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KVC/KVO原理详解及编程指南

KVC/KVO原理详解及编程指南
作者：wangzz
原文地址：http://blog.csdn.net/wzzvictory/article/details/9674431
转载请注明出处
如果觉得文章对你有所帮助，请通过留言或关注微信公众帐号wangzzstrive来支持我，谢谢！

前言：
1、本文基本不讲KVC/KVO的用法，只结合网上的资料说说对这种技术的理解。
2、由于KVO内容较少，而且是以KVC为基础实现的，本文将着重介绍KVC部分。

一、简介

KVC/KVO是观察者模式的一种实现，在Cocoa中是以被万物之源NSObject类实现的NSKeyValueCoding/NSKeyValueObserving 非正式协议的形式被定义为基础框架的一部分。从协议的角度来说，KVC/KVO本质上是定义了一套让我们去遵守和实现的方法。
当然，KVC/KVO实现的根本是Objective-C的动态性和runtime，这在后文的原理部分会有详述。
另外，KVC/KVO机制离不开访问器方法的实现，这在后文中也有解释。

1、KVC简介

全称是Key-value coding，翻译成键值编码。顾名思义，在某种程度上跟map的关系匪浅。它提供了一种使用字符串而不是访问器方法去访问一个对象实例变量的机制。

2、KVO简介

全称是Key-value observing，翻译成键值观察。提供了一种当其它对象属性被修改的时候能通知当前对象的机制。再MVC大行其道的Cocoa中，KVO机制很适合实现model和controller类之间的通讯。

二、KVC相关技术

1、Key和Key Path

KVC定义了一种按名称访问对象属性的机制，支持这种访问的主要方法是：
[java]  view plain copy
  1. - (id)valueForKey:(NSString *)key;  
  2. - (void)setValue:(id)value forKey:(NSString *)key;  
  3. - (id)valueForKeyPath:(NSString *)keyPath;  
  4. - (void)setValue:(id)value forKeyPath:(NSString *)keyPath;  
前边两个方法用到的Key较容易理解，就是要访问的属性名称对应的字符串。
后面两个方法用到的KeyPath是一个被点操作符隔开的用于访问对象的指定属性的字符串序列。比如KeyPath address.street将会访问消息接收对象所包含的address属性中包含的一个street属性。其实KeyPath说白了就是我们平时使用点操作访问某个对象的属性时所写的那个字符串。

2、点语法和KVC

在实现了访问器方法的类中，使用点语法和KVC访问对象其实差别不大，二者可以任意混用。但是没有访问起方法的类中，点语法无法使用，这时KVC就有优势了。（原因见第三部分的第一节：KVC如何访问属性值。）

