深度圍觀block：第二集
本文由破船譯自galloway轉載請註明出處！
小引
今天翻譯了第二篇，這個翻譯是比較痛苦(其實不止這篇，所有的都是)， 不比單純的閱讀，許多地方需要查閱資料，並細心的遣詞造句，還得注意詞不達意的地方(例如文中的A block that captures scope我翻譯爲block的拷貝範圍，總感覺缺了一些作者原意，功力有限啊)。所以，我勸大家要是能看原文儘量去看原文吧，我這翻譯的權當參考。
目錄
- 介紹
- block類型
- block的拷貝範圍
- block拷貝對象的類型
- 何去何從
正文
介紹
本文接着上一篇文章(深度圍觀block：第一集)，繼續從編譯器的角度深度圍觀block。在本文中，將介紹block並不是一成不變的，以及block在棧上的構成。
block類型
在第一篇文章中，我們已經看到block有一個_NSConcreteGlobalBlock這樣的類。由於所有變量都是已知的，所以在編譯期間，block的結構(structure)和描述(descriptor)都將全部被初始化。關於block這裏有幾種不同的類型，每種類型都有對應的類。爲了簡單起見，這裏只考慮其中三種：
- _NSConcreteGlobalBlock是定義一個全局的block，在編譯器就已經完成相關初始化任務。這種類型的block不會涉及到任何拷貝，例如一個空的block。
- _NSConcreteStackBlock是一個分配在棧上的block。這裏是所有最終被拷貝到堆(heap)上的block的開始。
- _NSConcreteMallocBlock是分配到堆(heap)上的block。拷貝完一個block之後，這就會結束。當block的引用計數變爲0，該block就會被釋放。
block拷貝範圍
這次我們來看看另外一些代碼，如下所示：
#import <dispatch/dispatch.h>
typedef void(^BlockA)(void);
void foo(int);
__attribute__((noinline))
void runBlockA(BlockA block) {
block();
}
void doBlockA() {
int a = 128;
BlockA block = ^{
foo(a);
};
runBlockA(block);
}
爲了讓block拷貝一些內容，上面的代碼中調用了foo函數，並給這個函數傳遞了一個變量。再說一下，本文涉及到的彙編代碼是與armv7相關指令。下面是其中一部分彙編指令：
.globl _runBlockA
.align 2
.code 16 @ @runBlockA
.thumb_func _runBlockA
_runBlockA:
ldr r1, [r0, #12]
bx r1
上面的彙編代碼與runBlockA函數相關，這跟第一篇文章中的相同——都是調用了block中的invoke函數。接着是doBlockA彙編代碼，如下所示：
.globl _doBlockA
.align 2
.code 16 @ @doBlockA
.thumb_func _doBlockA
_doBlockA:
push {r7, lr}
mov r7, sp
sub sp, #24
movw r2, :lower16:(L__NSConcreteStackBlock$non_lazy_ptr-(LPC1_0+4))
movt r2, :upper16:(L__NSConcreteStackBlock$non_lazy_ptr-(LPC1_0+4))
movw r1, :lower16:(___doBlockA_block_invoke_0-(LPC1_1+4))
LPC1_0:
add r2, pc
movt r1, :upper16:(___doBlockA_block_invoke_0-(LPC1_1+4))
movw r0, :lower16:(___block_descriptor_tmp-(LPC1_2+4))
LPC1_1:
add r1, pc
ldr r2, [r2]
movt r0, :upper16:(___block_descriptor_tmp-(LPC1_2+4))
str r2, [sp]
mov.w r2, #1073741824
str r2, [sp, #4]
movs r2, #0
LPC1_2:
add r0, pc
str r2, [sp, #8]
str r1, [sp, #12]
str r0, [sp, #16]
movs r0, #128
str r0, [sp, #20]
mov r0, sp
bl _runBlockA
add sp, #24
pop {r7, pc}
