iOS KVO的自我實現

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系統KVO的使用

  1. KVO：是一種鍵值觀察機制，當某個對象為某屬性注冊了觀察后，只要該對象的此屬性發生改變，就會通知觀察者。

  2. 用KVO 實現如下兩個效果：

屏幕快照 2017-03-30 下午4.52.32.png
屏幕快照 2017-03-30 下午4.52.42.png
  • 導航欄的透明度隨著UITableView的滑動距離而變化（這個功能其實也可以使用UIScrollViewDelegate的代理方法- (void)scrollViewDidScroll:(UIScrollView *)scrollView來實現）。
    （1） 為UITableView的contentOffset屬性注冊觀察，其中context這個參數是為了區分父類是否對該消息感興趣。
    [self.tableView addObserver:self forKeyPath:@"contentOffset" options:NSKeyValueObservingOptionNew context:KVOContext_ContentOffset];

（2）實現觀察者回調方法- (void)observeValueForKeyPath:(NSString *)keyPath ofObject:(id)object change:(NSDictionary<NSString *,id> *)change context:(void *)context

- (void)observeValueForKeyPath:(NSString *)keyPath ofObject:(id)object change:(NSDictionary<NSString *,id> *)change context:(void *)context
{
    if (context == KVOContext_ContentOffset) {
        if ([keyPath isEqualToString:@"contentOffset"]) {
            if (self.navBackView == nil) {
                UIView *view = [[UIView alloc] initWithFrame:CGRectMake(0, -20, [UIScreen mainScreen].bounds.size.width, 64)];
                view.backgroundColor = [UIColor orangeColor];
                [self.navigationController.navigationBar insertSubview:view atIndex:0];
                self.navBackView = view;
            }
            CGPoint contentOffset = [change[NSKeyValueChangeNewKey] CGPointValue];
            CGFloat alpha = (contentOffset.y - 64)*(1/136.0);
            
            if (alpha >= 1) {
                self.navBackView.alpha = 1;
            }
            else if (alpha > 0 && alpha < 1)
            {
                self.navBackView.alpha = alpha;
            }
            else
            {
                self.navBackView.alpha = 0;
            }
        }
    } else {
        [super observeValueForKeyPath:keyPath ofObject:object change:change context:context];
    }
}

（3）在觀察者銷毀的時候移除掉觀察

- (void)dealloc
{
    [self removeObserver:self.tableView forKeyPath:@"contentOffset"];
}

說明：導航欄沒有設置透明度的方法和屬性，需要先設置導航欄的背景圖和陰影圖為空的圖片來設置導航欄的透明，接著向導航欄插入一個視圖，通過控制該視圖的透明度來達到導航欄的控制導航欄的透明度效果。

    [self.navigationController.navigationBar setBackgroundImage:[[UIImage alloc] init] forBarMetrics:UIBarMetricsDefault];
    [self.navigationController.navigationBar setShadowImage:[[UIImage alloc] init]];
  • 為UITableView添加多個cell，每個cell上都有一個時間不一樣的倒計時。
    （1）先包裝一個時間數據模型
#import <Foundation/Foundation.h>

@interface TimeModel : NSObject

@property (copy, nonatomic) NSString *title;
@property (assign, nonatomic) NSInteger time;

@end

（2）在cell中增加一個TimeModel屬性，并在設置屬性的時候，注冊觀察，實現觀察者回調方法

- (void)setTimeModel:(TimeModel *)timeModel
{
    if (timeModel) {
        [timeModel addObserver:self forKeyPath:@"time" options:NSKeyValueObservingOptionNew context:KVOContext];
        self.textLabel.text = [NSString stringWithFormat:@"%@倒計時：%i", timeModel.title, (int)timeModel.time];
        
        if (_timeModel) {
            [_timeModel removeObserver:self forKeyPath:@"time"];
        }
        _timeModel = timeModel;
    }
}
- (void)observeValueForKeyPath:(NSString *)keyPath ofObject:(id)object change:(NSDictionary *)change context:(void *)context
{
    if (context == KVOContext) {
        if ([keyPath isEqualToString:@"time"]) {
            self.textLabel.text = [NSString stringWithFormat:@"%@倒計時：%i", self.timeModel.title, [change[NSKeyValueChangeNewKey] intValue]];
        }
    } else {
        [super observeValueForKeyPath:keyPath ofObject:object change:change context:context];
    }
}

