一样利用typedef为该类型起一个别名，方便你在代码中使用：
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typedef int (*Fp)(int, int);
Fp foo;

typedef int (^Block)(int, int);
Block foo;

接下来看看如何定义一个Block：
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Block sum = int ^(int x, int y) { return x   y; };

其中^标志着这是一个Block定义，在它前面是其返回值的类型，括号中是其接受的各个参数，而Block的主体则位于{}中。由于编译器可以自动推断Block的返回类型，所以^前面的返回类型可以略去不写，同时，如果该Block没有接受任何参数，括号的部分也可以省略；
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Block sum = ^(int x, int y) { return x   y; }

void (^bar)(void) = ^ { printf("Hello World!\n"); }

Blocks的基本用法

执行一个Block和调用一个C函数一样
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sum(2, 3);      // 输出 5

此外，在Objective-C中一个Block同时也是一个对象，它也有一个isa指针指向它的类对象。这意味着你能够对它发送诸如-copy、-release和retain等消息。
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[sum copy];

Blocks具有闭包的特性，所以可以用它来捕获其所在作用域中的变量：
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void testBlock() {
    int a = 1;
    int b = 2;

    int (^aBlock)(void) = ^ { return a   b; };

    printf("%d\n", aBlock());   // 输出 3

    a = 0;
    printf("%d\n", aBlock());   // 还是输出 3
}

需要注意的是，两次输出的值都为3，即使在第二次输出前我们已经将a的值赋为0。这是因为在定义aBlock时编译器已经对a和b的值作了一个const拷贝（你不能在aBlock中修改a的值）并保存，导致后续外部对a的修改没有影响到aBlock的执行结果。如果想在aBlock中通过引用访问a或者修改a的值，你需要在a的声明前加上一个限定词__block：
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void testBlock() {
    __block int a = 1;
    int b = 2;

    int (^aBlock)(void) = ^ { return a   b; };

    a = 0;
    printf("%d\n", aBlock());   // 输出 2
}

这样，使用该限定词的变量会通过引用的方式传入Block，使得它的值可以在Block执行后被修改。这样的变量通常是保存在栈中的，但是如果引用该变量的Block被拷贝，它也会随之被拷贝到堆中。

Blocks的内存管理

编译后Block中代码的存储和加载方式其实和普通的函数一样，但是它还需要额外的空间去保存其所捕获的变量，也就是说，Block中所引用的变量需要被拷贝到一块其私有的内存中去。当你声明定义了一个Block时，它的这块私有内存空间是分配在栈中。所以默认情况下当定义Block的方法或函数返回后这块内存也会随之失效。所以当你需要返回一个Block时，你需要显式地用Block_copy()（如果该Block已经在堆中，它的retain count将会加1）将拷贝到堆中。由于在Objective-C中Block也是一个对象，所以你也可以对它发送-copy消息来达到同样地效果。既然有一个拷贝的过程，那么当你使用完毕的时候也需要调用用Block_release()进行对应的释放操作，同理，在Objective-C中也可对其发送-release消息。需要注意的一点是下面这种情况也会导致一个Block的私有存储空间失效：
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typedef void(^Block)(void);
void foo() {
    Block aBlock;
    if (condition) {
        aBlock = ^ { ... };
    }
    else {
        aBlock = ^ { ... };
    }
    ...
    // 此时aBlock已经指向一块无效的内存
}

上面讲到在Objective-C中Block也是一个对象，所以你可以对其发送-copy、-retain、-copy甚至-autorelease等消息进行对应的内存管理。但是在Objective-C中Block有一点不同，它会对所引用的NSObject对象自动进行retain操作（当Block销毁时这些对象也会被release），包括其它Block。所以你也可以利用这个特性使得一个非继承自NSObject的对象被自动retain，方法就是在该对象的声明加上__attribute__((NSObject))。 需要注意的是，如果你引用的是一个实例变量，它会直接对self进行retain，这有时候有可能会产生一个引用环（两个或以上的对象之间直接或间接地互相引用）并导致内存泄露。解决的方法是：当需要在Block中访问实例变量的时候，创建一个指向self的指针，并对其使用__block修饰符，这样self不会被自动retain：
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- (void)foo {
    __block id blockSelf = self;
    ^ {
        blockSelf->bar = 3;
    }
}

因为使用__block修饰符的对象指针的值在Block中是可以被修改的，如果Block自动retain该指针指向的对象，一旦其指针值被修改时应该怎么办呢？而苹果的做法就是干脆不自动retain它。
在Objective-C中还要注意，虽然Block对象可以接受-retain消息，但是对于一个存在于栈中的Block发送该消息是没有效果的。所以，当你要将Blocks对象保存到字典或数组中去之前，需要先执行相应的拷贝操作（因为NSArray或NSDictionary之类容器会自动retain存入的对象）。同理，对一个已经拷贝到堆中的Block发送-copy消息也是不会真正执行拷贝，只是将其引用计数加1，这也意味着拷贝一个Block和重新创建一个一样的Block是不一样的，通过拷贝得到的Block会共享所有声明为__block的变量，所以如果你想要一个全新的Block，你需要重新创建一次。

总结

Blocks是非常好用的工具，其闭包特性可以让代码更为简洁，比如在使用GCD这类需要指定回调的API的时候（不过使用GCD并不非要用Blocks）。Apple在Cocoa框架中已经加入了很多使用Blocks的API，你也可以在已有API的基础上进行封装使其支持Blocks（比如BlocksKit)，方便使用。
張貼者： 於
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