objective-C Block对象

block对象简介及语法

什么是block?

block对象是一组指令,可以像调用函数指令那样调用block对象。block对象结合了面向对象和面向过程编程的特点。

如何声明一个block对象变量?

因为block是对象,所以可以使用指针变量指向某个block变量。
block变量的类型指明了其应指向的block对象类型,其中包含实参和返回值。代码示例如下:

int (^adder)(int a, int b);

这行代码声明了一个名为adder的block变量,其指向的block对象应该有两个int实参,返回值也应该是int类型。^符号代表adder是block变量,而不是普通的指针变量。更多示例:

void (^foo)(void);
void (^jump)(Hurdle *);
int (^double)(int);  //声明时可以忽略实参参数名

Block对象的声明语法与C语言的函数声明语法类似,差别是要在变量前增加一个^符号,并与变量名一起用圆括号括起来。

如何定义block对象?

变量只能保存若干字节长度的数值,无法保存对象本身。例如,int变量可以保存数字,NSString *变量可以保存某个NSString对象的地址。Block变量也是这样,它只能保存某个block变量的地址。

创建block对象的示例:

^int(int x, int y) {
    return x + y;
};

通常情况下,应将新创建的block对象立即赋给某个block变量。(也可以将其作为实参传入某个方法。)示例:

int (^adder)(int, int) = ^int(int x, int y) {
    return x + y;
};

以上代码创建了一个名为adder的block变量,并指向了一个新创建的block对象,该对象有两个int类型实参,并会返回两个参数的和。

如何执行某个block对象?

为block变量赋值后,就可以使用了。使用方法就像调用C函数那样调用block变量,以执行该block变量指向的block对象。示例:

int sum = adder(2, 5);

注意:

  1. block变量只能指向其类型匹配的block对象;
  2. 如果实现文件需要调用某个block对象,就必须有一个指向该block对象的变量;
  3. 如果某个方法创建了一个block对象,而另一个方法需要执行该block对象时,就必须将该block对象的变量作为实参传给后者;
  4. 作为实参的block对象写法为:xxx:(int ^(int, int)) adder,参数名应声明实参类型的括号后面。

捕获变量(Variable Capturing)

block对象有一个很有用的特性,就是捕获对象。
与函数类似,block对象也能使用传入的实参并声明局部变量。

int (^adder)(int, int) = ^(int x, int y) {
    int sum = x +y;
    return sum;
}

这段代码中,sum是局部变量,可以在block对象内部使用。xy都是block对象的实参,所以也能在block内部使用。

此外,block对象也可以使用其封闭作用域(enclosing scope)内的所有变量。对于声明了某个block对象的方法,该方法的作用域就是这个block对象的封闭作用域。因此,这个block对象可以访问该方法的所有局部变量、传入该方法的实参以及传入当前对象的实例变量。

当某个block对象访问了一个在该block对象之前声明的变量时,可以称该block捕获了这个变量。在下图代码中,应用会将val的值拷贝至block对象的内存。当应用执行该block对象时,无论最初val的值是否发生变化,都会使用当时赋值时刻的值。一旦block对象捕获了某个变量,该变量之后的变化不会对block对象中的val产生任何影响。(在method方法返回的那一刻,最初的局部变量val会被释放。)

捕获的变量会被拷贝至Block对象

block可以捕获任意类型的变量,也包括指向对象的指针。因此,block对象代码通过封闭作用域中的指针,向某个对象发送消息。

每个iOS应用都有一个主操作队列(main operation queue)。从本质上看,该队列中的操作都将成为循环中的事件,每次循环弹出一个。如下图。

NSOperationQueue

我们可以用block对象来构成操作,所以也可以将block对象加入主操作队列。应用会在某个运行循环中执行该block对象。加入操作队列的block对象不能有返回值,也不能有任何实参。示例:

- (BOOL)application:(UIApplication *)application didFinishLaunchingWithOptions:(NSDictionary *)launchOptions {
    NSString *string = @"hello, world!";
    
