KVC原理剖析

时间  2019-11-07
标签 kvc 原理 剖析 繁體版
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该文章属于<简书 — 刘小壮>原创，转载请注明：

<简书 — 刘小壮> https://www.jianshu.com/p/1d39bc610a5bhtml

在工做中常常会使用到 KVC，可是不少人对于 KVC的实现原理并不太清楚。好比说 KVC在进行存取时，是怎么进行查找并赋值的。

网上有不少讲KVC的文章，可是有不少质量并不高。这两天抽空把我所理解的KVC写出来，当作学习交流，正好也让各位大神帮我指正一下，十分感谢！ios

博客配图

协议定义

KVC全称是Key Value Coding，定义在NSKeyValueCoding.h文件中，是一个非正式协议。KVC提供了一种间接访问其属性方法或成员变量的机制，能够经过字符串来访问对应的属性方法或成员变量。macos

NSKeyValueCoding Protocol

在NSKeyValueCoding中提供了KVC通用的访问方法，分别是getter方法valueForKey:和setter方法setValue:forKey:，以及其衍生的keyPath方法，这两个方法各个类通用的。而且由KVC提供默认的实现，咱们也能够本身重写对应的方法来改变实现。数组

基础操做

KVC主要对三种类型进行操做，基础数据类型及常量、对象类型、集合类型。安全

@interface BankAccount : NSObject
@property (nonatomic, strong) NSNumber *currentBalance;
@property (nonatomic, strong) Person *owner;
@property (nonatomic, strong) NSArray<Transaction *> *transactions;
@end

在使用KVC时，直接将属性名当作key，并设置value，便可对属性进行赋值。服务器

[myAccount setValue:@(100.0) forKey:@"currentBalance"];

keyPath

除了对当前对象的属性进行赋值外，还能够对其更“深层”的对象进行赋值。例如对当前对象的address属性的street属性进行赋值。KVC进行多级访问时，直接相似于属性调用同样用点语法进行访问便可。app

[myAccount setValue:@"中关村大街" forKeyPath:@"address.street"];

经过keyPath对数组进行取值时，而且数组中存储的对象类型都相同，能够经过valueForKeyPath:方法指定取出数组中全部对象的某个字段。例以下面例子中，经过valueForKeyPath:将数组中全部对象的name属性值取出，并放入一个数组中返回。布局

NSArray *names = [array valueForKeyPath:@"name"];

多值操做

须要注意的是，虽然看到dictionary的字样，下面两个方法并非字典的方法。性能

KVC还有更强大的功能，能够根据给定的一组key，获取到一组value，而且以字典的形式返回，获取到字典后能够经过key从字典中获取到value。学习

- (NSDictionary<NSString *, id> *)dictionaryWithValuesForKeys:(NSArray<NSString *> *)keys;

一样，也能够经过KVC进行批量赋值。在对象调用setValuesForKeysWithDictionary:方法时，能够传入一个包含key、value的字典进去，KVC能够将全部数据按照属性名和字典的key进行匹配，并将value给User对象的属性赋值。

- (void)setValuesForKeysWithDictionary:(NSDictionary<NSString *, id> *)keyedValues;

实用技巧

在项目中常常会遇到字典转模型的状况，若是在自定义的init方法里逐个赋值，这样每次数据发生改变还须要改赋值语句。然而经过KVC为咱们提供的赋值API，能够对数据进行批量赋值。假设有如下JSON数据并定义User类，在外界经过setValuesForKeysWithDictionary:方法对User进行赋值。

JSON数据：
{
    "username": "lxz",
    "age": 25,
    "id": 100
}

@interface User : NSObject
@property (nonatomic, copy) NSString *name;
@property (nonatomic, assign) NSString age;
@property (nonatomic, assign) NSInteger userId;
@end

@implementation User
- (void)setValue:(id)value forUndefinedKey:(NSString *)key {
    if ([key isEqualToString:@"id"]) {
        self.userId = [value integerValue];
    }
}
@end

