【底层探索】- KVC原理分析

序

思考拓展题

为什么先进入objc_setProperty_atomic_copy 方法，而不是setName:?

回答：

通用原则。即面向不同的数据类型，采用统一的属性设值的方法，会更加的高效，符合高内聚的原则。

一、概念及常见使用

1.0 概念

KVC(Key-Value coding) 是一个由NSKeyValueCoding 协议触发的机制，允许对象通过该机制获取他们的属性。当一个对象符合KVC 原则，它的属性就可以用字符串通过一个简洁、相同的信息接口快捷访问到。

这种简洁访问机制，借助实例变量量和关联存取方法补充了对象直接访问的机制。

相关链接：关于KVC(Apple Opensource)

1.1 简单使用

假设有类BankAccount，有众多属性如下：

@interface BankAccount : NSObject

@property (nonatomic) NSNumber* currentBalance;              // An attribute
@property (nonatomic) Person* owner;                         // A to-one relation
@property (nonatomic) NSArray< Transaction* >* transactions; // A to-many relation

@end

给起通过KVC属性赋值，如下

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

1.2 集合类型

对数组进行修改：

person.array = [@"1", @"2", @"3"];

• 方法一、创建新的数组（普通方法）

    NSArray *array = [person valueForKey:@"array"];
    // 用 array 的值创建一个新的数组
    array = @[@"100",@"2",@"3"];
    [person setValue:array forKey:@"array"];

• 方法二、通过可变数组赋值（KVC）

    NSMutableArray *ma = [person mutableArrayValueForKey:@"array"];
    ma[0] = @"100";

可见可变数组实行KVC 方法，更为简洁

1.3 集合操作符

集合操作符如下：

比如某个模型结构如下：

@interface Transaction : NSObject

@property (nonatomic) NSString* payee;   // To whom
@property (nonatomic) NSNumber* amount;  // How much
@property (nonatomic) NSDate* date;      // When

@end

想要获取多个Transaction 的payee 属性的结合，可以用集合运算符

NSArray *distinctPayees = [self.transactions valueForKeyPath:@"@distinctUnionOfObjects.payee"];

可见，集合运算符主要在于获取对象的值

1.4 访问非对象属性

问题：如何访问结构体？

这个问题经常出现在C、C++混编的环境下出现，解决的防范也比较简单，由于结构体并不遵循Key-Value Coding，可以先将其转为遵循KVC的NSValue 类型，然后通过KVC 对其进行存取。

给一个结构体ThreeFloats，作为Person 的属性出现

typedef struct {
    float x, y, z;
} ThreeFloats;

@interface Person : NSObject{}

@property (nonatomic)         ThreeFloats       threeFloats;

@end

• 转换为NSValue

      ThreeFloats floats = {1., 2., 3.};
      NSValue *value  = [NSValue valueWithBytes:&floats objCType:@encode(ThreeFloats)];

• 存其值

      [person setValue:value forKey:@"threeFloats"];
      NSValue *reslut = [person valueForKey:@"threeFloats"];

• 取其值

      ThreeFloats th;
      [reslut getValue:&th] ;
      NSLog(@"%f - %f - %f",th.x,th.y,th.z);

打印结果如下：

1.5 通过keyPath 实现多级访问

这种情况出现在多级对象属性的情况下，如下面：

@interface Person : NSObject{
    @property (nonatomic, strong) LGStudent         *student;
}

@interface Student : NSObject
    @property (nonatomic, copy)   NSString          *name;
}

    Student *student = [[Student alloc] init];
    student.subject    = @"iOS";
    person.student     = student;

• 存值

  通过keyPath 设置值的方式如下:

  [person setValue:@"大师班" forKeyPath:@"student.subject"];

  这里用到了student.subject 实现多级别访问

• 取值

  也通过student.subject 实现多级别访问

      NSLog(@"%@",[person valueForKeyPath:@"student.subject"]);

二、KVC 原理剖析

2.1 分析Setter 调用过程

对对象对实例变量赋值的流程如下：

1. 查找setter 方法，如果存在，赋值成功
2. 查看 accessInstanceVariablesDirectly （直接访问成员遍历）是否开启
   1. 若开启，查找 _, _is, , or is
   2. 若未开启，直接给变量赋值
3. 若以上都没执行，会报错，结果位 setValue:forUndefinedKey

2.2 分析Getter 取值过程

1. 先查找Getter 方法，如果存在，取值成功。

   采用的是标准的getter 方法

   get<Key>, <key>, is<Key>, or _<key>

2. 如果非集合类型：查看 accessInstanceVariablesDirectly （直接访问成员遍历）是否开启

   1. 如果开启——通过 _, _is, , or is 查找实现取值
   2. 如果关闭——其他查找

3. 如果没有，直接赋值

4. 报错 valueForUndefinedKey

三、自定义KVC 方法

上面理解了KVC 的设值与取值过程，尝试自定义一个KVC。其实分析完上面的设值与取值，仿造的过程也是依样画葫芦。具体步骤如下：

3.1 Setter 方法

1. 创建一个类的分类。在分类里创建取值和赋值的方法，有如下方法

   - (void)lg_setValue:(nullable id)value forKey:(NSString *)key;

