KVO 和 KVC 的使用和實現

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瞭解 KVO/KVC

KVO/KVC 是觀察者模式在 Objective-C 中的實現，以非正式協議（Category）的形式被定義在 NSObject 中。從協議的角度看，是定義了一套讓開發者遵守的規範和使用的方法。在 Cocoa 的 MVC 框架中，架起 ViewController 和 Model 溝通的橋樑。

// "NSKeyValueObserving.h"
@interface NSObject(NSKeyValueObserving)
// "NSKeyValueCoding.h"
@interface NSObject(NSKeyValueCoding)

KVO 即 Key-Value-Observing，顧名思義用於觀察鍵值

//通過此方法即可添加對象的觀察者
- (void)addObserver:(NSObject *)observer
         forKeyPath:(NSString *)keyPath
            options:(NSKeyValueObservingOptions)options
            context:(void *)context;

KVC 即 Key-Value-Coding，用於鍵值編碼

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

如何使用 KVO/KVC

簡單使用

爲了讓各位童鞋更好的理解，下面主要使用例子講解 KVO/KVC 的使用

先定義一個 Persson 類，當做被觀察的對象

//Person.h
#import <Foundation/Foundation.h>
@interface Person : NSObject
@end

// Person.m
#import "Person.h"
@interface Person () {
    NSString *address; //地址
    CGFloat weight; //體重
}
@property (nonatomic, copy) NSString *name; //名字
@property (nonatomic, assign) NSInteger age; //年齡
@end
@implementation Person 
@end

再定義一個 PersonObserver 類，用於觀察 Person

//PersonObserver.h
#import <Foundation/Foundation.h>
@interface PersonObserver : NSObject
@end

//PersonObserver.m
#import "PersonObserver.h"
@implementation PersonObserver
//觀察者需要實現的方法
- (void)observeValueForKeyPath:(NSString *)keyPath ofObject:(id)object change:(NSDictionary *)change context:(void *)context
{
    NSLog(@"old: %@", [change objectForKey:NSKeyValueChangeOldKey]);
    NSLog(@"old: %@", [change objectForKey:NSKeyValueChangeNewKey]);
    NSLog(@"context: %@", context);
}
@end

觀察者和被觀察者準備就緒，即可進行測試

// 測試 KVO & KVC
- (void)testMethod
{
    Person *aPerson = [[Person alloc] init];
    PersonObserver *aPersonObserver = [[PersonObserver alloc] init];
    //添加觀察者
    //也可以觀察 age、address、weight
    [aPerson addObserver:aPersonObserver
              forKeyPath:@"name"
                 options:(NSKeyValueObservingOptionNew|NSKeyValueObservingOptionOld)
                 context:@"this is a context"];
    //設置key的value值，aPersonObserver接收到通知
    [aPerson setValue:@"LiLei" forKey:@"name"];
    NSLog(@"name: %@", [aPerson valueForKey:@"name"]);
    //移除觀察者
    [aPerson removeObserver:aPersonObserver forKeyPath:@"name"];
}

當代碼執行到第16行時，aPersonObserver 接收到通知，打印 change 和 context 值。整個代碼的執行結果如下：

2015-01-30 01:26:41.997 HelloWorld[4132:1588732] old: <null>
2015-01-30 01:26:41.997 HelloWorld[4132:1588732] new: LiLei
2015-01-30 01:26:41.997 HelloWorld[4132:1588732] context: this is a context
2015-01-30 01:26:41.997 HelloWorld[4132:1588732] name: LiLei

如果 Person 類裏面還有個 Job 的屬性

@property (nonautomic, strong) Job *aJob; //工作

#import <Foundation/Foundation.h>
@interface Job : NSObject
@property (nonautomic, copy) NSString *companyName; //公司名字
@property (nonautomic, assign) CGFloat salary; //薪水
@end

要觀察和設置 Person 的薪水，只要這麼寫就可以

// 觀察 salary
[aPerson addObserver:aPersonObserver
              forKeyPath:@"aJob.salary"
                 options:(NSKeyValueObservingOptionNew | NSKeyValueObservingOptionOld)
                 context:@"this is a context"];
//設置月薪：20k
 [aPerson setValue:@"20000.0" forKey:@"aJob.salary"];

操作集合

如果 Person 需要車，就添加 cars 屬性，於是就有了很多車

@property (nonautomic, copy) NSArray *cars; //很多車

對 NSArray *cars 這種有序集合屬性的操作有兩種方法

使用 valueForKey 將 cars 直接取出來，再對集合元素進行操作
通過下面的方法直接操作；

/**
 * 有序集合的操作
 * 將所有方法 <Key> 替換成 Cars，且首字母大寫
 */
//必須實現，對應於NSArray的基本方法count: 
-countOf<Key>
//這兩個必須實現一個，對應於 NSArray 的方法 objectAtIndex: 和 objectsAtIndexes:  
-objectIn<Key>AtIndex:  
-<Key>AtIndexes:  
//不是必須實現的，但實現後可以提高性能，其對應於 NSArray 方法 getObjects:range:
-get<Key>:range:   
//兩個必須實現一個，類似 NSMutableArray 的方法 insertObject:atIndex: 和 insertObjects:atIndexes: 
-insertObject:in<Key>AtIndex:  
-insert<Key>:atIndexes:   
//兩個必須實現一個，類似於 NSMutableArray 的方法 removeObjectAtIndex: 和 removeObjectsAtIndexes:
-removeObjectFrom<Key>AtIndex:  
-remove<Key>AtIndexes:  
//可選的，如果在此類操作上有性能問題，就需要考慮實現之 
-replaceObjectIn<Key>AtIndex:withObject:  
-replace<Key>AtIndexes:with<Key>:

相對應的，像 NSSet 這種無序集合同樣也有如下的方法可以使用

/**
 * 無序集合的操作
 * 將所有方法 <Key> 替換成 Cars，且首字母大寫
 */
//必須實現，對應於NSArray的基本方法count: 
-countOf<Key>   
//這兩個必須實現一個，對應於 NSArray 的方法 objectAtIndex: 和 objectsAtIndexes:
-objectIn<Key>AtIndex:  
-<key>AtIndexes:  
//不是必須實現的，但實現後可以提高性能，其對應於 NSArray 方法 getObjects:range: 
-get<Key>:range:   
//兩個必須實現一個，類似 NSMutableArray 的方法 insertObject:atIndex: 和 insertObjects:atIndexes:  
-insertObject:in<Key>AtIndex:  
-insert<Key>:atIndexes:  
//兩個必須實現一個，類似於 NSMutableArray 的方法 removeObjectAtIndex: 和 removeObjectsAtIndexes: 
-removeObjectFrom<Key>AtIndex:  
-remove<Key>AtIndexes:  
//這兩個都是可選的，如果在此類操作上有性能問題，就需要考慮實現之
-replaceObjectIn<Key>AtIndex:withObject:  
-replace<Key>AtIndexes:with<Key>:

但是，如果要使用這些方法，開發者需自己實現一遍，所以使用上相對麻煩。

鍵值驗證（KVV，Key-Value Validate）

KVC 提供了鍵值驗證（KVV）機制，讓開發者有機會能夠挽回錯誤，保證數據的一致性。開發者需先調用下面

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

這個方法會默認調用的實現方法如下

- (BOOL)validate<Key>:error:

舉個例子，上面的例子中，希望能夠驗證 Person 的屬性 name 不爲空，就可以這麼寫

// 測試 KVV
- (void)testMethod
{
    Person *aPerson = [[Person alloc] init];
    PersonObserver *aPersonObserver = [[PersonObserver alloc] init];
    //添加觀察者
    [aPerson addObserver:aPersonObserver
              forKeyPath:@"name"
                 options:(NSKeyValueObservingOptionNew|NSKeyValueObservingOptionOld)
                 context:@"this is a context"];
    NSString *name = @"LiLei";
    NSString *key = @"name";
    NSError *error = nil;
    // KVV 驗證
    BOOL isLegalName = [aPerson validateValue:&name forKey:key error:&error];
    if (isLegalName) {
        NSLog(@"it's a legal name.");
        [aPerson setValue:name forKey:key];
    }else{
        NSLog(@"the name is illegal.");
    }
    //移除觀察者
    [aPerson removeObserver:aPersonObserver forKeyPath:@"name"];
}

//Person.m 
//Person.m 文件新增驗證名字的KVV方法
@implementation Person
- (BOOL)validateName:(NSString **)name error:(NSError * __autoreleasing *)outError
{
    if ((*name).length == 0)
    {
        (*name) = @"default name";
        return NO;
    }
    return YES;
}
@end

集合操作符（Collection Operator）

集合運算符是一種特殊的 key path，通過 - (id)valueForKeyPath:(NSString *)keyPath 方法獲取集合中的信息，其格式如下：

由數值組成的集合，總共有 5 中操作符

sum：集合中所有數值的和
avg：集合中所有數值的平均數
max：集合中的最大數值
min：集合中的最小數值
count：集合元素的數量

使用示例

//假設在 Person 類中還有個存儲數值的數組 array 
//獲取array 中的所有數值的和
CGFloat sum = [aPerson valueForKeyPath:@"@sum.array"];
//獲取 array 中所有數值的平均數
CGFloat avg = [aPerson valueForKeyPath:@"@avg.array"];

由對象組成的集合有 2 種操作符

unionOfObjects：返回集合中的所有元素
distinctUnionOfObjects：返回集合去重後的所有元素

由數組組成的集合（集合中有集合）有如下 3 種操作符。

unionOfArrays：用於Array集合，返回集合中的所有元素
distinctUnionOfArrays：用於Array集合，返回集合中去重後的所有元素
distinctUnionOfSets：用於Set集合，返回集合中（去重後）的所有元素

由於 Set 中的元素本身就是不重複的，所以沒有 unionOfSets 操作符。

手動鍵值觀察

通過自動屬性，建立鍵值觀察，都屬於自動鍵值觀察。因爲使用這種方法，只要設置鍵值，就會自動發出通知。而手動鍵值觀察，不能使用自動化屬性，需要自己寫 setter/getter 方法，手動發送通知。