赋值时会遇到一些问题，例如服务器会返回一个id字段，可是对于客户端来讲id是系统保留字段，能够重写setValue:forUndefinedKey:方法并在内部处理id参数的赋值。

转换时须要服务器数据和类定义匹配，字段数量和字段名都应该匹配。若是User比服务器数据多，则服务器没传的字段为空。若是服务端传递的数据User中没有定义，则会致使崩溃。

在KVC进行属性赋值时，内部会对基础数据类型作处理，不须要手动作NSNumber的转换。须要注意的是，NSArray和NSDictionary等集合对象，value都不能是nil，不然会致使Crash。

异常信息

当根据KVC搜索规则，没有搜索到对应的key或者keyPath，则会调用对应的异常方法。异常方法的默认实现，在异常发生时会抛出一个NSUndefinedKeyException的异常，而且应用程序Crash。

咱们能够重写下面两个方法，根据业务需求合理的处理KVC致使的异常。

- (nullable id)valueForUndefinedKey:(NSString *)key;
- (void)setValue:(nullable id)value forUndefinedKey:(NSString *)key;

异常处理

当经过KVC给某个非对象的属性赋值为nil时，此时KVC会调用属性所属对象的setNilValueForKey:方法，并抛出NSInvalidArgumentException的异常，并使应用程序Crash。

咱们能够经过重写下面方法，在发生这种异常时进行处理。例如给name赋值为nil的时候，就能够重写setNilValueForKey:方法并表示name是空的。

- (void)setNilValueForKey:(NSString *)key {
    if ([key isEqualToString:@"name"]) {
        [self setValue:@"" forKey:@”age”];
    } else {
        [super setNilValueForKey:key];
    }
}

集合属性操做

根据KVO的实现原理，是在运行时生成新的子类并重写其setter方法，在其内容发生改变时发送消息。但这只是对属性直接进行赋值会触发，若是属性是容器对象，对容器对象进行add或remove操做，则不会调用KVO的方法。能够经过KVC对应的API来配合使用，使容器对象内部发生改变时也能触发KVO。

在进行容器对象操做时，先调用下面方法经过key或者keyPath获取集合对象，而后再对容器对象进行add或remove等操做时，就会触发KVO的消息通知了。

- (NSMutableArray *)mutableArrayValueForKey:(NSString *)key;
- (NSMutableOrderedSet *)mutableOrderedSetValueForKey:(NSString *)key API_AVAILABLE(macos(10.7), ios(5.0), watchos(2.0), tvos(9.0));
- (NSMutableSet *)mutableSetValueForKey:(NSString *)key;

keyPath方法：

- (NSMutableArray *)mutableArrayValueForKeyPath:(NSString *)keyPath;
- (NSMutableOrderedSet *)mutableOrderedSetValueForKeyPath:(NSString *)keyPath API_AVAILABLE(macos(10.7), ios(5.0), watchos(2.0), tvos(9.0));
- (NSMutableSet *)mutableSetValueForKeyPath:(NSString *)keyPath;

集合运算符

KVC提供的valueForKeyPath:方法很是强大，能够经过该方法对集合对象进行“深刻”操做，在其keyPath中嵌套集合运算符，例如求一个数组中对象某个属性的count。(集合对象主要指NSArray和NSSet，但不包括NSDictionary)

集合运算符格式

上面表达式主要分为三部分，left部分是要操做的集合对象，若是调用KVC的对象原本就是集合对象，则left能够为空。中间部分是表达式，表达式通常以@符号开头。后面是进行运算的属性。

集合运算符主要分为三类：

  1. 集合操做符：处理集合包含的对象，并根据操做符的不一样返回不一样的类型，返回值以NSNumber为主。
  2. 数组操做符：根据操做符的条件，将符合条件的对象包含在数组中返回。
  3. 嵌套操做符：处理集合对象中嵌套其余集合对象的状况，返回结果也是一个集合对象。

example

下面是为了方便模拟KVC操做，而建立的测试代码。定义Transaction类为模型类，类中包含三种类型的属性。并定义BankAccount类，其中包含一个数组，下面的代码示例就都是操做这个数组的，而且数组包含全部Transaction对象。

