Block的内存管理以及变量Capture

一、概述

总的来说，Block = 匿名函数 + Capture变量。

它的用途包括：

作为匿名函数使用，即把函数定义在使用到的地方，逻辑更加集中。
Capture变量，可以capture Block定义所在的作用域内的变量，类似于保存上下文，Block在别处被调用时，好像具备Block定义所在的上下文一样可以正常执行，这些都是OC做的事情。而我们在使用Block的时候，当前作用域内的变量，都可以在Block中使用，不需要顾及当Block在别处被调用，当前上下文已经不存在的问题，提升开发效率。

二、Stack Block VS Malloc Block VS Global Block

Block是特殊的OC对象，是可以在Stack上创建的对象。在Stack上创建Block是为了运行效率而做的优化。

我们知道，一般来说，栈上变量的分配、回收、访问速度要高于堆上变量，一是栈上数据会频繁创建与销毁，创建与销毁的逻辑相对简单（从当前可用区域中划分一块儿给变量，栈向下增长，可用空间的起始地址变小一点），而堆上创建销毁逻辑相对复杂（有很多算法，大小最适合的空间还是第一块可用的空间等等），一是栈帧数据会被频繁访问、修改，数据很大可能性已经映射到处理器缓存中，二是堆数据是线程共享数据，访问堆上数据可能会有线程同步开销，当然这不是一定的。

所以如果一个Block只在当前作用域内使用，可以在Stack上创建，速度更快。

使用StackBlock也有要小心的地方，StackBlock可以理解为局部变量，将会随栈帧的销毁而销毁，retain不起作用，因为StackBlock是栈变量，它的回收不依赖引用计数机制。

如果需要可以调用Block的copy方法，把StackBlock变成MallocBlock，MallocBlock的内存位于堆上。

Global Block
没有Capture任何变量的Block是Global Block。Global Block存储在特殊的静态区域，全局唯一，不会被dispose，不会被copy（并不了解内幕，MallocBlock的copy也并没有新开辟一块儿内存给新的实例）。

三、 __block

简单来说，

使用__block修饰变量，block将capture变量的地址。
没有使用__block修饰变量，block仅capture变量的值。

在block内，不能修改没有使用__block修饰的capture变量。原因是修改是无效的。为了避免难以发现的bug，编译器会报错，如果真的想要修改，就使用__block修饰变量。因为没有使用__block修饰变量，block仅capture变量的值。在block内，修改没有使用__block修饰的capture变量，类似于下面这种情形。

- (void)test:(id) foo{
    foo = nil;
}

...
Foo *foo = [Foo new];
NSLog(@"%@", foo);
[self test:foo];
NSLog(@"%@", foo);
...

//output
2017-05-07 10:05:01.887 TestBlock[53766:7428855] <Foo: 0x618000005800>
2017-05-07 10:05:01.887 TestBlock[53766:7428855] <Foo: 0x618000005800>

（此外，使用__block修饰的变量在block内外的修改对彼此都可见，因为都dereference了。）

此外，使用__block修饰变量会产生一次relocate，变量将被relocate到堆上。验证如下：

...
    int x = 0;

    __block Foo *foo = [Foo new];

    NSLog(@"%p", &x);
    NSLog(@"%p", &foo);

    void(^block1)(void) = ^(){
        NSLog(@"%@", foo);
    };

    NSLog(@"%p", &foo);

...

//output
2017-05-07 10:21:10.288 TestBlock[53977:7470636] 0x7fff52a7fa3c
2017-05-07 10:21:10.288 TestBlock[53977:7470636] 0x7fff52a7fa30
2017-05-07 10:21:10.288 TestBlock[53977:7470636] 0x618000248398

(从中，我们也能得知，relocate不是发生在变量声明时，而是发生在变量在block中被使用时。这么做是合理的，使用__block修饰而实际并未在任何block中使用的变量，是不需要relocate的。)

为什么需要relocate？

简单来说，因为栈是临时的，block可能生命周期很长。

block的生命周期可能长于当前栈帧（比如使用分发到GCD执行）。也就是说，block可能在栈帧被销毁之后某个时间执行。这要求block不能capture一个栈上的地址。一但capture，并且使用时栈帧已被销毁，就会发生bad_access错误。