深入理解KVC、KVO

网上关于KVC和KVO的介绍一大片，基本用法这里就不介绍了，这篇主要聊聊KVC和KVO的实现，以及我们自己动手实现一套KVO。

KVC

KVC也就是key-value-coding，即键值编码，通常用来给某个对象的只读属性或者隐藏属性进行赋值，或者获取某个对象的因此属性的值。虽然我们通过runtime也可以达到这样的目的，但KVC无疑是一种更便捷的方式。

例如Person.m:

@interface Person ()
{
    NSString *_name;
}
@property (nonatomic, assign) NSInteger age;
@end
@implementation Person
@end

Person类的.h文件中并没有暴露这两个属性，但是通过KVC，我们就可以修改以及读取这两个属性：

- (void)testKVC {
    Person *p = [[Person alloc] init];
    [p setValue:@10 forKey:@"age"];
    NSLog(@"p的age--%@",[p valueForKey:@"age"]);
    [p setValue:@"小王" forKey:@"_name"];
    NSLog(@"p的name--%@",[p valueForKey:@"_name"]);
}

输出如下：

2017-08-31 15:40:08.105 OCDemo[65042:3097442] p的age--10
2017-08-31 15:40:08.105 OCDemo[65042:3097442] p的name--小王

在KVC中，无论调用- (void)setValue:(nullable id)value forKey:(NSString *)key还是- (void)setValue:(nullable id)value forKey:(NSString *)key方法，都是通过NSString对象来指定被操作属性的。

注意：Foundation框架会按照_<key>，_is<Key>，<key>，is<Key>的顺序查找成员变量。当然，KVO的操作首先是查找成员变量对应的getter/setter方法。

对于上述例子的[p valueForKey:@"age"]方法，底层的执行机制如下：

首先KVC调用方法的顺序为getAge->isAge->age
如果上述三个方法都没有找到，则找成员变量，顺序为_Age->_isAge->age->isAge
如果上面都没有找到，那么系统会执行该对象的- (void)setValue:(id)value forUndefinedKey:(NSString *)key，如果该对象没有实现此方法，程序异常退出。

对于上述例子的[p setValue:@10 forKey:@"age"]方法，底层的执行机制如下：

首先KVC调用setAge方法，然后调用setIsAge方法
如果没有setIsAge方法，则找成员变量，顺序为_Age->_isAge->age->isAge
如果还是没有，那么系统会执行该对象的- (id)valueForUndefinedKey:(NSString *)key方法，如果该对象没有实现此方法，程序异常退出。

另外，注意一点，当我们将上述setValue代码修改一下，如：[p setValue:[[Person alloc] init] forKey:@"age"]，程序直接崩溃了，异常日志为：-[Person longLongValue]: unrecognized selector sent to instance 0x6100000330c0，说明，KVC在赋值的时候，是会根据基本数据类型的具体类型，来调用Value相应的intValue、doubleValue方法。因为NSNumber和NSString都实现了这些方法，所以程序能正常运行。

还有一点，假如setValue的value为nil，程序则会报Terminating app due to uncaught exception 'NSInvalidArgumentException'异常，虽然苹果对nil做了很好的处理(这里要吐槽一下java的判空了)，但是基本数据类型不能接受nil，因此，系统会自动调用setNilValueForKey方法，我们可以在这里做些处理。

KVC除了操作对象之外，还可以操作对象的复合属性，例如，在Person类中，又有一个Person属性。通过- (void)setValue:(id)value forKeyPath:(NSString *)keyPath和- (id)valueForKeyPath:(NSString *)keyPath来操作复合属性。

@interface Person ()
{
    NSString *_name;
    NSInteger _age;
}
@property (nonatomic, strong) Person *p;
@end
- (void)testKVC {
    Person *p = [[Person alloc] init];
    [p setValue:[[Person alloc] init] forKey:@"p"];
    [p setValue:@10 forKeyPath:@"p.age"];
    NSLog(@"p的p.age--%@",[p valueForKeyPath:@"p.age"]);
}