3、一对多关系（To-Many）中的集合访问器方法

我们平时大部分使用的属性都是一对一关系（To-One）,比如Person类中的name属性，每个人只有一个名字。但也有一对多的关系，比如Person中有一个friendsName属性，这是个集合（在Objective-C中可以是NSArray，NSSet等），保存的是一个人的所有朋友的名字。
当操作一对多的属性中的内容时，我们有两种选择：
①间接操作
先通过KVC方法取到集合属性，然后通过集合属性操作集合中的元素。
②直接操作
苹果为我们提供了一些方法模板，我们可以以规定的格式实现这些方法来达到访问集合属性中元素的目的。
有序集合对应方法如下：
[java]  view plain copy
  1. -countOf<Key>  
  2. //必须实现，对应于NSArray的基本方法count:  
  3. -objectIn<Key>AtIndex:  
  4. -<key>AtIndexes:  
  5. //这两个必须实现一个，对应于 NSArray 的方法 objectAtIndex: 和 objectsAtIndexes:  
  6. -get<Key>:range:  
  7. //不是必须实现的，但实现后可以提高性能，其对应于 NSArray 方法 getObjects:range:  
  8.   
  9. -insertObject:in<Key>AtIndex:  
  10. -insert<Key>:atIndexes:  
  11. //两个必须实现一个，类似于 NSMutableArray 的方法 insertObject:atIndex: 和 insertObjects:atIndexes:  
  12. -removeObjectFrom<Key>AtIndex:  
  13. -remove<Key>AtIndexes:  
  14. //两个必须实现一个，类似于 NSMutableArray 的方法 removeObjectAtIndex: 和 removeObjectsAtIndexes:  
  15. -replaceObjectIn<Key>AtIndex:withObject:  
  16. -replace<Key>AtIndexes:with<Key>:  
  17. //可选的，如果在此类操作上有性能问题，就需要考虑实现之  
无序集合对应方法如下：
[java]  view plain copy
  1. -countOf<Key>  
  2. //必须实现，对应于NSArray的基本方法count:  
  3. -objectIn<Key>AtIndex:  
  4. -<key>AtIndexes:  
  5. //这两个必须实现一个，对应于 NSArray 的方法 objectAtIndex: 和 objectsAtIndexes:  
  6. -get<Key>:range:  
  7. //不是必须实现的，但实现后可以提高性能，其对应于 NSArray 方法 getObjects:range:  
  8.   
  9. -insertObject:in<Key>AtIndex:  
  10. -insert<Key>:atIndexes:  
  11. //两个必须实现一个，类似于 NSMutableArray 的方法 insertObject:atIndex: 和 insertObjects:atIndexes:  
  12. -removeObjectFrom<Key>AtIndex:  
  13. -remove<Key>AtIndexes:  
  14. //两个必须实现一个，类似于 NSMutableArray 的方法 removeObjectAtIndex: 和 removeObjectsAtIndexes:  
  15. -replaceObjectIn<Key>AtIndex:withObject:  
  16. -replace<Key>AtIndexes:with<Key>:  
  17. //这两个都是可选的，如果在此类操作上有性能问题，就需要考虑实现之  
不过这些方法除非是很有需求，否则个人认为没有实现的必要，间接法也不是很麻烦，基本能满足需求了。值得指出的是，苹果甚至都没有让这些方法以哪怕是非正式协议的形式出现，而只是在编程指南中提了一下。

4、键值验证（Key-Value Validation）

KVC提供了验证Key对应的Value是否可用的方法：
[java]  view plain copy
  1. - (BOOL)validateValue:(inout id *)ioValue forKey:(NSString *)inKey error:(out NSError **)outError;  
该方法默认的实现是调用一个如下格式的方法：
[java]  view plain copy
  1. - (BOOL)validate<Key>:error:  
比如属性name对应的方法为：
[java]  view plain copy
  1. -(BOOL)validateName:(id *)ioValue error:(NSError * __autoreleasing *)outError {  
  2.     // Implementation specific code.  
  3.     return ...;  
  4. }  
这样就给了我们一次纠错的机会。
需要指出的是， KVC是不会自动调用键值验证方法的，就是说我们需要手动验证。但是有些技术，比如CoreData会自动调用。

