【iOS】OC底层系列三 - KVO和KVC

面试题：

iOS用什么方式实现对一个对象的KVO？（KVO的本质）
KVC的赋值和取值过程是怎样的？原理是什么？

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。

通过一个小案例，回顾一下KVO的使用方法。示例程序：

@interface DBPerson : NSObject

@property (nonatomic, assign) int age;

@end
  
@implementation DBPerson

- (void)setAge:(int)age {
		NSLog(@"%@ - 旧值：%d", self, age);
  	_age = age;
  	NSLog(@"%@ - 新值：%d", self, _age);
}

@end
  
@interface ViewController ()

@property (nonatomic, strong) DBPerson *person1;
@property (nonatomic, strong) DBPerson *person2;

@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    // 1. 创建对象
    self.person1 = [[DBPerson alloc] init];  
  	self.person2 = [[DBPerson alloc] init];
  	
  	// 2. person1对象添加KVO监听
  	// observer：监听者
  	// keyPath：监听对象的属性
  	// options：监听配置（一般新值和旧值都要监听）
  	// context：附加值（如果不需要就传nil）
  	NSKeyValueObservingOptions options = NSKeyValueObservingOptionNew | NSKeyValueObservingOptionOld;
    [self.person1 addObserver:self forKeyPath:@"age" options:options context:@"监听age值变化"];
}

// 3. 监听方法（当监听对象的属性值发生改变时，会自动调用）
- (void)observeValueForKeyPath:(NSString *)keyPath ofObject:(id)object change:(NSDictionary<NSKeyValueChangeKey,id> *)change context:(void *)context {
    int oldValue = [[change valueForKey:NSKeyValueChangeOldKey] intValue];
    int newValue = [[change valueForKey:NSKeyValueChangeNewKey] intValue];
    NSLog(@"%@：%@的%@属性值从[%d]变为了[%d]", context, object, keyPath, oldValue, newValue);
}

- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event {
  	// 4. 改变属性值
    self.person1.age = 11;
    self.person2.age = 22;
}

- (void)dealloc {
  	// 5. 移除监听
    [self.person1 removeObserver:self forKeyPath:@"age"];
}

@end
  
/* 
输出：
<DBPerson: 0x600002040600> - 旧值：11
<DBPerson: 0x600002040600> - 新值：11
监听age值变化：<DBPerson: 0x600002040600>的age属性值从[0]变为了[11]
<DBPerson: 0x600002040620> - 旧值：22
<DBPerson: 0x600002040620> - 新值：22
*/

1.1. 分析

疑问：self.person1.age = 11和self.person2.age = 22的本质都是调用age的setter方法，为什么能够监听到person1属性age的值变化，监听不到person2属性age的值变化？

person1和person2是不同的对象，我们看一下isa指针相关信息。

通过打印看到，person1的isa指向了NSKVONotifying_DBPerson，person2的isa指向了DBPerson。我们创建的person1是DBPerson类，怎么变成了NSKVONotifying_DBPerson？而且我们也没有去创建这个类。

当一个对象使用KVO后，程序就会动态为这个对象的类创建一个新类，类名是NSKVONotifying_类名，并且新创建的类是对象之前类的子类。所以，NSKVONotifying_DBPerson是程序运行期间使用runtime动态创建的DBPerson的子类。

未使用KVO监听的对象，对象的isa指向DBPerson类对象。

使用了KVO监听的对象，对象的isa指向NSKVONotifying_DBPerson类对象，NSKVONotifying_DBPerson类对象的superclass指向DBPerson类对象。NSKVONotifying_DBPerson类对象实现了setAge:方法，所以person1会执行NSKVONotifying_DBPerson类对象中的setAge:方法。

从这一点也可以看出，对象的isa指向不同，最终的结果也可能会不一样。

NSKVONotifying_DBPerson类对象中的setAge:方法内部调用了Foundation框架中的_NSSetIntValueAndNotify函数（是一个C函数）。

NSKVONotifying_DBPerson的伪代码：

@implementation NSKVONotifying_DBPerson

- (void)setAge:(int)age {
    _NSSetIntValueAndNotify();
}

void _NSSetIntValueAndNotify() {
  	// 1. 将要修改age
    [self willChangeValueForKey:@"age"];
  	// 2. 执行父类的setAge:
    [super setAge:age];
  	// 3. age值已经改变
    [self didChangeValueForKey:@"age"];
}

- (void)didChangeValueForKey:(NSString *)key {
  	// 4. 通知监听器
    [observer observeValueForKeyPath:key ofObject:self change:nil context:nil];
}

