iOS開發中KVO的內部實現
09年的一篇文章，比較深入地闡述了KVO的內部實現。
KVO是實現Cocoa Bindings的基礎，它提供了一種方法，當某個屬性改變時，相應的objects會被通知到。在其他語言中，這種觀察者模式通常需要單獨實現，而在Objective-C中，通常無須增加額外代碼即可使用。
概覽
這是怎么實現的呢？其實這都是通過Objective-C強大的運行時(runtime)實現的。當你***次觀察某個object 時，runtime會創建一個新的繼承原先class的subclass。在這個新的class中，它重寫了所有被觀察的key，然后將object的isa指針指向新創建的class（這個指針告訴Objective-C運行時某個object到底是哪種類型的object）。所以object神奇地變成了新的子類的實例。
這些被重寫的方法實現了如何通知觀察者們。當改變一個key時，會觸發setKey方法，但這個方法被重寫了，并且在內部添加了發送通知機制。（當然也可以不走setXXX方法，比如直接修改iVar，但不推薦這么做）。
有意思的是：蘋果不希望這個機制暴露在外部。除了setters，這個動態生成的子類同時也重寫了-class方法，依舊返回原先的class！如果不仔細看的話，被KVO過的object看起來和原先的object沒什么兩樣。
深入探究
下面來看看這些是如何實現的。我寫了個程序來演示隱藏在KVO背后的機制。
- // gcc -o kvoexplorer -framework Foundation kvoexplorer.m
- #import <Foundation/Foundation.h>
- #import <objc/runtime.h>
- @interface TestClass : NSObject
- {
- int x;
- int y;
- int z;
- }
- @property int x;
- @property int y;
- @property int z;
- @end
- @implementation TestClass
- @synthesize x, y, z;
- @end
- static NSArray *ClassMethodNames(Class c)
- {
- NSMutableArray *array = [NSMutableArray array];
- unsigned int methodCount = 0;
- Method *methodList = class_copyMethodList(c, &methodCount);
- unsigned int i;
- for(i = 0; i < methodCount; i++)
- [array addObject: NSStringFromSelector(method_getName(methodList[i]))];
- free(methodList);
- return array;
- }
- static void PrintDescription(NSString *name, id obj)
- {
- NSString *str = [NSString stringWithFormat:
- @"%@: %@\n\tNSObject class %s\n\tlibobjc class %s\n\timplements methods <%@>",
- name,
- obj,
- class_getName([obj class]),
- class_getName(obj->isa),
- [ClassMethodNames(obj->isa) componentsJoinedByString:@", "]];
- printf("%s\n", [str UTF8String]);
- }
- int main(int argc, char **argv)
- {
- [NSAutoreleasePool new];
- TestClass *x = [[TestClass alloc] init];
- TestClass *y = [[TestClass alloc] init];
- TestClass *xy = [[TestClass alloc] init];
- TestClass *control = [[TestClass alloc] init];
- [x addObserver:x forKeyPath:@"x" options:0 context:NULL];
- [xy addObserver:xy forKeyPath:@"x" options:0 context:NULL];
- [y addObserver:y forKeyPath:@"y" options:0 context:NULL];
- [xy addObserver:xy forKeyPath:@"y" options:0 context:NULL];
- PrintDescription(@"control", control);
- PrintDescription(@"x", x);
- PrintDescription(@"y", y);
- PrintDescription(@"xy", xy);
- printf("Using NSObject methods, normal setX: is %p, overridden setX: is %p\n",
- [control methodForSelector:@selector(setX:)],
- [x methodForSelector:@selector(setX:)]);
- printf("Using libobjc functions, normal setX: is %p, overridden setX: is %p\n",
- method_getImplementation(class_getInstanceMethod(object_getClass(control),
- @selector(setX:))),
- method_getImplementation(class_getInstanceMethod(object_getClass(x),
- @selector(setX:))));
- return 0;
- }
我們從頭到尾細細看來。
首先定義了一個TestClass的類，它有3個屬性。
然后定義了一些方便調試的方法。ClassMethodNames使用Objective-C運行時方法來遍歷一個class，得到方法列表。注意，這些方法不包括父類的方法。PrintDescription打印object的所有信息，包括class信息（包括-class和通過運行時得到的class），以及這個class實現的方法。