看看，這跟之前的代碼有所不同了。看起來這不僅僅是從一個全局的符號中加載block，而且還做了額外的一些事情。乍一看這麼多代碼讓人有點無從下手，不過認真看，還是很容易理解的。從上面的代碼可以看出，編譯器已經忽略了對代碼排序的優化，爲了方便閱讀代碼，我對上面的彙編代碼重新進行排序(當然，請相信我，這不會影響任何功能)。下面是我重排好的代碼效果：
_doBlockA:
// 1
push {r7, lr}
mov r7, sp
// 2
sub sp, #24
// 3
movw r2, :lower16:(L__NSConcreteStackBlock$non_lazy_ptr-(LPC1_0+4))
movt r2, :upper16:(L__NSConcreteStackBlock$non_lazy_ptr-(LPC1_0+4))
LPC1_0:
add r2, pc
ldr r2, [r2]
str r2, [sp]
// 4
mov.w r2, #1073741824
str r2, [sp, #4]
// 5
movs r2, #0
str r2, [sp, #8]
// 6
movw r1, :lower16:(___doBlockA_block_invoke_0-(LPC1_1+4))
movt r1, :upper16:(___doBlockA_block_invoke_0-(LPC1_1+4))
LPC1_1:
add r1, pc
str r1, [sp, #12]
// 7
movw r0, :lower16:(___block_descriptor_tmp-(LPC1_2+4))
movt r0, :upper16:(___block_descriptor_tmp-(LPC1_2+4))
LPC1_2:
add r0, pc
str r0, [sp, #16]
// 8
movs r0, #128
str r0, [sp, #20]
// 9
mov r0, sp
bl _runBlockA
// 10
add sp, #24
pop {r7, pc}
下面我們來看看這些代碼都做了什麼：
- 開場白。首先將 r7 push到棧上面——因爲r7會被覆蓋，而r7寄存器中的內容在跨函數調用時是需要用到的。lr是鏈接寄存器(link register)，該寄存器中存儲着當這個函數返回時需要執行下一條指令的地址。接着mov這條指令的作用是把棧指針保存到r7寄存器中。
- 從棧指針所處位置開始減去24，也就是在棧空間上開闢24字節來存儲數據。
- 這裏涉及到的代碼是爲了對符號L__NSConcreteStackBlock$non_lazy_ptr進行尋址，由於跟pc(program counter)相關聯，所以無論代碼處於二進制文件中任何位置，當最終鏈接時，都能對該符號做到正確的尋址。
- 將值1073741824存儲到棧指針 + 4 的位置。
- 將值存儲到棧指針 + 8 的位置。現在，將要發生什麼可能已經變得逐漸清晰了——在棧上創建了一個Block_layout結構的對象！到現在爲止，已經設置了該結構的3個值：isa指針，flags和reserved值。
- 將___doBlockA_block_invoke_0存儲至棧指針 + 12的位置。這是block結構中的invoke。
- 將___block_descriptor_tmp存儲至棧指針 + 16的位置。這是block結構中的descriptor。
- 將值128存儲到棧指針 + 20的位置。如果回頭看看Block_layout結構，可以看到裏面只應該有5個值。那麼在這個block結構體後面存儲的128是什麼呢？——注意到這個128實際上就是在block中拷貝的變量的值。所以這肯定就是存儲block使用到的值的地方——在Block_layout結構尾部。
- 現在棧指針指向了已經完成初始化之後的block結構，在這裏的彙編指令是將棧指針裝載到r0中，然後調用runBlockA函數。(記住：在ARM EABI中，r0中存儲的內容被當做函數的第一個參數)。
- 最後將棧指針加上24，這樣就能夠把最開始減去的24(在棧上開闢的24位空間)收回來。接着將棧中的兩個值pop到r7和pc寄存器中。這裏pop到r7中的，跟最開始從r7中push至棧中的內容是一致的，而pc的值則是最開始push lr到棧中的值，這樣當函數返回時，可以讓CPU能夠正確的繼續執行後續指令。
Cooool！如果你一直認真看到這裏，那麼相信你的收穫已經非常多了！
下面我們再看看block中的invoke函數和descriptor。希望跟第一集中的不要有太大差別。如下彙編代碼：
.align 2
.code 16 @ @__doBlockA_block_invoke_0
.thumb_func ___doBlockA_block_invoke_0
___doBlockA_block_invoke_0:
ldr r0, [r0, #20]
