KVO 和 KVC 底层原理总结

一、KVO

KVO 的全称是 Key-Value Observing，俗称 “键值监听”，可以用于监听某个对象属性值的改变。

下面用一个代码例子来总结原理，首先有一个 MyPerson 类，里面只有一个 age 年龄属性：

@interface MyPerson : NSObject
@property (assign, nonatomic) int age;
@end

然后在外部控制器中我们使用 MyPerson 声明两个示例对象 person1 和 person2。只对 person1 添加 KOV 监听，然后通过打印监听前和监听后的内存地址，来看他们的 isa 指针指向是否有变化。并且打印 person1 和 person2 的类对象和元类对象进行对比。

@interface ViewController ()
@property (strong, nonatomic) MyPerson *person1;
@property (strong, nonatomic) MyPerson *person2;
@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    
    self.person1 = [[MyPerson alloc] init];
    self.person1.age = 1;
    
    self.person2 = [[MyPerson alloc] init];
    self.person2.age = 2;
    
    NSLog(@"person1添加KVO监听之前 - %@ %@",
          object_getClass(self.person1),
          object_getClass(self.person2));
    NSLog(@"person1添加KVO监听之前 - %p %p",
          [self.person1 methodForSelector:@selector(setAge:)],
          [self.person2 methodForSelector:@selector(setAge:)]);
    
    // 给person1对象添加KVO监听
    NSKeyValueObservingOptions options = NSKeyValueObservingOptionNew | NSKeyValueObservingOptionOld;
    [self.person1 addObserver:self forKeyPath:@"age" options:options context:@"123"];
    
    NSLog(@"person1添加KVO监听之后 - %@ %@",
          object_getClass(self.person1),
          object_getClass(self.person2));
    NSLog(@"person1添加KVO监听之后 - %p %p",
          [self.person1 methodForSelector:@selector(setAge:)],
          [self.person2 methodForSelector:@selector(setAge:)]);

    NSLog(@"类对象 - %@ %@",
          object_getClass(self.person1),  // self.person1.isa
          object_getClass(self.person2)); // self.person2.isa

    NSLog(@"元类对象 - %@ %@",
          object_getClass(object_getClass(self.person1)), // self.person1.isa.isa
          object_getClass(object_getClass(self.person2))); // self.person2.isa.isa
}

- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event {
    // NSKVONotifying_MyPerson是使用Runtime动态创建的一个类，是MyPerson的子类
    // self.person1.isa == NSKVONotifying_MyPerson
    //[self.person1 setAge:21];
    self.person1.age = 20;
    self.person2.age = 20;
}

- (void)dealloc {
    [self.person1 removeObserver:self forKeyPath:@"age"];
}

// 当监听对象的属性值发生改变时，就会调用
- (void)observeValueForKeyPath:(NSString *)keyPath ofObject:(id)object change:(NSDictionary<NSKeyValueChangeKey,id> *)change context:(void *)context {
    NSLog(@"监听到%@的%@属性值改变了 - %@ - %@", object, keyPath, change, context);
}

打印结果：

person1添加KVO监听之前 - MyPerson MyPerson
person1添加KVO监听之前 - 0x1078b6440 0x1078b6440
person1添加KVO监听之后 - NSKVONotifying_MyPerson MyPerson
person1添加KVO监听之后 - 0x7fff207bf79f 0x1078b6440
类对象 - NSKVONotifying_MyPerson MyPerson
元类对象 - NSKVONotifying_MyPerson MyPerson

我们发现添加KVO监听之前，person1 和 person2 的类对象是一样的都是 MyPerson，但是添加 KVO 监听之后，person1 的类对象变为了NSKVONotifying_MyPerson。

未使用KVO监听的对象：

使用了 KVO 监听的对象：

_setAge 其实是调用了_NSSetIntValueAndNotify 方法，
_NSSetIntValueAndNotify 方法内部其实是如下伪代码：

// 伪代码
void _NSSetIntValueAndNotify() {
    [self willChangeValueForKey:@"age"];
    [super setAge:age];
    [self didChangeValueForKey:@"age"];
}

- (void)didChangeValueForKey:(NSString *)key {
    // 通知监听器，某某属性值发生了改变
    [oberser observeValueForKeyPath:key ofObject:self change:nil context:nol];
}

Foundation 框架内除了有 _NSSetIntValueAndNotify，还有_NSSetBoolValueAndNotify、_NSSetCharValueAndNotify、_NSSetDoubleValueAndNotify 等等类型。

_NSSetxxxValueAndNotify 的内部实现

  • 调用 willChangeValueForKey:

  • 调用原来的 setter 实现

  • 调用 didChangeValueForKey: didChangeValueForKey: 内部会调用 observer 的 observeValueForKeyPath:ofObject:change:context: 方法

NSKVONotifying_MyPerson 除了重写了 setAge: 方法，还重写了 class、dealloc、_isKVOA 方法。如果调用下面的代码：

NSLog(@"%@ %@", object_getClass(self.person1), object_getClass(self.person2));
NSLog(@"%@ %@", [self.person1 class]), [self.person2 class]);

会发现打印为：

NSKVONotifying_MyPerson  MyPerson
MyPerson  MyPerson

所以说明如果是通过 rumtime 的函数 objc_getClass 拿出来的是它真正的 isa 指向，而 class 方法则不是，因为它重写了class 方法，屏蔽了内部实现，隐藏了 NSKVONotifying_MyPerson 类的存在。