通过KVC，我们可以很容易的操作成员变量，最常用的就是对私有变量赋值以及字典转模型。

KVO

KVO即key-value-observing，通常情况下，我们会利用KVO来监听某个对象的属性变化。

例如：

新建模型RGBColor，有以下四个属性：

@interface RGBColor : NSObject
@property (nonatomic, assign) double r;
@property (nonatomic, assign) double g;
@property (nonatomic, assign) double b;
@property (nonatomic, strong, readonly) UIColor *color;
@end

Foundation框架提供的表示属性依赖的机制如下：

+ (NSSet<NSString *> *)keyPathsForValuesAffectingValueForKey:(NSString *)key

更详细的如下：

+ (NSSet<NSString *> *)keyPathsForValuesAffecting<键名>

注意，第一个方法的优先级是大于第二个的。在我们的例子中如下：


+ (NSSet<NSString *> *)keyPathsForValuesAffectingColor {
    return [NSSet setWithObjects:@"r",@"g",@"b", nil];
}
- (UIColor *)color {
    return [UIColor colorWithRed:self.r green:self.g blue:self.b alpha:1.0];
}

具体使用如下：

- (void)testKVO  {
    self.rgbColor = [[RGBColor alloc] init];
    [self.rgbColor addObserver:self forKeyPath:@"color" options:NSKeyValueObservingOptionInitial context:nil];
}
- (void)observeValueForKeyPath:(NSString *)keyPath ofObject:(id)object change:(NSDictionary<NSKeyValueChangeKey,id> *)change context:(void *)context {
    if ([keyPath isEqualToString:@"color"]) {
        self.view.backgroundColor = self.rgbColor.color;
    }
}
- (IBAction)updateR:(UISlider *)sender {
    self.rgbColor.r = sender.value;
}
- (IBAction)updateG:(UISlider *)sender {
    self.rgbColor.g = sender.value;
}
- (IBAction)updateB:(UISlider *)sender {
    self.rgbColor.b = sender.value;
}

手动通知 VS 自动通知

你会发现刚才的例子有点神奇，为什么修改r，g，b的值会触发observeValueForKeyPath，明明观察的是color。但是实际上发送的事情是，当RGBColor实例的-setR:等方法被调用的时候以下方法：

- (void)willChangeValueForKey:(NSString *)key

和：

- (void)didChangeValueForKey:(NSString *)key

会在运行-setR:中的代码之前以及之后被自动调用。但有些情况，我们希望关闭键值改变的通知或者达到某些条件再通知，我们需要做以下事情：

+ (BOOL)automaticallyNotifiesObserversOfB {
    return NO;
}
- (void)setB:(double)b {
    if (b > 0.5) {
        [self willChangeValueForKey:@"b"];
    }
    _b = b;
    if (b > 0.5) {
        [self didChangeValueForKey:@"b"];
    }
}

方法+ (BOOL)automaticallyNotifiesObserversOf<Key>会告诉系统是否需要关闭自动通知。这里我们进行了收到调用。

你可能会疑惑，自动通知的情况下，系统是如何调用-willChangeValueForKey:和-didChangeValueForKey:的。

基本实现原理

当观察某对象时，KVO机制动态创建当前类的子类，即NSKVONotifying_<原类>，并为这个新类重写被观察属性key的setter方法。之后修改当前类的isa指向，所以，我们从应用层上看来，当前类是没有改变的。调用流程如下：

既然知道了KVO的实现原理，那么我们就可以自己来实现了。我们这里实现一个可以传Block的KVO。

首先，定义NSObject的分类：

"NSObject+KVO.h"
typedef void(^GGObserverBlock)(NSString * _Nullable newValue);
@interface NSObject (KVO)
- (void)gg_addObserver:(NSObject *_Nullable)observer
            forKeyPath:(NSString *_Nullable)keyPath
               options:(NSKeyValueObservingOptions)options
               context:(nullable void *)context
                 block:(GGObserverBlock _Nullable )observerBlock;
@end