5、KVC对数值和结构体型属性的支持

一套机制如果不支持数值和结构体型的数据，那么它的实用性就会大大折扣。幸运的是KVC中苹果对这方面的支持做的很好。KVC可以自动的将数值或结构体型的数据打包或解包成NSNumber或NSValue对象，以达到适配的目的。
举个例子，Person类有个个NSInteger类型的age属性
①修改值
我们通过KVC技术使用如下方式设置age属性的值：
[java]  view plain copy
  1. [person setValue:[NSNumber numberWithInteger:5] forKey:@"age"];  
我们赋给age的是一个NSNumber对象， KVC会自动的将NSNumber对象转换成NSInteger对象，然后再调用相应的访问器方法设置age的值。
②获取值
同样，以如下方式获取age属性值：
[java]  view plain copy
  1. [person valueForKey:@"age"];  
这时，会以NSNumber的形式返回age的值。
需要说明的是，什么时候返回的是NSNumber，什么时候返回的是NSValue？
③使用NSNumber封装
可以使用NSNumber的数据类型有：
[java]  view plain copy
  1. + (NSNumber *)numberWithChar:(char)value;  
  2. + (NSNumber *)numberWithUnsignedChar:(unsigned char)value;  
  3. + (NSNumber *)numberWithShort:(short)value;  
  4. + (NSNumber *)numberWithUnsignedShort:(unsigned short)value;  
  5. + (NSNumber *)numberWithInt:(int)value;  
  6. + (NSNumber *)numberWithUnsignedInt:(unsigned int)value;  
  7. + (NSNumber *)numberWithLong:(long)value;  
  8. + (NSNumber *)numberWithUnsignedLong:(unsigned long)value;  
  9. + (NSNumber *)numberWithLongLong:(long long)value;  
  10. + (NSNumber *)numberWithUnsignedLongLong:(unsigned long long)value;  
  11. + (NSNumber *)numberWithFloat:(float)value;  
  12. + (NSNumber *)numberWithDouble:(double)value;  
  13. + (NSNumber *)numberWithBool:(BOOL)value;  
  14. + (NSNumber *)numberWithInteger:(NSInteger)value NS_AVAILABLE(10_5, 2_0);  
  15. + (NSNumber *)numberWithUnsignedInteger:(NSUInteger)value NS_AVAILABLE(10_5, 2_0);  
总之就是一些常见的数值型数据。
④使用NSValue封装
NSValue主要用于处理结构体型的数据，它本身提供了如下集中结构的支持：
[java]  view plain copy
  1. + (NSValue *)valueWithCGPoint:(CGPoint)point;  
  2. + (NSValue *)valueWithCGSize:(CGSize)size;  
  3. + (NSValue *)valueWithCGRect:(CGRect)rect;  
  4. + (NSValue *)valueWithCGAffineTransform:(CGAffineTransform)transform;  
  5. + (NSValue *)valueWithUIEdgeInsets:(UIEdgeInsets)insets;  
  6. + (NSValue *)valueWithUIOffset:(UIOffset)insets NS_AVAILABLE_IOS(5_0);  
只有有限的6种而已！那对于其它自定义的结构体怎么办？别担心，任何结构体都是可以转化成NSValue对象的，具体实现方法参见我之前的一篇文章：