然后創建了4個TestClass實例，每一個都使用了不同的觀察方式。x實例有一個觀察者觀察xkey，y, xy也類似。為了做比較，zkey沒有觀察者。***control實例沒有任何觀察者。
然后打印出4個objects的description。
之后繼續打印被重寫的setter內存地址，以及未被重寫的setter的內存地址做比較。這里做了兩次，是因為-methodForSelector:沒能得到重寫的方法。KVO試圖掩蓋它實際上創建了一個新的subclass這個事實！但是使用運行時的方法就原形畢露了。
運行代碼
看看這段代碼的輸出
- control: <TestClass: 0x104b20>
- NSObject class TestClass
- libobjc class TestClass
- implements methods <setX:, x, setY:, y, setZ:, z>
- x: <TestClass: 0x103280>
- NSObject class TestClass
- libobjc class NSKVONotifying_TestClass
- implements methods <setY:, setX:, class, dealloc, _isKVOA>
- y: <TestClass: 0x104b00>
- NSObject class TestClass
- libobjc class NSKVONotifying_TestClass
- implements methods <setY:, setX:, class, dealloc, _isKVOA>
- xy: <TestClass: 0x104b10>
- NSObject class TestClass
- libobjc class NSKVONotifying_TestClass
- implements methods <setY:, setX:, class, dealloc, _isKVOA>
- Using NSObject methods, normal setX: is 0x195e, overridden setX: is 0x195e
- Using libobjc functions, normal setX: is 0x195e, overridden setX: is 0x96a1a550
首先，它輸出了controlobject，沒有任何問題，它的class是TestClass，并且實現了6個set/get方法。
然后是3個被觀察的objects。注意-class仍然顯示的是TestClass，使用object_getClass顯示了這個object的真面目：它是NSKVONotifying_TestClass的一個實例。這個NSKVONotifying_TestClass就是動態生成的subclass！
注意，它是如何實現這兩個被觀察的setters的。你會發現，它很聰明，沒有重寫-setZ:，雖然它也是個 setter，因為它沒有被觀察。同時注意到，3個實例對應的是同一個class，也就是說兩個setters都被重寫了，盡管其中的兩個實例只觀察了一 個屬性。這會帶來一點效率上的問題，因為即使沒有被觀察的property也會走被重寫的setter，但蘋果顯然覺得這比分開生成動態的 subclass更好，我也覺得這是個正確的選擇。
你會看到3個其他的方法。有之前提到過的被重寫的-class方法，假裝自己還是原來的class。還有-dealloc方法處理一些收尾工作。還有一個_isKVOA方法，看起來像是一個私有方法。
接下來，我們輸出-setX:的實現。使用-methodForSelector:返回的是相同的值。因為-setX:已經在子類被重寫了，這也就意味著methodForSelector:在內部實現中使用了-class，于是得到了錯誤的結果。
***我們通過運行時得到了不同的輸出結果。
作為一個優秀的探索者，我們進入debugger來看看這第二個方法的實現到底是怎樣的：
- (gdb) print (IMP)0x96a1a550
- $1 = (IMP) 0x96a1a550 <_NSSetIntValueAndNotify>
看起來是一個內部方法，對Foundation使用nm -a得到一個完整的私有方法列表：
- 0013df80 t __NSSetBoolValueAndNotify
- 000a0480 t __NSSetCharValueAndNotify
- 0013e120 t __NSSetDoubleValueAndNotify
- 0013e1f0 t __NSSetFloatValueAndNotify
- 000e3550 t __NSSetIntValueAndNotify
- 0013e390 t __NSSetLongLongValueAndNotify
- 0013e2c0 t __NSSetLongValueAndNotify
- 00089df0 t __NSSetObjectValueAndNotify
- 0013e6f0 t __NSSetPointValueAndNotify
- 0013e7d0 t __NSSetRangeValueAndNotify
- 0013e8b0 t __NSSetRectValueAndNotify
- 0013e550 t __NSSetShortValueAndNotify
- 0008ab20 t __NSSetSizeValueAndNotify
- 0013e050 t __NSSetUnsignedCharValueAndNotify
- 0009fcd0 t __NSSetUnsignedIntValueAndNotify
- 0013e470 t __NSSetUnsignedLongLongValueAndNotify
- 0009fc00 t __NSSetUnsignedLongValueAndNotify
- 0013e620 t __NSSetUnsignedShortValueAndNotify
這個列表也能發現一些有趣的東西。比如蘋果為每一種primitive type都寫了對應的實現。Objective-C的object會用到的其實只有__NSSetObjectValueAndNotify，但需要一整套來對應剩下的，而且看起來也沒有實現完全，比如long dobule或_Bool都沒有。甚至沒有為通用指針類型(generic pointer type)提供方法。所以，不在這個方法列表里的屬性其實是不支持KVO的。
KVO是一個很強大的工具，有時候過于強大了，尤其是有了自動觸發通知機制。現在你知道它內部是怎么實現的了，這些知識或許能幫助你更好地使用它，或在它出錯時更方便調試。
如果你打算使用KVO，或許可以看一下我的另一篇文章Key-Value Observing Done Right
【移動開發視頻課程推薦】