@interface Transaction : NSObject
@property (nonatomic, strong) NSString *payee;
@property (nonatomic, strong) NSNumber *amount;
@property (nonatomic, strong) NSDate *date;
@end
@interface BankAccount : NSObject
@property (nonatomic, strong) NSArray *transactions;
@end

集合操做符

集合操做符处理NSArray和NSSet及其子类这样的集合对象，并根据不一样的操做符返回不一样类型的对象，返回值通常都是NSNumber。

  • @avg用来计算集合中right keyPath指定的属性的平均值。
NSNumber *transactionAverage = [self.transactions valueForKeyPath:@"@avg.amount"];
  • @count用来计算集合的总数。
NSNumber *numberOfTransactions = [self.transactions valueForKeyPath:@"@count"];

备注：@count操做符比较特殊，它不须要写right keyPath，即便写了也会被忽略。

  • @sum用来计算集合中right keyPath指定的属性的总和。
NSNumber *amountSum = [self.transactions valueForKeyPath:@"@sum.amount"];
  • @max用来查找集合中right keyPath指定的属性的最大值。
NSDate *latestDate = [self.transactions valueForKeyPath:@"@max.date"];
  • @min用来查找集合中right keyPath指定的属性的最小值。
NSDate *earliestDate = [self.transactions valueForKeyPath:@"@min.date"];

备注：@max和@min在进行判断时，都是经过调用compare:方法进行判断，因此能够经过重写该方法对判断过程进行控制。

数组操做符

  • @unionOfObjects将集合对象中，全部payee对象放在一个数组中并返回。
NSArray *payees = [self.transactions valueForKeyPath:@"@unionOfObjects.payee"];
  • @distinctUnionOfObjects将集合对象中，全部payee对象放在一个数组中，并将数组进行去重后返回。
NSArray *distinctPayees = [self.transactions valueForKeyPath:@"@distinctUnionOfObjects.payee"];

注意：以上两个方法中，若是操做的属性为nil，在添加到数组中时会致使Crash。

嵌套操做符

因为嵌套操做符是须要对嵌套的集合对象进行操做，因此新建一个arrayOfArrays对象，其中包含两个数组，数组中存储的都是Transaction类型对象。

NSArray *moreTransactions = ....;
NSArray *arrayOfArrays = @[self.transactions, moreTransactions];
  • @unionOfArrays是用来操做集合内部的集合对象，将全部right keyPath对应的对象放在一个数组中返回。
NSArray *collectedPayees = [arrayOfArrays valueForKeyPath:@"@unionOfArrays.payee"];
  • @distinctUnionOfArrays是用来操做集合内部的集合对象，将全部right keyPath对应的对象放在一个数组中，并进行排重。
NSArray *collectedDistinctPayees = [arrayOfArrays valueForKeyPath:@"@distinctUnionOfArrays.payee"];
  • @distinctUnionOfSets是用来操做集合内部的集合对象，将全部right keyPath对应的对象放在一个set中，并进行排重。
NSSet *collectedPayees = [arrayOfArrays valueForKeyPath:@"@distinctUnionOfSets.payee"];

小技巧

若是在集合对象中操做的属性，原本就是NSNumber类型，则能够像下面这样，直接用self表明值自身。

NSArray *array = @[@(productA.price), @(productB.price), @(productC.price), @(productD.price)];
NSNumber *avg = [array valueForKeyPath:@"@avg.self"];

非对象值处理

KVC是支持基础数据类型和结构体的，能够在setter和getter的时候，经过NSValue和NSNumber来转换为OC对象。Swift中不存在这样的需求，由于Swift中全部变量都是对象。

如下是结构体转换的示例代码，能够调用initWithBool:方法对基础数据类型进行包装，除了调用方法外还能够经过字面量实现，例如@(YES)的调用。经过NSNumber的boolValue属性转换为基础数据类型。

@property (nonatomic, assign, readonly) BOOL boolValue;
- (NSNumber *)initWithBool:(BOOL)value NS_DESIGNATED_INITIALIZER;

