初識block
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小引
本週末微博上朋友發了一個關於block的MV，只能說老外太逗了。大家也可以去看看怎麼回事： Cocoa Got Blocks。雖然之前也有接觸過block，不過沒有深入完整的學習過，藉此機會來學習一下，順便翻譯幾篇block相關的文章，本文是第一篇，算是block的入門。本文的最後延伸閱讀給出了4篇相關文章，不出意外的話，本週大家能看到對應的中文版。
目錄：
- Block簡介
- Block的創建
- 不帶參數的Block
- Block的閉包性(closure)
- 修改非局部變量
- Block作爲函數的參數
- 定義Block類型
- 總結
- 延伸閱讀
正文
Block簡介
我們可以把Block當做Objective-C的匿名函數。Block允許開發者在兩個對象之間將任意的語句當做數據進行傳遞，往往這要比引用定義在別處的函數直觀。另外，block的實現具有封閉性(closure)，而又能夠很容易獲取上下文的相關狀態信息。
Block的創建
實際上，block使用了與函數相同的機制：可以像聲明函數一樣，來聲明一個bock變量；可以利用定義一個函數的方法來定義一個block；也可以將block當做一個函數來調用。
// main.m
#import <Foundation/Foundation.h>
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
// Declare the block variable
double (^distanceFromRateAndTime)(double rate, double time);
// Create and assign the block
distanceFromRateAndTime = ^double(double rate, double time) {
return rate * time;
};
// Call the block
double dx = distanceFromRateAndTime(35, 1.5);
NSLog(@"A car driving 35 mph will travel "
@"%.2f miles in 1.5 hours.", dx);
}
return 0;
}
在上面的代碼中，利用插入符(^)將distanceFromRateAndTime變量標記爲一個block。就像聲明函數一樣，需要包含返回值的類型，以及參數的類型，這樣編譯器才能安全的進行強制類型轉換。插入符(^)跟指針(例如 int *aPointer)前面的星號(*)類似——只是在聲明的時候需要使用，之後用法跟普通的變量一樣。
block的定義本質上跟函數一樣——只不過不需要函數名。block以簽名字符串開始：double(double rate, double time)標示返回一個double，以及接收兩個同樣爲double的參數(如果不需要返回值，可以忽略掉)。在簽名後面是一個大括弧({})，在這個括弧裏面可以編寫任意的語句代碼，這跟普通的函數一樣。
當把block賦值給distanceFromRateAndTime後，我們就可以像調用函數一樣調用這個變量了。
不帶參數的Block
如果block不需要任何的參數，那麼可以忽略掉參數列表。另外，在定義block的時候，返回值的類型也是可選的，所以這樣情況下，block可以簡寫爲^ { … }：
double (^randomPercent)(void) = ^ {
return (double)arc4random() / 4294967295;
};
NSLog(@"Gas tank is %.1f%% full",
randomPercent() * 100);
在上面的代碼中，利用內置的arc4random()方法返回一個32位的整型隨機數——爲了獲得0-1之間的一個值，通過除以arc4random()方法能夠獲取到的最大值(4294967295)。
到現在爲止，block看起來可能有點像利用一種複雜的方式來定義一個方法。事實上，block是被設計爲閉包的(closure)——這就提供了一種新的、令人興奮的編程方式。
Block的閉包性(closure)
在block內部，可以像普通函數一樣訪問數據：局部變量、傳遞給block的參數，全局變量/函數。並且由於block具有閉包性，所以還能訪問非局部變量(non-local variable)。非局部變量定義在block之外，但是在block內部有它的作用域。例如，getFullCarName可以使用定義在block前面的make變量：
NSString *make = @"Honda";
NSString *(^getFullCarName)(NSString *) = ^(NSString *model) {
return [make stringByAppendingFormat:@" %@", model];
};
NSLog(@"%@", getFullCarName(@"Accord")); // Honda Accord
非局部變量會以const變量被拷貝並存儲到block中，也就是說block對其是隻讀的。如果嘗試在block內部給make變量賦值，會拋出編譯器錯誤。
以const拷貝的方式訪問非局部變量，意味着block實際上並不是真正的訪問了非局部變量——只不過在block中創建了非局部變量的一個快照。當定義block時，無論非局部變量的值是什麼，都將被凍結，並且block會一直使用這個值，即使在之後的代碼中修改了非局部變量的值。下面通過代碼來看看，在創建好block之後，修改make變量的值，會發生什麼：
NSString *make = @"Honda";
NSString *(^getFullCarName)(NSString *) = ^(NSString *model) {
return [make stringByAppendingFormat:@" %@", model];
};
NSLog(@"%@", getFullCarName(@"Accord")); // Honda Accord
// Try changing the non-local variable (it won't change the block)
make = @"Porsche";
NSLog(@"%@", getFullCarName(@"911 Turbo")); // Honda 911 Turbo
block的閉包性爲block與上下文交互的時候帶來極大的便利性，當block需要額外的數據時，可以避免使用參數——只需要簡單的使用非局部變量即可。
修改非局部變量
凍結中的非局部變量是一個常量值，這也是一種默認的安全行爲——因爲這可以防止在block中的代碼對非局部變量做了意外的修改。那麼如果我們希望在block中對非局部變量值進行修改要如何做呢——用__block存儲修飾符(storage modifier)來聲明非局部變量：