（3）在控制器中用一個定時器來更改倒計時的時間

    self.timer = [NSTimer timerWithTimeInterval:1.0 target:self selector:@selector(timerAction:) userInfo:nil repeats:YES];
    [[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:self.timer forMode:NSRunLoopCommonModes];

- (void)timerAction:(NSTimer *)timer
{
    for (TimeModel *timeModel in self.dataArr) {
        if (timeModel.time > 0) {
            timeModel.time--;
        }
    }
}

注意：
<1>在cell中設置時間模型的時候，因為cell是重用的，如果cell中存在時間模型，得先移除掉對該時間模型的觀察，再為新賦值的時間模型注冊觀察。
<2>只要設置了觀察者，就必須移除，在觀察者銷毀的時候移除掉所有觀察。

KVO的實現原理

當觀察某對象A時，KVO機制動態創建一個對象A當前類的子類，并為這個新的子類重寫了被觀察屬性keyPath的setter 方法。setter 方法隨后負責通知觀察對象屬性的改變狀況。

Apple 使用了 isa 混寫（isa-swizzling）來實現 KVO 。當觀察對象A時，KVO機制動態創建一個新的名為： NSKVONotifying_A的新類，該類繼承自對象A的本類，且KVO為NSKVONotifying_A重寫觀察屬性的setter 方法，setter 方法會負責在調用原 setter 方法之前和之后，通知所有觀察對象屬性值的更改情況。

在這個過程，被觀察對象的 isa 指針從指向原來的A類，被KVO機制修改為指向系統新創建的子類 NSKVONotifying_A類，來實現當前類屬性值改變的監聽；

所以當我們從應用層面上看來，完全沒有意識到有新的類出現，這是系統“隱瞞”了對KVO的底層實現過程，讓我們誤以為還是原來的類。但是此時如果我們創建一個新的名為“NSKVONotifying_A”的類()，就會發現系統運行到注冊KVO的那段代碼時程序就崩潰，因為系統在注冊監聽的時候動態創建了名為NSKVONotifying_A的中間類，并指向這個中間類了。

（isa 指針的作用：每個對象都有isa 指針，指向該對象的類，它告訴 Runtime 系統這個對象的類是什么。所以對象注冊為觀察者時，isa指針指向新子類，那么這個被觀察的對象就神奇地變成新子類的對象（或實例）了。） 因而在該對象上對 setter 的調用就會調用已重寫的 setter，從而激活鍵值通知機制。

KVO的鍵值觀察通知依賴于 NSObject 的兩個方法:willChangeValueForKey:和 didChangevlueForKey:，在存取數值的前后分別調用2個方法：

被觀察屬性發生改變之前，willChangeValueForKey:被調用，通知系統該 keyPath 的屬性值即將變更；當改變發生后， didChangeValueForKey: 被調用，通知系統該 keyPath 的屬性值已經變更；之后， observeValueForKey:ofObject:change:context: 也會被調用。且重寫觀察屬性的setter 方法這種繼承方式的注入是在運行時而不是編譯時實現的。

KVO的自我實現

  • 創建一個類，用于存儲觀察者，觀察的屬性，以及觀察者的回調方法。
@interface QSPKVOInfo : NSObject

@property (weak, nonatomic) id observer;
@property (copy, nonatomic) NSString *key;
@property (copy, nonatomic) KVOBlock block;

@end

@implementation QSPKVOInfo

+ (instancetype)QSPKVOInfo:(id)observer key:(NSString *)key block:(KVOBlock)block
{
    return [[self alloc] initWithObserver:observer key:key block:block];
}
- (instancetype)initWithObserver:(id)observer key:(NSString *)key block:(KVOBlock)block
{
    if (self = [super init]) {
        self.observer = observer;
        self.key = key;
        self.block = block;
    }
    
    return self;
}

@end
  • 創建一個NSObject的分類，并添加一個添加觀察者和一個移除觀察者的方法
#import <Foundation/Foundation.h>
#import <UIKit/UIKit.h>

typedef void (^KVOBlock)(id object, id observer, NSString *key, CGPoint oldValue, CGPoint newValue);