http://blog.csdn.net/wzzvictory/article/details/8614433

6、集合运算符（Collection Operators）

集合运算符是一个特殊的Key Path，可以作为参数传递给valueForKeyPath：方法， 注意只能是这个方法，如果传给了valueForKey:方法保证你程序崩溃。
运算符是一个以@开头的特殊字符串，格式如下图所示：

①简单集合运算符
简单集合运算符共有@avg，@count，@max，@min，@sum5种，都表示啥不用我说了吧， 目前还不支持自定义。
有一个集合类的对象：transactions，它存储了一个个的Transaction类的实例，该类有三个属性：payee，amount，date。下面以此为例说明如何使用这些运算符：
要获取amount的平均值可以这样：
[java]  view plain copy
  1. NSNumber *transactionAverage = [transactions valueForKeyPath:@"@avg.amount"];  
要获取transactions集合中元素数目可以这样：
[java]  view plain copy
  1. NSNumber *numberOfTransactions = [transactions valueForKeyPath:@"@count"];  
需要之处的是，@count是这些集合运算符中比较特殊的一个，因为它没有右路经，原因很容易理解。
②对象运算符
比集合运算符稍微复杂，能以数组的方式返回指定的内容，一共有两种：
[java]  view plain copy
  1. @distinctUnionOfObjects  
  2. @unionOfObjects  
它们的返回值都是NSArray，区别是前者返回的元素都是唯一的，是去重以后的结果；后者返回的元素是全集。
用法如下：
[java]  view plain copy
  1. NSArray *payees = [transactions valueForKeyPath:@"@distinctUnionOfObjects.payee"];  
  2. NSArray *payees = [transactions valueForKeyPath:@"@unionOfObjects.payee"];  
前者会将收款人的姓名去除重复的以后返回，后者直接返回所有收款人的姓名。
③Array和Set操作符
这种情况更复杂了，说的是集合中包含集合的情况，我们执行了如下的一段代码：
[java]  view plain copy
  1. // Create the array that contains additional arrays.  
  2. self.arrayOfTransactionsArray = [NSMutableArray array];  
  3.    
  4. // Add the array of objects used in the above examples.  
  5. [arrayOfTransactionsArray addObject:transactions];  
  6.    
  7. // Add a second array of objects; this array contains alternate values.  
  8. [arrayOfTransactionsArrays addObject:moreTransactions];  
得到了一个包含集合的集合：arrayOfTransactionsArray
这时如果我们想操作arrayOfTransactionsArray中包含的集合中的元素时，可以使用如下三个运算符：
[java]  view plain copy
  1. @distinctUnionOfArrays  
  2. @unionOfArrays  
  3. @distinctUnionOfSets  
前两个针对的集合是Arrays，后一个针对的集合是Sets。因为Sets中的元素本身就是唯一的，所以没有对应的@unionOfSets运算符。
它们的用法举例如下：
[java]  view plain copy
  1. NSArray *payees = [arrayOfTransactionsArrays valueForKeyPath:@"@unionOfArrays.payee"];  