结构体转换的代码定义在UIGeometry.h中，以NSValue的Category形式存在。NSValue对CGPoint、CGRect等结构体都提供了转换方法，例以下面是对CGPoint进行转换的示例代码。

@property(nonatomic, assign, readonly) CGPoint CGPointValue;
+ (NSValue *)valueWithCGPoint:(CGPoint)point;

须要注意的是，不管何时都不该该给setter中传入nil，会致使Crash并引发NSInvalidArgumentException异常。

属性验证

在调用KVC时能够先进行验证，验证经过下面两个方法进行，支持key和keyPath两种方式。验证方法默认实现返回YES，能够经过重写对应的方法修改验证逻辑。

验证方法须要咱们手动调用，并不会在进行KVC的过程当中自动调用。

- (BOOL)validateValue:(inout id _Nullable * _Nonnull)ioValue forKey:(NSString *)inKey error:(out NSError **)outError;
- (BOOL)validateValue:(inout id _Nullable * _Nonnull)ioValue forKeyPath:(NSString *)inKeyPath error:(out NSError **)outError;

下面是使用验证方法的例子。在validateValue方法的内部实现中，若是传入的value或key有问题，能够经过返回NO来表示错误，并设置NSError对象。

Person *person = [[Person alloc] init];
NSError *error;
NSString *name = @"John";
if (![person validateValue:&name forKey:@"name" error:&error]) {
    NSLog(@"%@", error);
}

单独验证

KVC还支持对单独属性作验证，能够经过定义validate<Key>:error:格式的方法，并在方法内部实现验证代码。在编写KVC验证代码的时候，应该先查找属性有没有自定义validate方法，而后再查找validateValue:方法，若是有则调用本身实现的方法，若是两个方法都没有实现则默认返回YES。

- (BOOL)validateName:(id *)ioValue error:(NSError * __autoreleasing *)outError{
    if ((*ioValue == nil) || ([(NSString *)*ioValue length] < 2)) {
        if (outError != NULL) {
            *outError = [NSError errorWithDomain:PersonErrorDomain
                                            code:PersonInvalidNameCode
                                        userInfo:@{ NSLocalizedDescriptionKey
                                                    : @"Name too short" }];
        }
        return NO;
    }
    return YES;
}

我以为KVC应该支持validateValue自动验证，在调用setValue或getValue时自动进行验证，若是不符合验证规则，就调用失败。若是外界使用的地方都先调用一次validateValue的话，这是很麻烦的。固然也有解决方法，能够经过Method Swizzling方法hook住setValue和getValue方法。

搜索规则

KVC在经过key或者keyPath进行操做的时候，能够查找属性方法、成员变量等，查找的时候能够兼容多种命名。具体的查找规则要以官方文档为主，因此我把官方文档翻译了一下写在下面。

在KVC的实现中，依赖setter和getter的方法实现，因此方法命名应该符合苹果要求的规范，不然会致使KVC失败。

在学习KVC的搜索规则前，要先弄明白一个属性的做用，这个属性在搜索过程当中起到很重要的做用。这个属性表示是否容许读取实例变量的值，若是为YES则在KVC查找的过程当中，从内存中读取属性实例变量的值。

@property (class, readonly) BOOL accessInstanceVariablesDirectly;

基础Getter搜索模式

这是valueForKey:的默认实现，给定一个key当作输入参数，开始下面的步骤，在这个接收valueForKey:方法调用的类内部进行操做。

  1. 经过getter方法搜索实例，例如get<Key>, <key>, is<Key>, _<key>的拼接方案。按照这个顺序，若是发现符合的方法，就调用对应的方法并拿着结果跳转到第五步。不然，就继续到下一步。
  2. 若是没有找到简单的getter方法，则搜索其匹配模式的方法countOf<Key>、objectIn<Key>AtIndex:、<key>AtIndexes:。

    若是找到其中的第一个和其余两个中的一个，则建立一个集合代理对象，该对象响应全部NSArray的方法并返回该对象。不然，继续到第三步。

    代理对象随后将NSArray接收到的countOf<Key>、objectIn<Key>AtIndex:、<key>AtIndexes:的消息给符合KVC规则的调用方。

