objective-c block 详解

Block

Apple 在C, Objective-C, C++加上Block這個延申用法。目前只有Mac 10.6 和iOS 4有支援。Block是由一堆可執行的程式組成，也可以稱做沒有名字的Function (Anonymous function)。如果是Mac 10.6 或 iOS 4.0 之前的平台可以利用 http://code.google.com/p/plblocks/ 這個project得以支援Block語法。
Apple有一個叫做GCD(Grand Central Dispach)的新功能，用在同步處理(concurrency)的環境下有更好的效率。Block語法產生的動機就是來自於GCD，用Block包好 一個工作量交給GCD，GCD有一個宏觀的視野可以來分配CPU，GPU，Memory的來下最好的決定。

Block 簡介

Block其實行為和Function很像，最大的差別是在可以存取同一個Scope的變數值。
Block 實體會長成這樣

^( 傳入參數列 ) { 行為主體 } ;

Block實體開頭是"^"，接著是由小括號所包起來的參數列 (比如 int a, int b, float c)，行為的主體 由大括號包起來，專有名詞叫做block literal。行為主體 可以用return回傳值，型別會被compiler自動辦識出來。如果沒有參數列要這樣寫(void)。
看個列子

^(int a ) {return a*a; };

這是代表Block會回傳輸入值的平方值(int a 就是參數列 ，return a*a; 就是行為主體 )。記得主體裡最後要加";"因為是敘述，而整個{}最後也要要加";"因為Block是個物件實體。
用法就是

int result = ^(int a) {return a*a; } (5);

很怪吧。後面小括號裡的5 會被當成a的輸入值然後經由Block輸出5*5 = 25指定給result這個變數。
有沒有簡單一點的方法不然每次都要寫這麼長？有。接下來要介紹一個叫Block Pointer 的東西來簡化我們的寫法。
Block Pointer 是這樣宣告的

回傳值 (^ 名字) ( 參數列) ;

直接來看一個列子

int (^square ) (int); 

// 有一個叫square 的Block Pointer ，其所指向的Block是有一個int 輸入和 int 輸出

square = ^(int a ) {return a*a ;}; // 將剛剛Block 實體指定給 square

使用Block Pointer的例子

int result = square(5); // 感覺上不就是funtion的用法嗎？

也可以把Block Pointer當成參數傳給一個function，比如說

void myFuction( int (^mySquare) (int) ); // function 的宣告，

傳入一個有一個int輸入和int輸出的Block 型別的參數
呼叫這個myFunction的時候就是這樣呼叫

int (^mySqaure) (int) = ^(int a) {return a*a;};

// 先給好一個有實體的block pointer叫mySquare

 

myFunction( mySqaure ) ; //把mySquare這個block pointer給myFunction這個function

或是不用block pointer 直接給一個block 實體，就這樣寫

 myFunction(  ^(int a) {return a*a} ) ;

當成Objective-C method 的傳入值的話都是要把型別寫在變數前面然後加上小括號，因些應該就要這樣寫

-(void) objcMethod:( int (^) (int) ) square; // square 變數的型別是 int (^) (int)

讀文至此是不是對Block有基本的認識？ 接下來我們要談談Block相關的行為和特色
首先是來看一下在Block裡面存取外部變數的方法

存取變數

1. 可以讀取和Block pointer同一個scope的變數值：

{
int outA = 8;
int (^myPtr) (int) = ^(int a) {return outA+a;};
// block 裡面可以讀同一個scope的outA的值
int result = myPtr(3); // result is 11
}

我們再來看一個很有趣的例子

{
int outA = 8;
int (^myPtr) (int) = ^(int a) {return outA+a;};
// block 裡面可以讀同一個scope的outA的值
outA = 5; // 在呼叫myPtr之前改變outA的值
int result = myPtr(3); // result 的值還是 11 並不是 8
}

 事實上呢，myPtr在其主體用到outA這個變數值的時候是做了一個copy的動作把outA的值copy下來。所以之後outA即使換了新的值對於myPtr裡copy的值是沒有影響到的。
要注意的是，這個指的值是變數的值，如果這個變數的值是一個記憶體的位置，換句話說，這個變數是個pointer的話，它指到的值是可以在block裡被改變的。

{
        NSMutableArray * mutableArray = [NSMutableArray arrayWithObjects:@"one",@"two",@"three",nil];
        int result = ^(int a) { [mutableArray removeLastObject];  return a*a;} (5);

        NSLog(@"test array %@", mutableArray);

}

原本mutableArray的值是{@"one",@"two",@"three"}在block裡被更改mutableArray所指向的物件後，mutableArray的值就會被成{@"one",@"two"}
2. 直接存取static 的變數

{
static int outA = 8;
int (^myPtr) (int) = ^(int a) {return outA+a;};
// block 裡面可以讀同一個scope的outA的值
outA = 5; // 在呼叫myPtr之前改變outA的值
int result = myPtr(3); // result 的值是 8 ，因為outA是個static 變數會直接反應其值
}

甚至可以在block裡面直接改變outA的值比如這樣寫

{
static int outA = 8;
int (^myPtr) (int) = ^(int a) { outA= 5; return outA+a;};
// block 裡面改變outA的值
int result = myPtr(3); // result 的值是 8 ，因為outA是個static 變數會直接反應其值

}

3. Block Variable
在某個變數前面如果加上修飾字_ _ block 的話(注意block前有兩個下底線)，這個變數又稱為block variable。那麼在block裡就可以任意修改此變數值，變數值的改變也可以知道。

{
    __block int num = 5;

    int (^myPtr) (int) = ^(int a) { return num++;};
    int (^myPtr2) (int) = ^(int a) { return num++;};
    int result = myPtr(0);
    result = myPtr2(0);
}