三、实现原理

1、KVC如何访问属性值

KVC再某种程度上提供了访问器的替代方案。不过访问器方法是一个很好的东西，以至于只要是有可能，KVC也尽量再访问器方法的帮助下工作。为了设置或者返回对象属性，KVC按顺序使用如下技术：
①检查是否存在-<key>、-is<key>（只针对布尔值有效）或者-get<key>的访问器方法，如果有可能，就是用这些方法返回值；
检查是否存在名为-set<key>:的方法，并使用它做设置值。对于-get<key>和-set<key>:方法，将大写Key字符串的第一个字母，并与Cocoa的方法命名保持一致；
②如果上述方法不可用，则检查名为-_<key>、-_is<key>（只针对布尔值有效）、-_get<key>和-_set<key>:方法；
③如果没有找到访问器方法，可以尝试直接访问实例变量。实例变量可以是名为：<key>或_<key>;
④如果仍为找到，则调用valueForUndefinedKey:和setValue:forUndefinedKey:方法。这些方法的默认实现都是抛出异常，我们可以根据需要重写它们。

2、KVC/KVO实现原理

键值编码和键值观察是根据isa-swizzling技术来实现的，主要依据runtime的强大动态能力。下面的这段话是引自网上的一篇文章：
http://blog.csdn.net/kesalin/article/details/8194240
当某个类的对象第一次被观察时， 系统就会在运行期动态地创建该类的一个派生类，在这个派生类中重写基类中任何被观察属性的 setter 方法。
派生类在被重写的 setter 方法实现真正的通知机制，就如前面手动实现键值观察那样。这么做是基于设置属性会调用 setter 方法，而通过重写就获得了 KVO 需要的通知机制。当然前提是要通过遵循 KVO 的属性设置方式来变更属性值，如果仅是直接修改属性对应的成员变量，是无法实现 KVO 的。
同时派生类还重写了 class 方法以“欺骗”外部调用者它就是起初的那个类。然后系统将这个对象的 isa 指针指向这个新诞生的派生类，因此这个对象就成为该派生类的对象了，因而在该对象上对 setter 的调用就会调用重写的 setter，从而激活键值通知机制。此外，派生类还重写了 dealloc 方法来释放资源。
原文写的很好，还举了解释性的例子，大家可以去看看。
在我之前的一篇介绍Objective-C类和元类的文章：
http://blog.csdn.net/wzzvictory/article/details/8592492
中介绍过，isa指针指向的其实是类的元类，如果之前的类名为：Person，那么被runtime更改以后的类名会变成：NSKVONotifying_Person。
新的NSKVONotifying_Person类会重写以下方法：
增加了监听的属性对应的set方法，class，dealloc，_isKVOA。
①class
重写class方法是为了我们调用它的时候返回跟重写继承类之前同样的内容。
打印如下内容：
[java]  view plain copy
  1. NSLog(@"self->isa:%@",self->isa);  
  2. NSLog(@"self class:%@",[self class]);  
在建立KVO监听前，打印结果为：
[java]  view plain copy
  1. self->isa:Person  
  2. self class:Person  
在建立KVO监听之后，打印结果为：
[java]  view plain copy
  1. self->isa:NSKVONotifying_Person  
  2. self class:Person  
这也是isa指针和class方法的一个区别，大家使用的时候注意。
②重写set方法
新类会重写对应的set方法，是为了在set方法中增加另外两个方法的调用：
[java]  view plain copy
  1. - (void)willChangeValueForKey:(NSString *)key  
  2. - (void)didChangeValueForKey:(NSString *)key  
其中，didChangeValueForKey:方法负责调用：
[java]  view plain copy
  1. - (void)observeValueForKeyPath:(NSString *)keyPath  
  2.                       ofObject:(id)object  
  3.                         change:(NSDictionary *)change  
  4.                        context:(void *)context  
方法， 这就是KVO实现的原理了！
如果没有任何的访问器方法，-setValue:forKey方法会直接调用：
[java]  view plain copy
  1. - (void)willChangeValueForKey:(NSString *)key  
  2. - (void)didChangeValueForKey:(NSString *)key  
如果在没有使用键值编码且没有使用适当命名的访问起方法的时候，我们只需要显示调用上述两个方法，同样可以使用KVO！
总结一下，想使用KVO有三种方法：
1)使用了KVC
使用了KVC，如果有访问器方法，则运行时会在访问器方法中调用will/didChangeValueForKey:方法；
没用访问器方法，运行时会在setValue:forKey方法中调用will/didChangeValueForKey:方法。
2)有访问器方法
运行时会重写访问器方法调用will/didChangeValueForKey:方法。
因此，直接调用访问器方法改变属性值时，KVO也能监听到。
3)显示调用will/didChangeValueForKey:方法。
总之，想使用KVO，只要有will/didChangeValueForKey:方法就可以了。
③_isKVOA
这个私有方法估计是用来标示该类是一个 KVO 机制声称的类。

四、优点和缺点

1、优点

①可以再很大程度上简化代码
例子网上很多，这就不举了
②能跟脚本语言很好的配合
才疏学浅，没学过AppleScript等脚本语言，所以没能深刻体会到该优点。

2、缺点

KVC的缺点不明显，主要是KVO的，详情可以参考这篇文章：
http://www.mikeash.com/pyblog/key-value-observing-done-right.html
核心思想是说KVO的回调机制，不能传一个selector或者block作为回调，而必须重写-addObserver:forKeyPath:options:context:方法所引发的一系列问题。问了解决这个问题，作者还亲自实现了一个MAKVONotificationCenter类，代码见github:
https://github.com/mikeash/MAKVONotificationCenter
不过个人认为这只是苹果做的KVO不够完美，不能算是缺陷。

参考文档：
http://developer.apple.com/library/ios/#documentation/cocoa/conceptual/KeyValueCoding/Articles/KeyValueCoding.html#//apple_ref/doc/uid/10000107-SW1
http://blog.csdn.net/kesalin/article/details/8194240