    当代理对象和KVC调用方经过上面方法一块儿工做时，就会容许其行为相似于NSArray同样。

  3. 若是没有找到NSArray简单存取方法，或者NSArray存取方法组。则查找有没有countOf<Key>、enumeratorOf<Key>、memberOf<Key>:命名的方法。

    若是找到三个方法，则建立一个集合代理对象，该对象响应全部NSSet方法并返回。不然，继续执行第四步。

    此代理对象随后转换countOf<Key>、enumeratorOf<Key>、memberOf<Key>:方法调用到建立它的对象上。实际上，这个代理对象和NSSet一块儿工做，使得其表象上看起来是NSSet。

  4. 若是没有发现简单getter方法，或集合存取方法组，以及接收类方法accessInstanceVariablesDirectly是返回YES的。搜索一个名为_<key>、_is<Key>、<key>、is<Key>的实例，根据他们的顺序。

    若是发现对应的实例，则马上得到实例可用的值并跳转到第五步，不然，跳转到第六步。

  5. 若是取回的是一个对象指针，则直接返回这个结果。
    若是取回的是一个基础数据类型，可是这个基础数据类型是被NSNumber支持的，则存储为NSNumber并返回。
    若是取回的是一个不支持NSNumber的基础数据类型，则经过NSValue进行存储并返回。
  6. 若是全部状况都失败，则调用valueForUndefinedKey:方法并抛出异常，这是默认行为。可是子类能够重写此方法。

基础Setter搜索模式

这是setValue:forKey:的默认实现，给定输入参数value和key。试图在接收调用对象的内部，设置属性名为key的value，经过下面的步骤：

  1. 查找set<Key>:或_set<Key>命名的setter，按照这个顺序，若是找到的话，调用这个方法并将值传进去(根据须要进行对象转换)。
  2. 若是没有发现一个简单的setter，可是accessInstanceVariablesDirectly类属性返回YES，则查找一个命名规则为_<key>、_is<Key>、<key>、is<Key>的实例变量。根据这个顺序，若是发现则将value赋值给实例变量。
  3. 若是没有发现setter或实例变量，则调用setValue:forUndefinedKey:方法，并默认提出一个异常，可是一个NSObject的子类能够提出合适的行为。

NSMutableArray搜索模式

这是mutableArrayValueForKey:的默认实现，给一个key当作输入参数。在接收访问器调用的对象中，返回一个名为key的可变代理数组，这个代理数组就是用来响应外界KVO的对象，经过下面的步骤进行查找：

  1. 查找一对方法insertObject:in<Key>AtIndex:和removeObjectFrom<Key>AtIndex:(至关于NSMutableArray的原始方法insertObject:atIndex:和removeObjectAtIndex:)或者方法名是insert<Key>:atIndexes:和remove<Key>AtIndexes:(至关于NSMutableArray的原始方法insertObjects:atIndexes:和removeObjectsAtIndexes:)。

    若是找到最少一个insert方法和最少一个remove方法，则返回一个代理对象，来响应发送给NSMutableArray的组合消息insertObject:in<Key>AtIndex:、removeObjectFrom<Key>AtIndex:、insert<Key>:atIndexes:，和remove<Key>AtIndexes:消息。

    当对象接收一个mutableArrayValueForKey:消息并实现可选替换方法，例如replaceObjectIn<Key>AtIndex:withObject:或replace<Key>AtIndexes:with<Key>:方法，代理对象会在适当的状况下使用它们，以得到最佳性能。

  2. 若是对象没有可变数组方法，查找一个替代方法，命名格式为set<Key>:。在这种状况下，向mutableArrayValueForKey:的原始响应者发送一个set<Key>:消息，来返回一个代理对象来响应NSMutableArray事件。