我们可以通过下面的方式证明一下 NSKVONotifying_MyPerson 是否重写了这几个方法，我们可以打印一下这个类的所有方法名：

- (void)printMethodNamesOfClass:(Class)cls {
    unsigned int count;
    // 获得方法数组
    Method *methodList = class_copyMethodList(cls, &count);
    
    // 存储方法名
    NSMutableString *methodNames = [NSMutableString string];
    
    // 遍历所有的方法
    for (int i = 0; i < count; i++) {
        // 获得方法
        Method method = methodList[I];
        // 获得方法名
        NSString *methodName = NSStringFromSelector(method_getName(method));
        // 拼接方法名
        [methodNames appendString:methodName];
        [methodNames appendString:@", "];
    }
    
    // 释放
    free(methodList);
    
    // 打印方法名
    NSLog(@"%@ %@", cls, methodNames);
}

打印结果为：

NSKVONotifying_MyPerson  setAge:, class, dealloc, _isKVOA,
MyPerson setAge:, age,

KVO 相关面试题：

1、iOS用什么方式实现对一个对象的KVO？(KVO的本质是什么？)

答： 利用 RuntimeAPI 动态生成一个子类，并且让 instance 对象的 isa 指向这个全新的子类
当修改 instance 对象的属性时，会调用 Foundation 的_NSSetXXXValueAndNotify 函数
{
willChangeValueForKey:
父类原来的 setter
didChangeValueForKey:
}
内部会触发监听器（Oberser）的监听方法(observeValueForKeyPath:ofObject:change:context:）

2、如何手动触发KVO？

答： 手动调用 willChangeValueForKey: 和didChangeValueForKey: 方法即可。

3、直接修改成员变量会触发KVO么？

答： 不会触发 KVO。

二、KVC

KVC 的全称是 Key-Value Coding，俗称“键值编码”，可以通过一个 key 来访问某个属性

常见的 API 有：

- (void)setValue:(id)value forKeyPath:(NSString *)keyPath;
- (void)setValue:(id)value forKey:(NSString *)key;
- (id)valueForKeyPath:(NSString *)keyPath;
- (id)valueForKey:(NSString *)key;

setValue:forKey: 赋值的原理

赋值顺序： setKey：、_setKey:，
没找到的话，看 accessInstanceVariablesDirectly 是否允许直接访问成员变量，允许的话，按 _key、_isKey、key、isKey 查找。找到了直接赋值，找不到就调用 valueForUndefineKey: 方法并抛出 NSUnknownKeyException 异常。
如下图：

valueForKey: 取值的原理

取值顺序： getKey、key、isKey、_key。
没找到的话，看 accessInstanceVariablesDirectly 是否允许直接访问成员变量，允许的话，按 _key、_isKey、key、isKey 查找。找到了直接赋值，找不到就调用 valueForUndefineKey: 方法并抛出 NSUnknownKeyException 异常。

KVC 相关面试题：

1、通过KVC修改属性会触发KVO么？

答：会触发 KVO。（不管有没有触发set方法都会触发KVO，没有set方法的话kvc修改的是成员变量，内部调用了willChangeValueForKey: 和 didChangeValueForKey:,，所以也会触发）
验证方法：
在 MyPerson.h 中只声明成员变量 age，不写属性 age，也不去重写 setAge: 方法。

@interface MyPerson : NSObject {
    @public
    int age;
    int isAge;
    int _isAge;
    int _age;
}

在 MyPerson.m 中，我们自己重写下 willChangeValueForKey: 和 didChangeValueForKey: 方法，在里面打印，并且重写 accessInstanceVariablesDirectly 返回 YES，让 KVC 可直接访问成员变量。

- (void)willChangeValueForKey:(NSString *)key {
    [super willChangeValueForKey:key];
    NSLog(@"willChangeValueForKey - %@", key);
}

- (void)didChangeValueForKey:(NSString *)key {
    NSLog(@"didChangeValueForKey - begin - %@", key);
    [super didChangeValueForKey:key];
    NSLog(@"didChangeValueForKey - end - %@", key);
}

// 默认的返回值就是YES
+ (BOOL)accessInstanceVariablesDirectly {
    return YES;
}

我们在外部用 kvc 修改 age 的值，

[person setValue:@10 forKey:@"age"];

可以发现 KVC 设置 age 成功了，并且打印了willChangeValueForKey: 和 didChangeValueForKey: 方法中的输出。

2、KVC的赋值和取值过程是怎样的？原理是什么？

赋值顺序： setKey：、_setKey:，
没找到的话，看 accessInstanceVariablesDirectly 是否允许直接访问成员变量，允许的话，按 _key、_isKey、key、isKey 查找。找到了直接赋值，找不到就调用 valueForUndefineKey: 方法并抛出 NSUnknownKeyException 异常。

取值顺序： getKey、key、isKey、_key。
没找到的话，看 accessInstanceVariablesDirectly 是否允许直接访问成员变量，允许的话，按 _key、_isKey、key、isKey 查找。找到了直接赋值，找不到就调用 valueForUndefineKey: 方法并抛出 NSUnknownKeyException 异常。

以上的总结参考了并部分摘抄了以下文章，非常感谢以下作者的分享！：
小马哥-李明杰的《KVO》课程

转载请备注原文出处，不得用于商业传播——凡几多

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