2. 判断key 的有效性

   if(!key) || key.length == 0{
      return
   }

3. 找到相应的的 set、 _set、setIs 方法，主要看本类是否相应对应名字的方法，实现如下：

      NSString *Key = key.capitalizedString;
      // 拼接方法
      NSString *setKey = [NSString stringWithFormat:@"set%@:",Key];
      NSString *_setKey = [NSString stringWithFormat:@"_set%@:",Key];
      NSString *setIsKey = [NSString stringWithFormat:@"setIs%@:",Key];
   
      if ([self lg_performSelectorWithMethodName:setKey value:value]) {
          NSLog(@"*********%@**********",setKey);
          return;
      }else if ([self lg_performSelectorWithMethodName:_setKey value:value]) {
          NSLog(@"*********%@**********",_setKey);
          return;
      }else if ([self lg_performSelectorWithMethodName:setIsKey value:value]) {
          NSLog(@"*********%@**********",setIsKey);
          return;
      }

   看是否响应该方法

   - (BOOL)lg_performSelectorWithMethodName:(NSString *)methodName value:(id)value{
   
      if ([self respondsToSelector:NSSelectorFromString(methodName)]) {
   
   #pragma clang diagnostic push
   #pragma clang diagnostic ignored "-Warc-performSelector-leaks"
          [self performSelector:NSSelectorFromString(methodName) withObject:value];
   #pragma clang diagnostic pop
          return YES;
      }
      return NO;
   }

4. 判断是否能直接赋值实例变量

   1. 这是一个重要的开关.开启，则可以通过手动设值，跳到5
   2. 如果关闭，则由于本类不相应对应的setter 方法，无法有效赋值，会进行异常抛出如下：

   if (![self.class accessInstanceVariablesDirectly] ) {
           @throw [NSException exceptionWithName:@"LGUnknownKeyException" reason:[NSString stringWithFormat:@"****[%@ valueForUndefinedKey:]: this class is not key value coding-compliant for the key name.****",self] userInfo:nil];
       }
   

5. 找到相应的实例变量进行复制

   1. 定义一个收集实例变量的的可变数组

          NSMutableArray *mArray = [self getIvarListName];
          // _<key> _is<Key> <key> is<Key>
          NSString *_key = [NSString stringWithFormat:@"_%@",key];
          NSString *_isKey = [NSString stringWithFormat:@"_is%@",Key];
          NSString *isKey = [NSString stringWithFormat:@"is%@",Key];

   2. 获取相应的 ivar

      if ([mArray containsObject:_key]) {
              // 4.2 获取相应的 ivar
             Ivar ivar = class_getInstanceVariable([self class], _key.UTF8String);
      }

   3. 对相应的ivar 设置值

      // 4.3 对相应的 ivar 设置值
      object_setIvar(self , ivar, value);
      return;

6. 找不到相应的实例——报错处理

   @throw [NSException exceptionWithName:@"UnknownKeyException" reason:[NSString stringWithFormat:@"****[%@ %@]: this class is not key value coding-compliant for the key name.****",self,NSStringFromSelector(_cmd)] userInfo:nil];

3.2 Getter 方法

getter 方法与 Setter 方法相仿，继续进行一下

1. 设置自定义的getter 方法。代码如下：

   - (id)lj_valueForKey: (NSString *)key;

2. 判断key，保证不为空

   if (key == nil  || key.length == 0) 
      return nil;

3. 找到对应的get、、countOf 、objectInAtIndex 等直接取值的方法。后两种一般是集合类型（数组等）用到的方法。

   1. 先对键Key 进行大写转换

      // key 要大写
      NSString *Key = key.capitalizedString;

   2. 用get、countOf、objectIn 等方法，对key拼接

          // 拼接方法
      NSString *getKey = [NSString stringWithFormat:@"get%@",Key];
      NSString *countOfKey = [NSString stringWithFormat:@"countOf%@",Key];
      NSString *objectInKeyAtIndex = [NSString stringWithFormat:@"objectIn%@AtIndex:",Key];

   3. 判断本类是否相应对应的get、countOf、objectInAtIndex 方法，如果有，就执行该方法，直接获取到对应的值。

      #pragma clang diagnostic push
      #pragma clang diagnostic ignored "-Warc-performSelector-leaks"
          if ([self respondsToSelector:NSSelectorFromString(getKey)]) {
              return [self performSelector:NSSelectorFromString(getKey)];
          }else if ([self respondsToSelector:NSSelectorFromString(key)]){
              return [self performSelector:NSSelectorFromString(key)];
          }else if ([self respondsToSelector:NSSelectorFromString(countOfKey)]){
              if ([self respondsToSelector:NSSelectorFromString(objectInKeyAtIndex)]) {
                  int num = (int)[self performSelector:NSSelectorFromString(countOfKey)];
                  NSMutableArray *mArray = [NSMutableArray arrayWithCapacity:1];
                  for (int i = 0; i<num-1; i++) {
                      num = (int)[self performSelector:NSSelectorFromString(countOfKey)];
                  }
                  for (int j = 0; j<num; j++) {
                      id objc = [self performSelector:NSSelectorFromString(objectInKeyAtIndex) withObject:@(num)];
                      [mArray addObject:objc];
                  }
                  return mArray;
              }
          }
      #pragma clang diagnostic pop

