iOS中__block 关键字的底层实现原理

在 《iOS面试题集锦（附答案）》 中有这样一道题目：
在block内如何修改block外部变量？（38题）答案如下：

默认情况下，在block中访问的外部变量是复制过去的，即：写操作不对原变量生效。但是你可以加上 __block 来让其写操作生效，示例代码如下:

   __block int a = 0;   void (^foo)(void) = ^{ 
       a = 1; 
   };
   foo(); 
   //这里，a的值被修改为1

这是 唐巧_boy的《iOS开发进阶》中的第11.2.3章节中的描述。你同样可以在面试中这样回答，但你并没有答到“点子上”。真正的原因，并没有书这本书里写的这么“神奇”，而且这种说法也有点牵强。面试官肯定会追问“为什么写操作就生效了？”真正的原因是这样的：

我们都知道：Block不允许修改外部变量的值，这里所说的外部变量的值，指的是栈中指针的内存地址。__block 所起到的作用就是只要观察到该变量被 block 所持有，就将“外部变量”在栈中的内存地址放到了堆中。进而在block内部也可以修改外部变量的值。

Block不允许修改外部变量的值Apple这样设计，应该是考虑到了block的特殊性，block也属于“函数”的范畴，变量进入block，实际就是已经改变了作用域。在几个作用域之间进行切换时，如果不加上这样的限制，变量的可维护性将大大降低。又比如我想在block内声明了一个与外部同名的变量，此时是允许呢还是不允许呢？只有加上了这样的限制，这样的情景才能实现。

我们可以打印下内存地址来进行验证：

   __block int a = 0;   NSLog(@"定义前：%p", &a);         //栈区
   void (^foo)(void) = ^{
       a = 1;       NSLog(@"block内部：%p", &a);    //堆区
   };   NSLog(@"定义后：%p", &a);         //堆区
   foo();

2016-05-17 02:03:33.559 LeanCloudChatKit-iOS[1505:713679] 定义前：0x16fda86f82016-05-17 02:03:33.559 LeanCloudChatKit-iOS[1505:713679] 定义后：0x155b22fc82016-05-17 02:03:33.559 LeanCloudChatKit-iOS[1505:713679] block内部： 0x155b22fc8

“定义后”和“block内部”两者的内存地址是一样的，我们都知道 block 内部的变量会被 copy 到堆区，“block内部”打印的是堆地址，因而也就可以知道，“定义后”打印的也是堆的地址。

那么如何证明“block内部”打印的是堆地址？

把三个16进制的内存地址转成10进制就是：

1. 定义后前：6171559672

2. block内部：5732708296

3. 定义后后：5732708296

中间相差438851376个字节，也就是 418.5M 的空间，因为堆地址要小于栈地址，又因为iOS中一个进程的栈区内存只有1M，Mac也只有8M，显然a已经是在堆区了。

这也证实了：a 在定义前是栈区，但只要进入了 block 区域，就变成了堆区。这才是 __block 关键字的真正作用。

理解到这是因为堆栈地址的变更，而非所谓的“写操作生效”，这一点至关重要，要不然你如何解释下面这个现象：

以下代码编译可以通过，并且在block中成功将a的从Tom修改为Jerry。

   NSMutableString *a = [NSMutableString stringWithString:@"Tom"];
   NSLog(@"\\n 定以前：------------------------------------\\n\\
         a指向的堆中地址：%p；a在栈中的指针地址：%p", a, &a);               //a在栈区
   void (^foo)(void) = ^{
       a.string = @"Jerry";
       NSLog(@"\\n block内部：------------------------------------\\n\\
        a指向的堆中地址：%p；a在栈中的指针地址：%p", a, &a);               //a在栈区
       a = [NSMutableString stringWithString:@"William"];
   };
   foo();
   NSLog(@"\\n 定以后：------------------------------------\\n\\
         a指向的堆中地址：%p；a在栈中的指针地址：%p", a, &a);               //a在栈区

enter image description here

这里的a已经由基本数据类型，变成了对象类型。对象类型，block会对对象类型的指针进行copy，copy到堆中，但并不会改变该指针所指向的堆中的地址，所以在上面的示例代码中，block体内修改的实际是a指向的堆中的内容。

但如果我们尝试像上面图片中的65行那样做，结果会编译不通过，那是因为此时你在修改的就不是堆中的内容，而是栈中的内容。

上文已经说过：Block不允许修改外部变量的值，这里所说的外部变量的值，指的是栈中指针的内存地址。