@interface NSObject (KVO)

- (void)QSP_addObserver:(NSObject *)observer forkey:(NSString *)key withBlock:(KVOBlock)block;
- (void)QSP_removeObserver:(NSObject *)observer forkey:(NSString *)key;

@end
  • 實現添加觀察者的方法- (void)QSP_addObserver:(NSObject *)observer forkey:(NSString *)key withBlock:(KVOBlock)block
- (void)QSP_addObserver:(NSObject *)observer forkey:(NSString *)key withBlock:(KVOBlock)block
{
    //1.檢查對象的類有沒有相應的 setter 方法。如果沒有拋出異常；
    Class class = [self class];
    SEL setterSelector = NSSelectorFromString(setterForGeter(key));
    Method setterMethod = class_getInstanceMethod(class, setterSelector);
    if (!setterMethod) {
        NSLog(@"%@屬性不存在！", key);
        return;
    }
    
    //2.檢查對象 isa 指向的類是不是一個 KVO 類。如果不是，新建一個繼承原來類的子類，并把 isa 指向這個新建的子類；
    NSString *className = NSStringFromClass(class);
    if (![className hasPrefix:KVOClassPrefix]) {
        class = [self makeKvoClassWithOriginalClassName:className];
        object_setClass(self, class);
    }
    NSLog(@"%@", [self class]);
    
    //3.檢查對象的 KVO 類重寫過沒有這個 setter 方法。如果沒有，添加重寫的 setter 方法；
    if (![self hasSelector:setterSelector]) {
        const char *methodTypes = method_getTypeEncoding(class_getInstanceMethod(class, setterSelector));
        NSLog(@"%s", methodTypes);
        BOOL success = NO;
        NSLog(@"valueClass:%@", [[self valueForKey:key] class]);
        if ([[self valueForKey:key] isKindOfClass:[NSObject class]]) {
            success = class_addMethod(class, setterSelector, (IMP)kvo_setter, methodTypes);
        }
        if (success) {
            NSLog(@"重寫%@方法成功！", NSStringFromSelector(setterSelector));
        }
        else
        {
            NSLog(@"重寫%@方法失敗！", NSStringFromSelector(setterSelector));
        }
    }
    
    //4.添加這個觀察者
    NSMutableDictionary *infoDic = objc_getAssociatedObject(self, KVOInfoDictionaryName.UTF8String);
    if (infoDic == nil) {
        infoDic = [NSMutableDictionary dictionaryWithCapacity:1];
        objc_setAssociatedObject(self, KVOInfoDictionaryName.UTF8String, infoDic, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
    }
    
    QSPKVOInfo *info = [QSPKVOInfo QSPKVOInfo:observer key:key block:block];
    infoDic[key] = info;
}
  • 實現幾個輔助方法
/**
 根據getter方法名獲取setter方法名

 @param key getter方法名
 @return setter方法名
 */
NSString * setterForGeter(NSString *key)
{
    if (key && key.length > 0) {
        NSString *upperKey = [key uppercaseString];
        return [NSString stringWithFormat:@"set%@%@:", [upperKey substringToIndex:1], [key substringFromIndex:1]];
    }
    
    return nil;
}

/**
 根據setter方法名獲取getter方法名

 @param setter setter方法名
 @return getter方法名
 */
NSString * getterForSetter(NSString *setter)
{
    if ([setter hasPrefix:@"set"] && [setter hasSuffix:@":"]) {
        NSString *lowerKey = [setter lowercaseString];
        return [NSString stringWithFormat:@"%@%@", [lowerKey substringWithRange:NSMakeRange(3, 1)], [setter substringWithRange:NSMakeRange(4, setter.length - 5)]];
    }
    
    return nil;
}

/**
 kvo類class方法的IMP
 */
Class kvo_class(id self, SEL _cmd)
{
//    return object_getClass(self);
    return class_getSuperclass(object_getClass(self));
}