    [[NSOperationQueue mainQueue] addOperationWithBlock:^{
        NSLog(@"%lu", (unsigned long)[string length]);
    }];
    
    NSLog(@"About to exit method...");
    
    return YES;
}

输出结果:

2014-12-16 17:40:31.644 Blocky[10442:2458003] About to exit method...
2014-12-16 17:40:31.670 Blocky[10442:2458003] 13

我们看到,控制台首先输出方法返回之前的退出信息,然后再显示字符串长度的计算结果。对当前的运行循环,可能需要先完成视图的绘制工作并释放相应的对象,再执行某个block 。

那么问题来了... ,string是指向@"hello world!"对象的唯一指针,当应用执行完application: didFinishLaunchingWithOptions:方法后,不会立刻执行block对象,但是string变量已经不存在了,字符串对象会被释放。但事实上,字符串对象依然存在。这是因为,block对象会针对其封闭作用域内的所有对象,保留强引用类型的引用。block对象会保留对该字符串对象的最后一个强引用,当应用释放block时,也会失去这最后一个应用。

block的典型应用(Typical Block Usage)

block最常见的一种用途使用来实现回调。可以将这种block对象看成是针对某个事件的一次性回调,而且该事件可以在将来的某个时刻发生。通常会将这种用途的block对象称为completion block

相对对delegate和target-action,使用completion block会简单很多。block对象是一种不依赖对象的回调。以NSArray为例,它有一个sortedArrayUsingComparator:方法。

NSArray *array = @[@"you", @"me", @"they"];

NSArray *sorted = [array sortedArrayUsingComparator:^NSComparisonResult(id obj1, id obj2) {
    if ([obj1 length] < [obj2 length])
        return NSOrderedDescending;
    else if ([obj1 length] > [obj2 length])
        return NSOrderedAscending;
    return NSOrderedSame;
}];

NSLog(@"%@", sorted);

block对象还有很多用途,例如串联执行不同的代码(一个block对象调用另一个block对象,这个block对象再调用另一个block对象)。此外,block对象还可以帮助应用充分利用多个CPU内核,同步执行多段代码。

深入学习:__block、简化语法与内存管理(For the more Curious: The __block Modifier, Abbreviated Syntax, and Memory)

编译器可以根据block对象中的return语句,自动判断返回类型。所以可以忽略返回类型。如果没有实参也可以忽略实参。例如:

void (^block)(void) = ^{
    NSLog(@"I'm a silly block.");
};

但是在声明block变量时,不能忽略返回类型和实参列表。

如果某个变量是用__block修饰的,应用就会在一块特殊的内存空间中保留该变量:既不是当前栈,也不是block自身的内存空间。这意味着可以有多个block对象修改同一个__block变量。示例:

__block int counter = 0;
void (^block)(void) = ^{
    counter ++;
    NSLog(@"Counter is now at %d", counter);
};

block();
block();
block();

控制台会输出:

2014-12-16 18:26:00.672 Blocky[10555:2477295] Counter is now at 1
2014-12-16 18:26:00.673 Blocky[10555:2477295] Counter is now at 2
2014-12-16 18:26:00.673 Blocky[10555:2477295] Counter is now at 3

block内存管理

应用会将新创建block对象保存在栈中。这意味着,即使应用针对新创建的block对象保留了强引用指针,一旦创建该对象的方法返回,新创建的block对象一样会被释放。
要解决这个问题,就要向block对象发送copy消息,执行拷贝操作。如果收到copy消息的block对象已经位于堆中的拷贝,就只会增加一个指向该对像的强引用,不会重复copy。
在Objective-C支持ARC之前,忘记copy是很严重的问题。但是支持ARC之后,编译器能够对block对象执行更多的自动处理:即使应用只是将某个的block对象赋给一个强引用特性的指针变量,并没有执行copy操作,编译器也会自动地完成copy工作。


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