4. 此时判断能否直接赋值实例变量。用到的是该类的accessInstanceVariablesDirectly 属性是否开启。

   • 如果已打开，则表示可以通过取其 _、_is、、is 来取值，跳到5

   • 若未打开，抛出异常，表示找不到该键对应值

     相关代码如下：

     if (![self.class accessInstanceVariablesDirectly] ) {
             @throw [NSException exceptionWithName:@"LGUnknownKeyException" reason:[NSString stringWithFormat:@"****[%@ valueForUndefinedKey:]: this class is not key value coding-compliant for the key name.****",self] userInfo:nil];
         }

5. 找到实例变量，进行取值

   • 定义一个收集实例变量的可变数组：

         NSMutableArray *mArray = [NSMutableArray arrayWithCapacity:1];
         unsigned int count = 0;
         Ivar *ivars = class_copyIvarList([self class], &count);
         for (int i = 0; i<count; i++) {
             Ivar ivar = ivars[i];
             const char *ivarNameChar = ivar_getName(ivar);
             NSString *ivarName = [NSString stringWithUTF8String:ivarNameChar];
             NSLog(@"ivarName == %@",ivarName);
             [mArray addObject:ivarName];
         }
         free(ivars);

   • 依次判断该数组是否包含键关键字，其顺序为 _key——> _isKey——> key——> isKey，通过找到的关键字，进行取值

         NSString *_key = [NSString stringWithFormat:@"_%@",key];
         NSString *_isKey = [NSString stringWithFormat:@"_is%@",Key];
         NSString *isKey = [NSString stringWithFormat:@"is%@",Key];
         if ([mArray containsObject:_key]) {
             Ivar ivar = class_getInstanceVariable([self class], _key.UTF8String);
             return object_getIvar(self, ivar);;
         }else if ([mArray containsObject:_isKey]) {
             Ivar ivar = class_getInstanceVariable([self class], _isKey.UTF8String);
             return object_getIvar(self, ivar);;
         }else if ([mArray containsObject:key]) {
             Ivar ivar = class_getInstanceVariable([self class], key.UTF8String);
             return object_getIvar(self, ivar);;
         }else if ([mArray containsObject:isKey]) {
             Ivar ivar = class_getInstanceVariable([self class], isKey.UTF8String);
             return object_getIvar(self, ivar);;
         }

四、KVC 实用小技巧

4.1 自动转换类型

KVC 具备自动转换数据类型的功能

当我们对Int 类型的属性，添加字符串的类型，正常是这样的

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

[person setValue:@18 forKey:@"age"];

那么下面这种方式能成功吗?

[person setValue:@"20" forKey:@"age"]; 

可见是可以执行的，在通过KVC 设置之后，自动转换成了int类型，整个数据成为了NSCFNumber。可见其灵活程度！

4.2 空值报警

总有些时候，设置值可能会异常为空，那怎么办呢？可以通过重写空值报警来避免异常

• 设值为空重写

  - (void)setNilValueForKey:(NSString *)key{
      NSLog(@"报告! 设置 %@ 是空值",key);
  }

• 取值为空重写

  - (id)valueForUndefinedKey:(NSString *)key{
      NSLog(@"报告!!!: %@ 没有这个key - 给你一个其他的吧,别奔溃了!",key);
      return @"Master 牛逼";
  }

4.3 键值验证

当类对应的键的值还是找不到，即将要报错了，我们还是可以自行挽救一下——先验证对应的键值是否成功，如果不成功，自行报错并写补救方法。

NSError *error;
    NSString *name = @"Good";
    if (![person validateValue:&name forKey:@"names" error:&error]) {
        NSLog(@"%@",error);
    }else{
        NSLog(@"%@",[person valueForKey:@"name"]);
    }

实现方法里，可以这样写

//MARK: - 键值验证 - 容错 - 派发 - 消息转发

- (BOOL)validateValue:(inout id  _Nullable __autoreleasing *)ioValue forKey:(NSString *)inKey error:(out NSError *__autoreleasing  _Nullable *)outError{
    if([inKey isEqualToString:@"name"]){
        [self setValue:[NSString stringWithFormat:@"里面修改一下: %@",*ioValue] forKey:inKey];
        return YES;
    }
    *outError = [[NSError alloc]initWithDomain:[NSString stringWithFormat:@"%@ 不是 %@ 的属性",inKey,self] code:10088 userInfo:nil];
    return NO;
}

五、总结

总的来说，KVC 是比较简单的一个章节，其原理是对类内部逐级查验，从set 方法、直接赋值开关、isKey 等键的取值实现赋值和取值的过程。而实现自定义KVC，则是依照逻辑一步一步写成。