__block NSString *make = @"Honda";
這將告訴block對非局部變量做引用處理，在block外部make變量和內部的make變量創建一個直接的鏈接(direct link)。現在就可以在block外部修改make，然後反應到block內部，反過來，也是一樣。
這跟普通函數中的靜態局部變量(static local variable)類似，用__block修飾符聲明的變量可以記錄着block多次調用的結果。例如下面的代碼創建了一個block，在block中對i進行累加。
__block int i = 0;
int (^count)(void) = ^ {
i += 1;
return i;
};
NSLog(@"%d", count()); // 1
NSLog(@"%d", count()); // 2
NSLog(@"%d", count()); // 3
Block作爲函數的參數
把block存儲在變量中有時候非常有用，比如將其用作函數的參數。這可以解決類似函數指針能解決的問題，不過我們也可以定義內聯的block，這樣代碼更加易讀。
例如下面Car interface中聲明瞭一個方法，該方法用來計算汽車的里程數。這裏並沒有強制要求調用者給該方法傳遞一個常量速度，相反可以改方法接收一個block——該block根據具體的時間來定義汽車的速度。
// Car.h
#import <Foundation/Foundation.h>
@interface Car : NSObject
@property double odometer;
- (void)driveForDuration:(double)duration
withVariableSpeed:(double (^)(double time))speedFunction
steps:(int)numSteps;
@end
上面代碼中block的數據類型是double (^)(double time)，也就是說block的調用者需要傳遞一個double類型的參數，並且該block的返回值爲double類型。注意：上面代碼中的語法基本與本文開頭介紹的block變量聲明相同，只不過沒有變量名字。
在函數的實現裏面可以通過speedFunction來調用block。下面的示例通過算法計算出汽車行駛的大約距離。其中steps參數是由調用者確定的一個準確值。
// Car.m
#import "Car.h"
@implementation Car
@synthesize odometer = _odometer;
- (void)driveForDuration:(double)duration
withVariableSpeed:(double (^)(double time))speedFunction
steps:(int)numSteps {
double dt = duration / numSteps;
for (int i=1; i<=numSteps; i++) {
_odometer += speedFunction(i*dt) * dt;
}
}
@end
在下面的代碼中，有一個main函數，在main函數中block定義在另一個函數的調用過程中。雖然理解其中的語法需要話幾秒鐘時間，不過這比起另外聲明一個函數，再定義withVariableSpeed參數要更加直觀。
// main.m
#import <Foundation/Foundation.h>
#import "Car.h"
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
Car *theCar = [[Car alloc] init];
// Drive for awhile with constant speed of 5.0 m/s
[theCar driveForDuration:10.0
withVariableSpeed:^(double time) {
return 5.0;
} steps:100];
NSLog(@"The car has now driven %.2f meters", theCar.odometer);
// Start accelerating at a rate of 1.0 m/s^2
[theCar driveForDuration:10.0
withVariableSpeed:^(double time) {
return time + 5.0;
} steps:100];
NSLog(@"The car has now driven %.2f meters", theCar.odometer);
}
return 0;
}
上面利用一個簡單的示例演示了block的通用性。在iOS的SDK中有許多API都利用了block的其它一些功能。NSArray的sortedArrayUsingComparator:方法可以使用一個block對元素進行排序，而UIView的animateWithDuration:animations:方法使用了一個block來定義動畫的最終狀態。此外，block在併發編程中具有強大的作用。
定義Block類型
由於block數據類型的語法會很快把函數的聲明搞得難以閱讀，所以經常使用typedef對block的簽名(signature)做處理。例如，下面的代碼創建了一個叫做SpeedFunction的新類型，這樣我們就可以對withVariableSpeed參數使用一個更加有語義的數據類型。
// Car.h
#import <Foundation/Foundation.h>
// Define a new type for the block
typedef double (^SpeedFunction)(double);
@interface Car : NSObject
@property double odometer;
- (void)driveForDuration:(double)duration
withVariableSpeed:(SpeedFunction)speedFunction
steps:(int)numSteps;
@end
許多標準的Objective-C框架也使用了這樣的技巧，例如NSComparator。
總結
Block不僅提供了C函數同樣的功能，而且block看起來更加直觀。block可以定義爲內聯(inline)，這樣在函數內部調用的時候就非常方便，由於block具有閉包性(closure)，所以block可以很容易獲得上下文信息，而又不會對這些數據產生負面影響。
延伸閱讀
- A look inside blocks: Episode 1
- A look inside blocks: Episode 2
- A look inside blocks: Episode 3 (Block_copy)
- Closure and anonymous functions in Objective-C
本文由破船翻譯●轉載請註明出處●2013-07-08