KVC/KVO原理探究

提到KVC/KVO大家一定不会陌生，用起来也很简单，下面一起来探究一下它们的实现原理。

一、KVC

1、查找过程

创建一个Person类，并进行测试

//Person.h

@interface Person : NSObject

@property (nonatomic, copy) NSString *name;
@property (nonatomic, assign) int age;

@end

//测试
- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    Person *p = [Person new];
    [p setValue:@"name" forKey:@"name"];
    NSLog(@"p.name:%@",p.name);
}

很显然，这里会把p对象的name属性进行设置

2017-10-30 21:30:09.808609+0800 KVCDemo[4365:2098502] p.name:name

但是它是如何进行设置的呢？
注释掉name属性，并添加一个_name变量

//Person.h
@interface Person : NSObject
//@property (nonatomic, copy) NSString *name;
@property (nonatomic, assign) int age;
@end

Person.m
@implementation Person
{
    NSString *_name;
}

测试

Person *p = [Person new];
[p setValue:@"name" forKey:@"name"];
 NSLog(@"p.name:%@",[p valueForKey:@"name"]);;
//输出
2017-10-30 21:38:10.298386+0800 KVCDemo[4436:2128286] p.name:name

很显然，KOC可以直接对属性变量赋值。

那如果我们写一个set方法会怎样呢？

//Person.m
- (void)setName:(NSString *)name{
    NSLog(@"setName");
}

再次运行，打印如下：

2017-10-30 21:41:55.337456+0800 KVCDemo[4468:2142554] setName
2017-10-30 21:41:55.337686+0800 KVCDemo[4468:2142554] p.name:(null)

程序调用了setName方法，但并没有给_name属性赋值（因为在set方法中我们只是简单的打印）

这可以得出一个结论：KVC
当使用KVC的时候，它的顺序是：查找set/get方法，如果有，则调用set/get方法，没有则直接查找相应的实例变量。

但其实这中间还有一步，就是判断accessInstanceVariablesDirectly方法返回是否为YES（默认为YES），如果为YES才会继续去查找实例变量。

所以如果我们想要禁止别人通过KVC方法我们的私有变量的时候，我们就可以重写这个方法，并返回NO。
修改代码如下：

@implementation Person
{
    NSString *_name;
}

+ (BOOL)accessInstanceVariablesDirectly{
    return NO;
}

测试代码不变，程序崩溃

[<Person 0x604000036660> setValue:forUndefinedKey:]: this class is not key value coding-compliant for the key name.

2、隐藏方法

对于集合类KVC有一些隐藏方法，如：

    Person *p1 = [Person new];
    p1.age = 10;
    Person *p2 = [Person new];
    p2.age = 20;
    Person *p3 = [Person new];
    p3.age = 30;
    NSMutableArray *arr = [NSMutableArray arrayWithObjects:p1,p2,p3, nil];
    NSLog(@"max:%@",[arr valueForKeyPath:@"@max.age"]);
    NSLog(@"min:%@",[arr valueForKeyPath:@"@min.age"]);
    NSLog(@"sum:%@",[arr valueForKeyPath:@"@sum.age"]);
    NSLog(@"avg:%@",[arr valueForKeyPath:@"@avg.age"]);

输出如下：

2017-10-30 22:05:42.022347+0800 KVCDemo[4651:2227632] max:30
2017-10-30 22:05:42.022524+0800 KVCDemo[4651:2227632] min:10
2017-10-30 22:05:42.025358+0800 KVCDemo[4651:2227632] sum:60
2017-10-30 22:05:42.025716+0800 KVCDemo[4651:2227632] avg:20

注意
当对子类继承自父类的属性使用KVC时，查找顺序如下：
子类的get方法->父类的get方法->accessInstanceVariablesDirectly是否返回YES-->子类的成员变量>父类的成员变量

二、KVO

1、实现过程

下面我们来添加一个KVO探究一下它究竟是如何实现的

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    Person *p = [Person new];
    [p addObserver:self forKeyPath:@"name" options:NSKeyValueObservingOptionNew context:nil];
    p.name = @"change";
}

- (void)observeValueForKeyPath:(NSString *)keyPath ofObject:(id)object change:(NSDictionary<NSKeyValueChangeKey,id> *)change context:(void *)context{
    NSLog(@"%@",change);
}