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    昨天家人去泡温泉，二个孩子也带着去，出发前一晚，匆匆下班，赶回家和孩子一起收拾。饭后，我拿出笔和本子（上次去澳门时做手帐的本子）写下了1\2\3\4\5\6\7\8\9,让后让小壹去思考，带什么出发去旅游呢？她在对应的数字旁边画上了，泳衣、泳圈、肖恩、内衣内裤、tapuy、拖鞋……画完后，就让她自己对着这个本子，将要带的，一一带上，没想到这次带的书还是这本《便便工厂》(晚上姑婆发照片过来，妹妹累得
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    理解Gunicorn：PythonWSGI服务器的基石介绍Gunicorn，全称GreenUnicorn，是一个为PythonWSGI（WebServerGatewayInterface）应用设计的高效、轻量级HTTP服务器。作为PythonWeb应用部署的常用工具，Gunicorn以其高性能和易用性著称。本文将介绍Gunicorn的基本概念、安装和配置，帮助初学者快速上手。1.什么是Gunico
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    小丽发现，即使她好不容易调整好自己的心态下一秒总会有不确定的伤脑筋的事出现，一个接一个的问题，人生就没有停下的时候，小问题不断出现。不过她今天看的书，她接受了人生就是不确定的，厉害的人就是不断创造确定性，在Ta的领域比别人多的确定性就能让自己脱颖而出，显示价值从而获得的比别人多的利益。正是这样的原因，因为从前修炼自己太少，使得她现在在人生道路上打怪起来困难重重，她似乎永远摆脱不了那种无力感，有种习
  • 学点心理知识，呵护孩子健康 静候花开_7090
    昨天听了华中师范大学教育管理学系副教授张玲老师的《哪里才是学生心理健康的最后庇护所，超越教育与技术的思考》的讲座。今天又重新学习了一遍，收获匪浅。张玲博士也注意到了当今社会上的孩子由于心理问题导致的自残、自杀及伤害他人等恶性事件。她向我们普及了一个重要的命题，她说心理健康的一些基本命题，我们与我们通常的一些教育命题是不同的，她还举了几个例子，让我们明白我们原来以为的健康并非心理学上的健康。比如如果
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    感受:1.从陌生到熟悉的过程。游戏环节让我们在轻松的氛围中得到了锻炼，也增长了不少知识。2.游戏过程中，我们贡献的是个人力量，展现的是团队的力量。它磨合的往往不止是工作的熟悉，更是观念上契合度的贴近。3.这和工作是一样的道理。在各自的岗位上，每个人摆正自己的位置、各司其职充分发挥才能，并团结一致劲往一处使，才能实现最大的成功。新知:1.团队精神需要不断地创新。过去，人们把创新看作是冒风险，现在人们
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    冥华虽然逃过了影梦的军队，但他是一个忠臣，他选择上报战况。败给影梦后成逃兵，高层亡尔还活着，七重天失守......随便一条，即可处死冥华。冥华自然是知道以仙界高层的习性此信一发自己必死无疑，但他还选择上报实情，因为责任。同样此信送到仙宫后，知道此事的人，大多数人都认定冥华要完了，所以上到仙界高层，下到扫大街的，包括冥华自己，全都准备好迎接冥华之死。如果仙界现在还属于两方之争的话，冥华必死无疑。然而
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    爬山，攀登，一步一步走向制高点，是一种挑战。成功抵达是一种无法言语的快乐，在山顶吹吹风，看看风景，这是从未有过的体验。然而，爬山一时爽，下山腿打颤，颠簸的路，一路向下走，腿部力量不够，走起来抖到不行，停不下来了！第二天必定腿疼，浑身酸痛，坐立难安！
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           写点感想，总结一些，也顺便激励一些自己.现在就是复习阶段，也做做项目.      本专业是GIS专业，当初觉得本专业太水，靠这个会活不下去的，所以就报了培训班。学习的时候，进入状态很慢，而且当初进去的时候，已经上到Java高级阶段了，所以.....，呵呵，之后有点感觉了，不过，还是不好好写代码，还眼高手低的，有
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    因为在日常的工作中，出问题的时候查看日志是每个管理员的习惯，作为初学者，为了以后的需要，我今天将下面这些查看命令共享给各位 cat tail -f 日 志 文 件 说 明 /var/log/message 系统启动后的信息和错误日志，是Red Hat Linux中最常用的日志之一 /var/log/secure 与安全相关的日志信息 /var/log/maillog 与邮件相关的日志信
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按字母分类： ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ其他