初识block
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小引
本周末微博上朋友发了一个关于block的MV，只能说老外太逗了。大家也可以去看看怎么回事： Cocoa Got Blocks。虽然之前也有接触过block，不过没有深入完整的学习过，借此机会来学习一下，顺便翻译几篇block相关的文章，本文是第一篇，算是block的入门。本文的最后延伸阅读给出了4篇相关文章，不出意外的话，本周大家能看到对应的中文版。
目录：
- Block简介
- Block的创建
- 不带参数的Block
- Block的闭包性(closure)
- 修改非局部变量
- Block作为函数的参数
- 定义Block类型
- 总结
- 延伸阅读
正文
Block简介
我们可以把Block当做Objective-C的匿名函数。Block允许开发者在两个对象之间将任意的语句当做数据进行传递，往往这要比引用定义在别处的函数直观。另外，block的实现具有封闭性(closure)，而又能够很容易获取上下文的相关状态信息。
Block的创建
实际上，block使用了与函数相同的机制：可以像声明函数一样，来声明一个bock变量；可以利用定义一个函数的方法来定义一个block；也可以将block当做一个函数来调用。
// 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;
}
在上面的代码中，利用插入符(^)将distanceFromRateAndTime变量标记为一个block。就像声明函数一样，需要包含返回值的类型，以及参数的类型，这样编译器才能安全的进行强制类型转换。插入符(^)跟指针(例如 int *aPointer)前面的星号(*)类似——只是在声明的时候需要使用，之后用法跟普通的变量一样。
block的定义本质上跟函数一样——只不过不需要函数名。block以签名字符串开始：double(double rate, double time)标示返回一个double，以及接收两个同样为double的参数(如果不需要返回值，可以忽略掉)。在签名后面是一个大括弧({})，在这个括弧里面可以编写任意的语句代码，这跟普通的函数一样。
当把block赋值给distanceFromRateAndTime后，我们就可以像调用函数一样调用这个变量了。
不带参数的Block
如果block不需要任何的参数，那么可以忽略掉参数列表。另外，在定义block的时候，返回值的类型也是可选的，所以这样情况下，block可以简写为^ { … }：
double (^randomPercent)(void) = ^ {
return (double)arc4random() / 4294967295;
};
NSLog(@"Gas tank is %.1f%% full",
randomPercent() * 100);
在上面的代码中，利用内置的arc4random()方法返回一个32位的整型随机数——为了获得0-1之间的一个值，通过除以arc4random()方法能够获取到的最大值(4294967295)。
到现在为止，block看起来可能有点像利用一种复杂的方式来定义一个方法。事实上，block是被设计为闭包的(closure)——这就提供了一种新的、令人兴奋的编程方式。
Block的闭包性(closure)
在block内部，可以像普通函数一样访问数据：局部变量、传递给block的参数，全局变量/函数。并且由于block具有闭包性，所以还能访问非局部变量(non-local variable)。非局部变量定义在block之外，但是在block内部有它的作用域。例如，getFullCarName可以使用定义在block前面的make变量：
NSString *make = @"Honda";
NSString *(^getFullCarName)(NSString *) = ^(NSString *model) {
return [make stringByAppendingFormat:@" %@", model];
};
NSLog(@"%@", getFullCarName(@"Accord")); // Honda Accord
非局部变量会以const变量被拷贝并存储到block中，也就是说block对其是只读的。如果尝试在block内部给make变量赋值，会抛出编译器错误。
以const拷贝的方式访问非局部变量，意味着block实际上并不是真正的访问了非局部变量——只不过在block中创建了非局部变量的一个快照。当定义block时，无论非局部变量的值是什么，都将被冻结，并且block会一直使用这个值，即使在之后的代码中修改了非局部变量的值。下面通过代码来看看，在创建好block之后，修改make变量的值，会发生什么：
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的闭包性为block与上下文交互的时候带来极大的便利性，当block需要额外的数据时，可以避免使用参数——只需要简单的使用非局部变量即可。
修改非局部变量
冻结中的非局部变量是一个常量值，这也是一种默认的安全行为——因为这可以防止在block中的代码对非局部变量做了意外的修改。那么如果我们希望在block中对非局部变量值进行修改要如何做呢——用__block存储修饰符(storage modifier)来声明非局部变量：
__block NSString *make = @"Honda";
这将告诉block对非局部变量做引用处理，在block外部make变量和内部的make变量创建一个直接的链接(direct link)。现在就可以在block外部修改make，然后反应到block内部，反过来，也是一样。
这跟普通函数中的静态局部变量(static local variable)类似，用__block修饰符声明的变量可以记录着block多次调用的结果。例如下面的代码创建了一个block，在block中对i进行累加。
__block int i = 0;
int (^count)(void) = ^ {
i += 1;
return i;
};
NSLog(@"%d", count()); // 1
NSLog(@"%d", count()); // 2
NSLog(@"%d", count()); // 3
Block作为函数的参数
把block存储在变量中有时候非常有用，比如将其用作函数的参数。这可以解决类似函数指针能解决的问题，不过我们也可以定义内联的block，这样代码更加易读。
例如下面Car interface中声明了一个方法，该方法用来计算汽车的里程数。这里并没有强制要求调用者给该方法传递一个常量速度，相反可以改方法接收一个block——该block根据具体的时间来定义汽车的速度。
// 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
上面代码中block的数据类型是double (^)(double time)，也就是说block的调用者需要传递一个double类型的参数，并且该block的返回值为double类型。注意：上面代码中的语法基本与本文开头介绍的block变量声明相同，只不过没有变量名字。
在函数的实现里面可以通过speedFunction来调用block。下面的示例通过算法计算出汽车行驶的大约距离。其中steps参数是由调用者确定的一个准确值。
// 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
在下面的代码中，有一个main函数，在main函数中block定义在另一个函数的调用过程中。虽然理解其中的语法需要话几秒钟时间，不过这比起另外声明一个函数，再定义withVariableSpeed参数要更加直观。
// 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;
}
上面利用一个简单的示例演示了block的通用性。在iOS的SDK中有许多API都利用了block的其它一些功能。NSArray的sortedArrayUsingComparator:方法可以使用一个block对元素进行排序，而UIView的animateWithDuration:animations:方法使用了一个block来定义动画的最终状态。此外，block在并发编程中具有强大的作用。
定义Block类型
由于block数据类型的语法会很快把函数的声明搞得难以阅读，所以经常使用typedef对block的签名(signature)做处理。例如，下面的代码创建了一个叫做SpeedFunction的新类型，这样我们就可以对withVariableSpeed参数使用一个更加有语义的数据类型。
// 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
许多标准的Objective-C框架也使用了这样的技巧，例如NSComparator。
总结
Block不仅提供了C函数同样的功能，而且block看起来更加直观。block可以定义为内联(inline)，这样在函数内部调用的时候就非常方便，由于block具有闭包性(closure)，所以block可以很容易获得上下文信息，而又不会对这些数据产生负面影响。
延伸阅读
- 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
本文由破船翻译●转载请注明出处●2013-07-08