输出如下：

2017-10-30 22:22:15.212570+0800 KVCDemo[4777:2291649] {
    kind = 1;
    new = change;
}

这里解释一下这个kind的值，kind其实就是一个枚举值

typedef NS_ENUM(NSUInteger, NSKeyValueSetMutationKind) {
    NSKeyValueUnionSetMutation = 1,
    NSKeyValueMinusSetMutation = 2,
    NSKeyValueIntersectSetMutation = 3,
    NSKeyValueSetSetMutation = 4
};

一般的对象都是1，只有容器类才会出现后面三个，后面会有介绍。

好了，继续我们的探索。这里KVO成功监听的name属性的改变，但是它是怎么监听的呢？

查看文档，我发现了这样一个方法

+ (BOOL)automaticallyNotifiesObserversForKey:(NSString *)key;

这个方法的返回值决定是否自动触发通知，修改代码

+ (BOOL)automaticallyNotifiesObserversForKey:(NSString *)key{
    if ([key isEqualToString:@"_name"]) {
        return NO;
    }
    return NO;
}

再次运行，就没有受到通知了，说明我们现在需要自动触发通知。
嗯，一看文档就知道，在改变name的值的时候，我们只需要调用一下这两个方法就OK了。

    [p willChangeValueForKey:@"name"];
    p.name = @"change";
    [p didChangeValueForKey:@"name"];

再次运行，通知成功触发

2017-10-30 22:33:48.386367+0800 KVCDemo[4843:2332128] {
    kind = 1;
    new = change;
}

这说明了什么呢？在automaticallyNotifiesObserversForKey返回YES的时候（默认返回YES），系统自动帮我们调用了以上那两个方法。那系统是如何调用的呢？

依然开启自动触发通知，然后我们打印一下p的类型，这时候神奇的事情发生了

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    Person *p = [Person new];
    NSLog(@"%s",object_getClassName(p));
    [p addObserver:self forKeyPath:@"name" options:NSKeyValueObservingOptionNew context:nil];
    NSLog(@"%s",object_getClassName(p));
    [p willChangeValueForKey:@"name"];
    p.name = @"change";
    [p didChangeValueForKey:@"name"];
}

输出如下：

2017-10-30 22:41:03.107362+0800 KVCDemo[4887:2354911] Person
2017-10-30 22:41:03.107818+0800 KVCDemo[4887:2354911] NSKVONotifying_Person
2017-10-30 22:41:03.108140+0800 KVCDemo[4887:2354911] {
    kind = 1;
    new = change;
}
2017-10-30 22:41:03.108298+0800 KVCDemo[4887:2354911] {
    kind = 1;
    new = change;
}

咦，p竟然变成了NSKVONotifying_Person这样一个类？
看到这里，我猜测，KVO利用runtime做了这样一件事，它创建了一个新的名为NSKVONotifying_Person这样的类，并把p的isa指针指向了NSKVONotifying_Person，而在NSKVONotifying_Person这个类中，重写了name的set方法

- (void)setName:(NSString *)name{
    [self willChangeValueForKey:@"name"];
    _name = name;
    [self didChangeValueForKey:@"name"];
}

2、自定义KVO

到底怎样利用runtime实现的呢？
下面我们来自己实现一下KVO。
新建一个NSObject的分类

//NSObject+KVO.m
#import "NSObject+KVO.h"

@implementation NSObject (KVO)

- (void)HK_addObserver:(NSObject *)observer forKeyPath:(NSString *)keyPath options:(NSKeyValueObservingOptions)options context:(void *)context{
    //动态创建子类
    NSString *oldClassName = NSStringFromClass([self class]);
    NSString *newClassName = [@"HKKVO_" stringByAppendingString:oldClassName];
    Class newClass = objc_allocateClassPair([self class], newClassName.UTF8String, 0); //三个参数分别为superClass,className，第三个参数默认填0
    //重写set方法
    IMP imp = method_getImplementation(class_getClassMethod([self class], @selector(setName:)));
    class_addMethod(newClass, @selector(setName:), imp, "v@:@");
    //注册该类
    objc_registerClassPair(newClass);
    //改变被观察者的isa指针
    object_setClass(self, newClass);
}