//手動通知的實現
@interface Person : NSObject
{
    NSString *name;
}
- (NSString *)name;
- (void)setName:(int)theName;
@end
@implementation Person
- (id) init
{
    self = [super init];
    if (nil != self) {
        name = @"LiLei";
    }
    return self;
}
- (NSString *)name
{
    return name;
}
- (void)setName:(NSString *)theName
{
    //發送通知：鍵值即將改變
    [self willChangeValueForKey:@"name"];
    name = theName;
    //發送通知：鍵值已經修改
    [self didChangeValueForKey:@"name"];
}
/**
 *  當設置鍵值之後，通過此方法，決定是否發送通知
 */
+ (BOOL) automaticallyNotifiesObserversForKey:(NSString *)key
{
    //當 key 爲 name時，手動發送通知
    if ([key isEqualToString:@"age"]) {
        return NO;
    }
    //當爲其他key時，自動發送通知
    return [super automaticallyNotifiesObserversForKey:key];
}
@end

設置屬性之間的依賴

假如有個 Person 類，類裏有三個屬性，fullName、firstName、lastName。按照之前的知識，如果需要觀察名字的變化，就要分別添加 fullName、firstName、lastName 三次觀察，非常麻煩。如果能夠只觀察 fullName，並建立 fullName 和 firstName、lastName 的某種依賴關係，當發生變化時，也受到通知，那該多好啊！

KVC 剛好提供這種鍵之間的依賴方法，格式如下

+ (NSSet *)keyPathsForValuesAffecting<Key>;

這方法使得 Key 之間能夠建立依賴關係，爲了便於說明，直接用屬性依賴這個詞代替 Key 之間的依賴。含義不同，結果一致。

下面就使用這種方法解決 Key 之間的依賴關係。

Person 類爲被觀察者

//Person.h
#import <Foundation/Foundation.h>
@interface Person : NSObject
@end

//Person.m
#import "Person.h"
@interface Person ()
@property (nonatomic, copy) NSString *fullName; //名字，依賴於firstName、lastName
@property (nonatomic, copy) NSString *firstName;
@property (nonatomic, copy) NSString *lastName;
@end
@implementation Person
//設置屬性依賴：fullName屬性依賴於firstName、lastName
//如果觀察name，當firstName、lastName發生變化時，觀察者也會收到name變化通知
+ (NSSet *)keyPathsForValuesAffectingFullName
{
    NSSet *set = [NSSet setWithObjects:@"firstName", @"lastName", nil];
    return set;
}
@end

PersonObserver 類爲觀察者

//PersonObserver.h
#import <Foundation/Foundation.h>
@interface PersonObserver : NSObject
@end

//PersonObserver.m
#import "PersonObserver.h"
@implementation PersonObserver
//觀察者需要實現的方法
- (void)observeValueForKeyPath:(NSString *)keyPath ofObject:(id)object change:(NSDictionary *)change context:(void *)context
{
    NSLog(@"observer receive change infomation");
}
@end

準備就緒，就可以測試依賴的屬性了

- (void)testMethod
{
    Person *aPerson = [[Person alloc] init];
    PersonObserver *aPersonObserver = [[PersonObserver alloc] init];
    //觀察fullName屬性
    [aPerson addObserver:aPersonObserver
              forKeyPath:@"fullName"
                 options:(NSKeyValueObservingOptionNew|NSKeyValueObservingOptionOld)
                 context:@"this is a context"];
    //設置firstName時，aPersonObserver仍然會收到name變化的通知
    [aPerson setValue:@"LiLei" forKey:@"firstName"];
    //移除觀察者
    [aPerson removeObserver:aPersonObserver forKeyPath:@"fullName"];
}

輸出結果，發現雖然觀察的是 fullName，但是當修改 firstName 的時候，觀察者也會收到 fullName 變化的通知，達到了我們的期望。

2015-01-30 06:32:20.527 HelloWorld[28005:130136] observer receive change infomation

理解 KVO/KVC 的實現

KVO 是通過 isa-swizzling 實現的。

基本的流程就是編譯器自動爲被觀察對象創造一個派生類，並將被觀察對象的isa 指向這個派生類。如果用戶註冊了對某此目標對象的某一個屬性的觀察，那麼此派生類會重寫這個方法，並在其中添加進行通知的代碼。Objective-C 在發送消息的時候，會通過 isa 指針找到當前對象所屬的類對象。而類對象中保存着當前對象的實例方法，因此在向此對象發送消息時候，實際上是發送到了派生類對象的方法。由於編譯器對派生類的方法進行了 override，並添加了通知代碼，因此會向註冊的對象發送通知。注意派生類只重寫註冊了觀察者的屬性方法。

KVO 和 KVC 的使用和實現

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瞭解 KVO/KVC

如何使用 KVO/KVC

簡單使用

操作集合

鍵值驗證（KVV，Key-Value Validate）

集合操作符（Collection Operator）

手動鍵值觀察

設置屬性之間的依賴

理解 KVO/KVC 的實現

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