    提示：
    这一步描述的机制远不如上一步有效，由于它可能重复建立新的集合对象，而不是修改现有的对象。所以，在本身设计的KVC时应该尽可能避免它。

  3. 若是没有可变数组的方法，也没有找到访问器，但接受响应的类accessInstanceVariablesDirectly属性返回YES，则查找一个名为_<key>或<key>的实例变量。

    按照这个顺序，若是找到实例变量，则返回一个代理对象。改对象将接收全部NSMutableArray发送过来的消息，一般是NSMutableArray或其子类。

  4. 若是全部状况都失败，则返回一个可变的集合代理对象。当它接收NSMutableArray消息时，发送一个setValue:forUndefinedKey:消息给接收mutableArrayValueForKey:消息的原始对象。

    这个setValue:forUndefinedKey:的默认实现是提出一个NSUndefinedKeyException异常，可是子类能够重写这个实现。

其余搜索模式

还有NSMutableSet和NSMutableOrderedSet两种搜索模式，这两种搜索模式和NSMutableArray步骤相同，只是搜索和调用的方法不一样。详细的搜索方法均可以在KVC官方文档中找到，再套用上面的流程便可理解。

代码示例

根据上面KVC查找规则的描述，咱们定义一个TestObject类，并指定其余setter和getter，以及合成为其余的成员变量，看KVC是否可以找到属性的对象并赋值。

@interface TestObject : NSObject {
    NSObject *_newObject;
}
@property (nonatomic, strong, setter=newSetObject:, getter=newObject) NSObject *object;
@property (nonatomic, strong) NSObject *twoObject;
@end

@implementation TestObject
@synthesize object = _newObject;
@end

这里对两个属性进行赋值，twoObject属性赋值没有任何问题，而第二个属性赋值则会致使Crash。崩溃信息如上面所述抛出一个NSUnknownKeyException异常，并提示没有找到object获取方法和实例对象。

TestObject *object = [[TestObject alloc] init];
[object setValue:[NSObject new] forKey:NSStringFromSelector(@selector(twoObject))];
[object setValue:[NSObject new] forKey:NSStringFromSelector(@selector(object))];

若是将object改成newObject则能够解决这个问题，以此验证上面的KVC查找规则。

KVC性能

根据上面KVC的实现原理，咱们能够看出KVC的性能并不如直接访问属性快，虽然这个性能消耗是微乎其微的。因此在使用KVC的时候，建议最好不要手动设置属性的setter、getter，这样会致使搜索步骤变长。

并且尽可能不要用KVC进行集合操做，例如NSArray、NSSet之类的，集合操做的性能消耗更大，并且还会建立没必要要的对象。

私有访问

根据上面的实现原理咱们知道，KVC本质上是操做方法列表以及在内存中查找实例变量。咱们能够利用这个特性访问类的私有变量，例以下面在.m中定义的私有成员变量和属性，均可以经过KVC的方式访问。

这个操做对readonly的属性，@protected的成员变量，均可以正常访问。若是不想让外界访问类的成员变量，则能够将accessInstanceVariablesDirectly属性赋值为NO。

TestObject.m文件

@interface TestObject () {
    NSObject *_objectOne;
}
@property (nonatomic, strong) NSObject *objectTwo;
@end

KVC在实践中也有不少用处，例如UITabbar或UIPageControl这样的控件，系统已经为咱们封装好了，可是对于一些样式的改变并无提供足够的API，这种状况就须要咱们用KVC进行操做了。

新浪微博

能够自定义一个UITabbar对象，而后在内部建立本身想要的视图，并经过layoutSubviews方法在内部进行从新布局。而后经过KVC的方式，将UITabbarController的tabbar属性替换为自定义的类便可。

安全性检查

KVC存在一个问题在于，由于传入的key或keyPath是一个字符串，这样很容易写错或者属性自身修改后字符串忘记修改，这样会致使Crash。

能够利用iOS的反射机制来规避这个问题，经过@selector()获取到方法的SEL，而后经过NSStringFromSelector()将SEL反射为字符串。这样在@selector()中传入方法名的过程当中，编译器会有合法性检查，若是方法不存在或未实现会报黄色警告。

[self valueForKey:NSStringFromSelector(@selector(object))];
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