Block實際上是Objective-C對閉包的實現。

關于閉包的概念：

In programming languages, a closure is a function or reference to a function together with a referencing environment—a table storing a reference to each of the non-local variables (also called free variables or upvalues) of that function.

閉包是包含了非本地變量（也叫作自由變量或upvalues）的函數或函數的引用，這些變量不是在這個代碼塊內或者任何全局上下文中定義的，而是在定義代碼塊的環境中定義（局部變量）。

正文

文章的結構，將分為三個部分，具體如下：

一.閱讀C++中的Block源碼

1.最簡單的Block

2.截取自由變量的Block

3.使用__block的Block

二.3種Block對象類型

1._NSConcreteGlobalBlock

2._NSConcreteStackBloc

3._NSConcreteMallocBlock

三.循環引用ARC

一.閱讀C++中的Block源碼

Block實際上是作為極普通的C語言源代碼來處理的，通過支持Block的編譯器，含有Block語法的源代碼轉換為一般C語言編譯器能夠處理的源代碼，并作為極為普通的C語言源代碼被編譯。我們可以在終端通過clang（LLVM編譯器）將Objective-C的代碼轉換為C++源代碼，具體指令為：clang -rewrite-objc 源代碼文件名，即可在文件目錄下生成相應的同名cpp文件。

1.最簡單的Block

這是一個最簡單的block，沒有任何外部變量，只在block塊中執行一條printf語句。我們通過clang將main.m轉換為main.cpp。通過sublime text打開cpp文件，會看到將近10萬行的代碼，直接滑動到文件最下方，找到我們需要的學習的代碼，如下圖所示：

在main函數中可以看到兩行關于block的代碼，第一行是聲明、初始化blk變量，第二行則是調用block方法。blk變量被指向了一個叫做__main_block_impl_0的結構體，結構體的構造方法中要傳入兩個參數，一個是void *fp，表示函數指針，另一個是__main_block_desc_0，存儲了block的描述信息。函數指針指向的是__main_block_func_0，這是一個static函數，函數中只有一行代碼，就是我們要執行的printf語句。可以看到__main_block_func_0函數有一個傳參struct __main_block_impl_0 *__cself，表示block本身，用途類似于OC消息機制要傳入self，由于blk沒有引用外部變量，所以在當前的函數中沒有使用到__cself。__main_block_desc_0有一個靜態的結構體實例__main_block_desc_0_DATA，在初始化blk變量的時候傳入的就是這個實例，在該結構體中有保留值reserved，以及block的大小Block_size。

__main_block_impl_0中包含了一個通用struct，__block_impl。所有的block都會包含這個結構體，變量FuncPtr就是函數指針，可以看到該結構體包含了isa指針，表明Block本質上也是個OC對象。圖中isa賦值的_NSConcreteStackBlock就是其中一種Block類。

關于Block的結構，有如上一個導圖。該結構和clang分析出來的本質是一樣的，只是變量名和結構體嵌套略微不同。invoke就是函數指針，由于我們沒有使用外部變量，所以不存在variables和descriptor中的copy、dispose。

1.isa指針，所有對象都有該指針，用于實現對象相關的功能。

2.flags，用于按bit位表示一些block的附加信息，block copy的實現代碼可以看到對該變量的使用。

3.reserved，保留變量。

4.invoke，函數指針，指向具體的Block實現的函數調用地址。

5.descriptor，表示該Block的附加描述信息，主要是size大小，以及copy和dispose函數的指針。

6.variables，截取過來的變量，Block能夠訪問它外部的局部變量，就是因為將這些變量（或變量的地址）復制到了結構體中。

額外的說下，雖然結構體的嵌套有差別，但本質是一樣的，結構體本身并不帶有任何額外信息，下圖中TestA和TestB在內存上是完全一樣的：

另外再說下clang得到的cpp中關于block的調用方式：

((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)blk)->FuncPtr)((__block_impl *)blk);

這里有一個有意思的強制轉換，就是將指向__main_block_impl_0的blk強轉成子結構體__block_impl，然后直接調用__block_impl的FuncPtr（函數指針）。可以這樣強轉的原因在于__block_impl位于__main_block_impl_0的最頂部。舉個例子，如下圖所示：

上圖兩次輸出的數字分別是2和1。第二次強轉所獲得的valueB所存儲的值，實際上是TestB中的變量a，因為它是TestB最頂部的int值。結構體的本質是，我們和C語言約定了一段內存空間的長短，及其內容的安排，它和int等類型一樣，都是數據類型，其他類型怎么轉換，結構體就怎么轉換。當把TestB強轉成ValueB后，會按照ValueB的格局對該內存空間進行解釋，而這段內存的第一段長度等于int類型的空間存儲的是TestB的a的值，即為1。

2.截取自由變量的Block

我們這次在Block外部定義一個局部變量test_value，在Block的代碼塊中輸出該變量。同樣使用clang獲取cpp文件如下：

可以看到在__main_block_impl_0結構體中多了一個叫做test_value的int值。在__main_block_func_0中，首先通過__cself->test_value獲取int值，然后再進行printf輸出。注意到此處的test_value是屬于Block中的一塊內存空間，和Block外部的test_value沒有了關聯。