因為myPtr和myPtr2都有用到num這個block variable，最後result的值就會是7

生命周期和記憶體管理

因為block也是繼承自NSObject，所以其生命周期和記憶體的管理也就非常之重要。
block一開始都是被放到stack裡，換句話說其生命周期隨著method或function結束就會被回收，和一般變數的生命周期一樣。
關於記憶體的管理請遵循這幾個要點
1. block pointer的實體會在method或function結束後就會被清掉
2. 如果要保存block pointer的實體要用-copy 指令，這樣block pointer就會被放到heap裡
    2.1 block 主體裡用到的block variable 也會被搬到heap 而有新的記憶體位置，且一並更新有用到這個block variable 的block都指到新的位置
    2.2 一般的variable值會被copy
    2.3 如果主體裡用到的variable是object的話，此object會被retain, block release時也會被release
    2.4 __block variable 裡用到的object是不會被retain的

首先來看一下這個例子

typedef int (^MyBlock)(int);

MyBlock genBlock();

int main(){
        MyBlock outBlock = genBlock();
        int result = outBlock(5);

        NSLog(@"result is %d",[outBlock retainCount] ); // segmentation fault
        NSLog(@"result is %d",result  );

        return 0 ;
}
MyBlock genBlock() {
        int a = 3;
        MyBlock inBlock = ^(int n) {
                return n*a;
        };
        return inBlock ;
}

此程式由genBlock裡產生的block再指定給main function的outBlock 變數，執行這個程式會得到
Segmentation fault
(註：有時候把 genBlock裡的a 去掉就可以跑出結果的情形，這是系統cache住記憶體，並不是inBlock真得一直存在，久了還是會被回收，千萬不要以為是對的寫法)
表示我們用到了不該用的記憶體，在這個例子的情況下是在genBlock裡的inBlock 變數在return的時候就被回收了，outBlock 無法有一個合法的記憶體位置-retainCount就沒意義了。
如果這個時候需要保留inBlock的值就要用-copy指令，將genBlock改成

 MyBlock genBlock() {
        int a = 3;
        MyBlock inBlock = ^(int n) {
                return n*a;
        };
        return [inBlock copy ]  ;
}

這樣[inBlock copy]的回傳值就會被放到heap，就可以一直使用(記得要release)
執行結果是
result is 1
result is 15

再次提醒要記得release outBlock。
如果一回傳[inBlock copy]的值就不再需要的時候可以這樣寫

 MyBlock genBlock() {
        int a = 3;
        MyBlock inBlock = ^(int n) {
                return n*a;
        };
        return [[inBlock copy ] autorelease ] ;
}

-copy指令是為了要把block 從stack搬到heap，autorelease是為了平衝retainCount加到autorelease oop ，回傳之後等到事件結束就清掉。

接下來是block存取到的local variable是個物件的型別，然後做copy 指令時

MyBlock genBlock() {
        int a = 3;
        NSMutableString * myString = [NSMutableString string];
        MyBlock inBlock = ^(int n) {
                NSLog(@"retain count of string %d",[myString retainCount]);
                return n*a;
        };
        return [inBlock copy] ;
}

結果會印出
retain count of string 2
這個結果和上面2.3提到的一樣，local variable被retain了
那再來試試2.4，在local variable前面加上__block

MyBlock genBlock() {
        int a = 3;
        __block NSMutableString * myString = [NSMutableString string];
        MyBlock inBlock = ^(int n) {
                NSLog(@"retain count of string %d",[myString retainCount]);
                return n*a;
        };
        return [inBlock copy] ;
}

執行的結果就是會
retain count of string 1

Block Copying注意事項

如果在Class method裡面做copying block動作的話
1. 在Block裡如果有直接存取到self，則self會被retain
2. 在Block裡如果取存到instance variable (無論直接或是從accessor)，則self會被retain
3. 取存到local variable所擁有的object時，這個object會被retain

讓我們來看一個自訂的Class

@interface MyObject : NSObject {
        NSString * title;
        void (^myLog ) (NSString * deco);
}

-(void) logName;
@end

@implementation MyObject
-(id) initWithTitle:(NSString * ) newTitle{
        if(self = [super init]){
                title = newTitle;
                myLog = [^(NSString * deco) { NSLog(@"%@%@%@ ",deco, title, deco );} copy ];
        }
        return self;
}

-(void) logName{

 myLog(@"==");
}

-(void ) dealloc{

        [myLog release];

        [title release];
        [super dealloc];
}
@end

在main 裡使用如下

 MyObject * mObj = [[MyObject alloc] initWithTitle :@"Car"];
 NSLog(@"retainCount of MyObject is  %d",[mObj retainCount]  );
 [mObj logName];
其執行的結果為
retainCount of MyObject is  2
==Car==
因為在MyObject的建構子裡myLog這個block pointer用了title這個instance variable然後就會retain self也就是MyObject的物件。
盡量不要這樣寫，會造成retain cycle，改善的方法是把建構子改成這樣

-(id) initWithTitle:(NSString * ) newTitle{
        if(self = [super init]){
                title = newTitle;
                myLog = [^(NSString * deco) { NSLog(@"%@%@%@ ",deco, newTitle , deco );} copy ];
        }
        return self;
}

在Block主體裡用newTitle這個變數而不是title。這樣self就不會被retain了。
最後談一個小陷井
void (^myLog) (void);
BOOL result ;
if(result)
    myLog = ^ {NSLog(@"YES");};

else
    myLog = ^ {NSLog(@"NO");};

myLog();

這樣很可能就會當掉了，因為myLog 實體在if 或是else結束後就被清掉了。要記得。
要用copy來解決這個問題，但要記得release。