- (void)setName:(NSString *)name{
    NSLog(@"setName");
}

来验证一下：

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    Person *p = [Person new];
    [p HK_addObserver:self forKeyPath:@"name" options:NSKeyValueObservingOptionNew context:nil];
    p.name = @"change";
}

输出：

2017-10-31 10:46:16.945467+0800 KVCDemo[5575:2686904] setName

嗯，确实调用了新添加的set方法。但是我们好像还没有接收到通知，如何把这个通知发过去呢？这里只需要把oberver获取一下就可以了，我们通过关联对象实现：

- (void)HK_addObserver:(NSObject *)observer forKeyPath:(NSString *)keyPath options:(NSKeyValueObservingOptions)options context:(void *)context{
    //动态创建子类
    NSString *oldClassName = NSStringFromClass([self class]);
    NSString *newClassName = [@"HKKVO_" stringByAppendingString:oldClassName];
    Class newClass = objc_allocateClassPair([self class], newClassName.UTF8String, 0); //三个参数分别为superClass,className，第三个参数默认填0
    //重写set方法
    IMP imp = method_getImplementation(class_getClassMethod([self class], @selector(setName:)));
    class_addMethod(newClass, @selector(setName:), imp, "v@:@");
    //注册该类
    objc_registerClassPair(newClass);
    //改变被观察者的isa指针
    object_setClass(self, newClass);
    objc_setAssociatedObject(self, @"observer", observer, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN);
}

- (void)setName:(NSString *)name{
    NSObject *obj = objc_getAssociatedObject(self, @"observer");
    [obj observeValueForKeyPath:@"name" ofObject:self change:@{@"kind":@(NSKeyValueUnionSetMutation),@"new":name} context:nil];
    NSLog(@"setName");
}

再次运行：

2017-10-31 11:02:42.058328+0800 KVCDemo[5673:2740309] {
    kind = 1;
    new = change;
}
2017-10-31 11:02:42.058550+0800 KVCDemo[5673:2740309] setName

OK，通知成功发送，但是还有一个问题，我打印了一下name的值，发现为空

NSLog(@"%@",p.name);

2017-10-31 11:09:42.445267+0800 KVCDemo[5700:2752840] (null)

嗯，为空就对了，因为set方法走了我们定义的set方法嘛，_name属性自然没有完成设置，所以这里我们还需要完善一下。

有人可能会想到用KVC，直接[self setValue:name forKey:@"name"];，注意这里肯定是不可以直接用KVC的，因为子类这里重写了set方法，使用KVC它肯定会走子类的set方法，然后重复调用。

所以这里。。。。。。我还是使用了KVC，哈哈哈哈哈，不过得先把它的isa指针指向父类

- (void)setName:(NSString *)name{
    NSObject *obj = objc_getAssociatedObject(self, @"observer");
    [obj observeValueForKeyPath:@"name" ofObject:self change:@{@"kind":@(NSKeyValueUnionSetMutation),@"new":name} context:nil];
    NSLog(@"setName");
    Class superClass = [self superclass];
    object_setClass(self, superClass);
    [self setValue:name forKey:@"name"];
}

再次运行

2017-10-31 11:22:57.409392+0800 KVCDemo[5804:2797242] {
    kind = 1;
    new = change;
}
2017-10-31 11:22:57.409527+0800 KVCDemo[5804:2797242] setName
2017-10-31 11:22:57.409649+0800 KVCDemo[5804:2797242] p.name:change

OK,大功告成。
当然，这里我其实是投机取巧啊，系统绝对不是这样做的，系统添加的子类应该要复杂得多，因为直到获取通知，被观察者的isa指针依然指向子类，而我们这里已经将被观察者得指针指回了父类。这里其实依然可以用关联对象，只不过还得重写一下get方法，具体我就不再多讲了，runtime能做的事太多，只要用心思考，方法还是很多的。

补充：

KVO是监听的指针，所以一般情况下KVO是不能直接监听数组的，因为修改数组是不会改变它的指针的，要想监听数组，得使用mutableArrayValueForKey来改变数组，因为这个不仅把元素加进去了，而且还重新生成一个可变数组来重新赋值。

这篇文章涉及到了很多runtime的知识，后面我应该会写一篇关于runtime的讲解，文章有不足的地方望大家指出。

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