// 屏蔽内部实现，隐藏了NSKVONotifying_DBPerson类的存在
- (Class)class {
  	return [DBPerson class];
}

// 收尾工作
- (void)dealloc {
		
}

// 是否实现KVO
- (BOOL)_isKVOA {
  	return YES;
}

@end

注意：如果一个对象使用了KVO，不要手动创建名为NSKVONotifying_对象isa指向类的类名的类，否则KVO就会失效。

1.2. 验证

1.2.1. 验证`NSKVONotifying_DBPerson`类的生成时机

runtime中的object_getClass()方法可以获取对象isa指向的类名。

NSLog(@"person1添加KVO[前]：%@", object_getClass(self.person1));
NSLog(@"person2：%@", object_getClass(self.person2));

NSKeyValueObservingOptions options = NSKeyValueObservingOptionNew | NSKeyValueObservingOptionOld;
[self.person1 addObserver:self forKeyPath:@"age" options:options context:@"监听age值变化"];

NSLog(@"person1添加KVO[后]：%@", object_getClass(self.person1));
NSLog(@"person2：%@", object_getClass(self.person2));

/*
输出：
person1添加KVO[前]：DBPerson
person2：DBPerson
person1添加KVO[后]：NSKVONotifying_DBPerson
person2：DBPerson
*/

经过验证发现，NSKVONotifying_DBPerson派生类是在对象添加KVO监听后动态生成的。

1.2.2. 验证`_NSSetIntValueAndNotify`函数的存在

runtime中的methodForSelector()方法可以获取指定方法名的实现地址。

NSLog(@"person1添加KVO[前]：%p", [self.person1 methodForSelector:@selector(setAge:)]);
NSLog(@"person2：%p", [self.person2 methodForSelector:@selector(setAge:)]);

NSKeyValueObservingOptions options = NSKeyValueObservingOptionNew | NSKeyValueObservingOptionOld;
[self.person1 addObserver:self forKeyPath:@"age" options:options context:@"监听age值变化"];

NSLog(@"person1添加KVO[后]：%p", [self.person1 methodForSelector:@selector(setAge:)]);
NSLog(@"person2：%p", [self.person2 methodForSelector:@selector(setAge:)]);

/*
 输出：
 person1添加KVO[前]：0x10ae40530
 person2：0x10ae40530
 person1添加KVO[后]：0x7fff207bc2b7
 person2：0x10ae40530
*/

通过lldb指令打印对应的方法实现地址可以发现，已添加KVO的对象调用属性的setter方法是在派生类的_NSSetIntValueAndNotify()函数中实现的。

_NSSetIntValueAndNotify仅仅是因为我们监听的属性是int类型而使用的函数，对应其他类型的有_NSSetBoolValueAndNotify、_NSSetObjectValueAndNotify、_NSSetRectValueAndNotify等很多类型的函数。

1.2.3. 获取`NSKVONotifying_DBPerson`类的对象方法

通过runtime的class_copyMethodList()可以获取到一个类已实现的所有对象方法。

// 打印指定类的所有实现方法
- (void)printMethodNamesOfClass:(Class)cls {
    // 方法个数
    unsigned int count;
    // 方法数组
    Method *methodList = class_copyMethodList(cls, &count);
    // 存储方法名
    NSMutableString *names = [NSMutableString string];
    // 遍历方法数组
    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
        [names appendFormat:@"\n%@", methodName];
    }
    // 释放
    free(methodList);
    // 打印方法名
    NSLog(@"%@：(%@)", cls, names);
}

[self printMethodNamesOfClass:object_getClass(self.person1)];

/*
输出：
NSKVONotifying_DBPerson：(
setAge:
class
dealloc
_isKVOA)
*/

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：

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

2.1. setValue:forKey:的原理

+ (BOOL)accessInstanceVariablesDirectly {}：是否允许直接访问成员变量，默认返回值是YES。

2.2. valueForKey:的原理

面试题1：iOS用什么方式实现对一个对象的KVO？（KVO的本质）

解答：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:

面试题2：如何手动触发KVO？

解答：手动调用willChangeValueForKey:和didChangeValueForKey:（两个方法缺一不可）。

面试题3：直接修改成员变量会触发KVO么？

解答：不会触发KVO，因为不会触发setter方法。如果想要触发KVO，可以手动触发（面试题2）。

面试题4：通过KVC修改属性会触发KVO么？

解答：会触发KVO。如果没有属性只有成员变量，在setValue:forKey:内部会调用willChangeValueForKey:和didChangeValueForKey:，所以会触发KVO。

面试题5：KVC的赋值和取值过程是怎样的？原理是什么？

解答：参考2.1和2.2的图。