b.w _foo
.section __TEXT,__cstring,cstring_literals
L_.str: @ @.str
.asciz "v4@?0"
.section __TEXT,__objc_classname,cstring_literals
L_OBJC_CLASS_NAME_: @ @"\01L_OBJC_CLASS_NAME_"
.asciz "\001P"
.section __DATA,__const
.align 2 @ @__block_descriptor_tmp
___block_descriptor_tmp:
.long 0 @ 0x0
.long 24 @ 0x18
.long L_.str
.long L_OBJC_CLASS_NAME_
看着沒錯，跟第一集中的沒多大區別。唯一不同的就是block descriptor中的size——現在是24(之前是20)。這是因爲block拷貝了一個整型值，所以block的結構需要24個字節，而不再是標準的20個字節了。在之前的代碼中，我們已經分析了在創建block時，多出的4個字節被添加到block結構的尾部。
在實際的block函數中，例如___doBlockA_block_invoke_0，可以看到從block結構尾部讀取出相關值，如r0
+ 20，就是在block中拷貝的變量。
block拷貝對象的類型
下面我們來看看如果block拷貝的是別的對象類型(例如 NSString)，而不是integer，會發生什麼呢？如下代碼：
#import <dispatch/dispatch.h>
typedef void(^BlockA)(void);
void foo(NSString*);
__attribute__((noinline))
void runBlockA(BlockA block) {
block();
}
void doBlockA() {
NSString *a = @"A";
BlockA block = ^{
foo(a);
};
runBlockA(block);
}
由於doBlockA變化不大，所以在此不深入介紹。這裏感興趣的是根據上面代碼創建的block descriptor結構：
.section __DATA,__const
.align 4 @ @__block_descriptor_tmp
___block_descriptor_tmp:
.long 0 @ 0x0
.long 24 @ 0x18
.long ___copy_helper_block_
.long ___destroy_helper_block_
.long L_.str1
.long L_OBJC_CLASS_NAME_
注意看上面的彙編代碼中有指向兩個函數(__copy_helper_block和__destroy_helper_block)的指針。下面是這兩個函數的定義：
.align 2
.code 16 @ @__copy_helper_block_
.thumb_func ___copy_helper_block_
___copy_helper_block_:
ldr r1, [r1, #20]
adds r0, #20
movs r2, #3
b.w __Block_object_assign
.align 2
.code 16 @ @__destroy_helper_block_
.thumb_func ___destroy_helper_block_
___destroy_helper_block_:
ldr r0, [r0, #20]
movs r1, #3
b.w __Block_object_dispose
這裏我先假設當block被拷貝和銷燬時，都會調用這裏的函數。那麼被block拷貝的對象肯定會發生reatain和release。上面的代碼中，可以看出如果r0和r1包含有效數據時，拷貝函數接收兩個參數(r0和r1)。而銷燬函數接收一個參數。可以看出所有的拷貝和銷燬任務都應該是由__Block_object_assign和__Block_object_dispose兩個函數完成的。這兩個函數位於block的運行時代碼中(是LLVM裏面compiler-rt工程的一部分)。
如果你希望瞭解一下block運行時相關代碼，可以來這裏下載源碼：http://compiler-rt.llvm.org。特別關注一下里面的runtime.c文件。
何去何從
在下一集中我將調查Block_copy相關代碼，並看看相關工作處理情況，以此來深度圍觀一下block運行時。通過下一集的學習，你也將會深入瞭解拷貝和銷燬函數(也就是本文中我們剛剛看到的在block拷貝對象時使用的函數)。
本文由破船翻譯●轉載請註明出處●2013-07-10