/**
 判斷類中是否存在某個方法

 @param selector SLE
 */
- (BOOL)hasSelector:(SEL)selector
{
    unsigned int methodListCount = 0;
    Method *methodList = class_copyMethodList(object_getClass(self), &methodListCount);
    for (int index = 0; index < methodListCount; index++) {
        NSLog(@"%@", NSStringFromSelector(method_getName(methodList[index])));
        if (selector == method_getName(methodList[index])) {
            return YES;
        }
    }
    
    return NO;
}

/**
 kvo類的setter方法的IMP
 */
void kvo_setter(id self, SEL _cmd, CGPoint value)
{
    NSString *setterName = NSStringFromSelector(_cmd);
    NSString *getterName = getterForSetter(setterName);
    
    if (!getterName) {
        NSLog(@"%@屬性不存在！", getterName);
    }
    
    id oldValue = [self valueForKey:getterName];
    NSLog(@"oldValue:%@", oldValue);
    NSLog(@"newValue:%@", NSStringFromCGPoint(value));
    
    struct objc_super superclazz = {
        .receiver = self,
        .super_class = class_getSuperclass(object_getClass(self))
    };
    void (*objc_msgSendSuperCasted)(void *, SEL, CGPoint) = (void *)objc_msgSendSuper;
    objc_msgSendSuperCasted(&superclazz, _cmd, value);
    
    NSMutableDictionary *infoDic = objc_getAssociatedObject(self, KVOInfoDictionaryName.UTF8String);
    QSPKVOInfo *info = infoDic[getterName];
    if (info.block) {
        info.block(self, info.observer, info.key, [oldValue CGPointValue], value);
    }
}

/**
 根據類名創建kvo類
 
 @param originalClazzName 類名
 @return kvo類
 */
- (Class)makeKvoClassWithOriginalClassName:(NSString *)originalClazzName
{
    NSString *kvoClassName = [KVOClassPrefix stringByAppendingString:originalClazzName];
    Class kvoClass = NSClassFromString(kvoClassName);
    if (kvoClass) {
        return kvoClass;
    }
    
    Class originalClass = [self class];
    kvoClass = objc_allocateClassPair(originalClass, kvoClassName.UTF8String, 0);
    BOOL success = class_addMethod(kvoClass, @selector(class), (IMP)kvo_class, method_getTypeEncoding(class_getClassMethod(originalClass, @selector(class))));
    if (success) {
        NSLog(@"重寫class方法成功！");
    }
    else
    {
        NSLog(@"重寫class方法失敗！");
    }
    objc_registerClassPair(kvoClass);
    
    return kvoClass;
}
  • 實現移除觀察者的方法
- (void)QSP_removeObserver:(NSObject *)observer forkey:(NSString *)key
{
    NSMutableDictionary *infoDic = objc_getAssociatedObject(self, KVOInfoDictionaryName.UTF8String);
    QSPKVOInfo *info = infoDic[key];
    
    if ([info.key isEqualToString:key] && info.observer == observer) {
        [infoDic removeObjectForKey:key];
    }
}

說明：在這里我只實現了對CGPoint屬性的，如果真的要實現一個KVO框架的話，還需定義一個數據模型出來，用來承載任何類型的屬性，并能夠解析出對應的數據。

使用自定義的KVO

使用上面的第一個示例，對UITableView的contentOffset屬性進行監聽，實現對導航欄透明度的控制

[self.tableView QSP_addObserver:self forkey:@"contentOffset" withBlock:^(id object, id observer, NSString *key, CGPoint oldValue, CGPoint newValue) {
        if (self.navBackView == nil) {
            UIView *view = [[UIView alloc] initWithFrame:CGRectMake(0, -20, [UIScreen mainScreen].bounds.size.width, 64)];
            view.backgroundColor = [UIColor orangeColor];
            [self.navigationController.navigationBar insertSubview:view atIndex:0];
            self.navBackView = view;
        }
        
        CGPoint contentOffset = newValue;
        CGFloat alpha = (contentOffset.y - 64)*(1/136.0);
        
        if (alpha >= 1) {
            self.navBackView.alpha = 1;
        }
        else if (alpha > 0 && alpha < 1)
        {
            self.navBackView.alpha = alpha;
        }
        else
        {
            self.navBackView.alpha = 0;
        }
    }];

記得在dealoc方法中移除觀察

- (void)dealloc
{
    [self.tableView QSP_removeObserver:self forkey:@"contentOffset"];
}
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