这里定义的block比较简单。再来看m文件的实现


NSString *const OriginalClass = @"OriginalClass";
NSString *const ObserverBlock = @"ObserverBlock";
@implementation NSObject (KVO)
- (void)gg_addObserver:(NSObject *_Nullable)observer
            forKeyPath:(NSString *_Nullable)keyPath
               options:(NSKeyValueObservingOptions)options
               context:(nullable void *)context
                 block:(GGObserverBlock _Nullable )observerBlock {
    if (keyPath == nil)return;
    if (keyPath.length == 0)return;
    
    //检测setter方法 并找到
    BOOL responds = false;
    SEL sel = NULL;
    
    //1.检测属性是否定义setter方法
    unsigned int propertyCount;
    objc_property_t *p = class_copyPropertyList(self.class, &propertyCount);
    for (int i = 0; i < propertyCount; i++) {
        objc_property_t property_t = p[i];
        const char*name = property_getName(property_t);
        if ([keyPath isEqualToString:[NSString stringWithUTF8String:name]]) {
            NSString *attrsName = [NSString stringWithUTF8String:property_getAttributes(property_t)];
            //包含S  表示重写了setter方法
            NSArray *items = [attrsName componentsSeparatedByString:@","];
            for (NSString *name in items) {
                if ([name hasPrefix:@"S"]) {
                    NSString *setterMethod = [name substringFromIndex:1];
                    sel = NSSelectorFromString(setterMethod);
                    responds = true;
                    break;
                }
            }
            break;
        }
    }
    free(p);
    
    //2. 检测set<KeyPath>
    if (!responds) {
        sel = NSSelectorFromString([NSString stringWithFormat:@"set%@%@:",[[keyPath substringToIndex:1] uppercaseString],[keyPath substringFromIndex:1]]);
        responds = class_respondsToSelector(self.class, sel);
    }
    //3. 检测setIs<keyPath>
    if (!responds) {
        sel = NSSelectorFromString([NSString stringWithFormat:@"setIs%@%@:",[[keyPath substringToIndex:1] uppercaseString],[keyPath substringFromIndex:1]]);
        responds = class_respondsToSelector(self.class, sel);
    }
    //都没有找到 抛出异常
    if (!responds) {
        NSException *exception = [[NSException alloc] initWithName:@"NoKeyPath" reason:[NSString stringWithFormat:@"没有找到名为%@的属性,在%@类中",keyPath,self] userInfo:nil];
        @throw exception;
    }
    
    //动态生成一个类
    NSString *newClassName = [@"GGKVONotifying_" stringByAppendingString:NSStringFromClass(self.class)];
    Class myClass = objc_allocateClassPair(self.class, (__bridge const void*)newClassName, 0);
    
    //重写找到的setter方法
    class_addMethod(myClass, sel, (IMP)setKeyPath,"v@:@");
    
    objc_registerClassPair(myClass);
    
    objc_setAssociatedObject(self, (__bridge const void*)OriginalClass, self.class, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
    
    //修改本类的isa指针
    object_setClass(self, myClass);
 
    if (observerBlock) {
        objc_setAssociatedObject(self, (__bridge const void*)ObserverBlock, observerBlock, OBJC_ASSOCIATION_COPY);
    }
    
}
void setKeyPath(id self,SEL _cmd,NSString *value) {
    
    //修改isa
    Class originalClass = objc_getAssociatedObject(self, (__bridge const void*)OriginalClass);
    //修改到原来的类
    object_setClass(self, originalClass);
    
    //调用setter方法
    ((void(*)(id,SEL, id))objc_msgSend)(self,_cmd,value);
    
    //回调
    GGObserverBlock observerBlock = objc_getAssociatedObject(self, (__bridge const void *)ObserverBlock);
    if (observerBlock) {
        observerBlock(value);
    }
    
    Class kvoClass = objc_getClass((__bridge const void*)[@"GGKVONotifying_" stringByAppendingString:NSStringFromClass(originalClass)]);
    //修改回派生类
    object_setClass(self, kvoClass);
    
}
@end

当然，这里只是简单的实现，具体还有很多的判断逻辑。

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贵永冬

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贵永冬

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