所謂的截取自動變量值，意味著在執行Block初始化語句時，將Block所使用的自動變量值保存到Block的結構體實例中，在Block內部修改該變量值并不能影響原先的變量。

如果在Block塊中對test_value執行賦值語句，并不能改變Block外部的test_value變量，實際上，編譯器會進行報錯。

3.使用__block的Block

對Block外部變量添加__block修飾符就可以在Block塊中對變量進行修改，我們通過clang看下它的實現原理。

這回代碼多了很多東西，可以看到__main_block_impl_0中的test_value變成了一個指向__Block_byref_test_value_0的指針。在main函數中，初始化test_value并不是簡單的新建一個int型變量，而是構造了一個__Block_byref_test_value_0的結構體。test_value變成了一個對象，在它的結構體中，屬性test_value用來存儲原先的int值，__forwarding指針指向了初始化的結構體本身，即使該結構體被拷貝到Block中，__forwarding指針仍然指向最初的那個結構體，所以使用該變量的方式是test_value->__forwarding->test_value。

二.3種Block對象類型

由于Block也是Objective-C對象，所以它有相應的類。目前有三種Block類：

NSConcreteGlobalBlock，全局的靜態Block，不會訪問任何外部變量。

NSConcreteStackBlock，保存在棧中的Block，當函數返回時會被銷毀。

NSConcreteMallocBlock，保存在堆中的Block，當引用計數為0時會被銷毀。

1.NSConcreteGlobalBlock

這種情況的block是一個global類型，在通過NSLog輸出為global類型，并且在clang的cpp文件中能看到impl的isa賦值成為了_NSConcreteGlobalBlock。

這種情況下的block仍然是global類型，通過NSLog輸出的仍然是NSGlobalBlock。但是在clang轉換的cpp中，由于clang改寫的具體實現方式和LLVM不太一樣，并且這里沒有開啟ARC，我們看到的isa指向的是stack類型。在開啟ARC時，block應該是global類型。

因為不需要對自動變量進行capture截獲，所以Block用結構體實例的內容不依賴于執行時的狀態，因此整個程序只需要一個實例。這樣就可以將Block的結構體實例放在和全局變量相同的數據區域。

判斷是否為global類型的Block可以依據以下條件：

1.記述全局變量的地方有Block語法時

2.Block語法的表達式中不使用應截獲的自動變量時

2.NSConcreteStackBlock

在MRC中調用了外部變量的Block就會是一個stack類型，在NSLog中可以看到。注意在ARC中已經不存在stack類型的Block了。

3.NSConcreteMallocBlock

當Block從棧上復制到堆上時，isa就會被修改為malloc類型。Block執行copy方法就會進行棧到堆的拷貝，若已經是malloc類的Block，則會對Block的引用計數+1，若是global類型執行copy則不起任何作用。

上圖為MRC環境下，將stack類型的block進行拷貝得到的對象就是malloc類型。

再次使用clang獲取cpp代碼，可以注意到，descriptor中有copy和dispose方法，就是在Block進行copy時對__block對象也進行引用計數操作。

棧上的__block變量會被復制到堆上，這時會將成員變量__forwarding的值替換成復制堆上的__block變量的地址

什么時候會將棧上的Block復制到堆？

在以前版本的ARC中：

1.調用Block的copy實例方法時

2.Block作為函數返回值返回時

3.將Block賦值給附有__strong修飾符id類型的類或Block類型成員變量時

4.在方法中含有usingBlock的Cocoa框架方法或GCD的API中傳遞Block時

現在，在ARC開啟的情況下，將會只有NSConcreteGlobal和NSConcreteMallocBlock類型的block。由于ARC已經能很好的處理對象的聲明周期的管理，這樣所有對象都放到堆上管理，對于編譯器實現來說，會比較方便。

查看以上代碼生成的cpp文件，__block和descriptor中都有copy和dispose方法，descriptor中的方法用來對__block實例進行引用計數操作，__block中的方法用來對array進行引用計數操作。

上兩張圖的輸出結果都是0，主要說下圖二，Block持有了__block對象，但是__block對象無法持有__weak修飾的NSArray對象，所以執行Block方法塊時NSArray對象已經被釋放。

三.循環引用

執行上方的代碼，Person的dealloc不會被調用，因為blk與Person實例相互引用了。

使用__block變量同樣不能解決循環引用，因為Block引用了__block對象，__block對象引用了self，self引用了Block。

在Block代碼塊內對__block對象賦值nil可以避免循環引用，但是如果沒有執行過Block或忘記賦值nil都會引起循環引用。使用__block的優點是，可控制變量的持有期。

使用__weak可以讓Block無法持有Person實例，從而避免了循環引用。另外，為了方式在Block執行半途時Person實例被釋放，通常在Block方法塊中先創建一個__strong的Person指針對其進行持有，當Block方法塊結束后，strongSelf就會被釋放。