(译)KVO的内部实现
来源:互联网 发布:网络搞笑歌曲 编辑:程序博客网 时间:2024/05/02 23:21
09年的一篇文章,比较深入地阐述了KVO的内部实现。KVO是实现Cocoa Bindings的基础,它提供了一种方法,当某个属性改变时,相应的objects会被通知到。在其他语言中,这种观察者模式通常需要单独实现,而在Objective-C中,通常无须增加额外代码即可使用。
概览
这是怎么实现的呢?其实这都是通过Objective-C强大的运行时(runtime)实现的。当你第一次观察某个object时,runtime会创建一个新的继承原先class的subclass。在这个新的class中,它重写了所有被观察的key,然后将object的isa
指针指向新创建的class(这个指针告诉Objective-C运行时某个object到底是哪种类型的object)。所以object神奇地变成了新的子类的实例。
这些被重写的方法实现了如何通知观察者们。当改变一个key时,会触发setKey
方法,但这个方法被重写了,并且在内部添加了发送通知机制。(当然也可以不走setXXX方法,比如直接修改iVar,但不推荐这么做)。
有意思的是:苹果不希望这个机制暴露在外部。除了setters,这个动态生成的子类同时也重写了-class
方法,依旧返回原先的class!如果不仔细看的话,被KVO过的object看起来和原先的object没什么两样。
深入探究
下面来看看这些是如何实现的。我写了个程序来演示隐藏在KVO背后的机制。
// 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;@endstatic 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;}
我们从头到尾细细看来。
首先定义了一个TestClass
的类,它有3个属性。
然后定义了一些方便调试的方法。ClassMethodNames
使用Objective-C运行时方法来遍历一个class,得到方法列表。注意,这些方法不包括父类的方法。PrintDescription
打印object的所有信息,包括class信息(包括-class
和通过运行时得到的class),以及这个class实现的方法。
然后创建了4个TestClass
实例,每一个都使用了不同的观察方式。x
实例有一个观察者观察x
key,y
,xy
也类似。为了做比较,z
key没有观察者。最后control
实例没有任何观察者。
然后打印出4个objects的description。
之后继续打印被重写的setter内存地址,以及未被重写的setter的内存地址做比较。这里做了两次,是因为-methodForSelector:
没能得到重写的方法。KVO试图掩盖它实际上创建了一个新的subclass这个事实!但是使用运行时的方法就原形毕露了。
运行代码
看看这段代码的输出
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 0x195eUsing libobjc functions, normal setX: is 0x195e, overridden setX: is 0x96a1a550
首先,它输出了control
object,没有任何问题,它的class是TestClass
,并且实现了6个set/get方法。
然后是3个被观察的objects。注意-class
仍然显示的是TestClass
,使用object_getClass
显示了这个object的真面目:它是NSKVONotifying_TestClass
的一个实例。这个NSKVONotifying_TestClass
就是动态生成的subclass!
注意,它是如何实现这两个被观察的setters的。你会发现,它很聪明,没有重写-setZ:
,虽然它也是个setter,因为它没有被观察。同时注意到,3个实例对应的是同一个class,也就是说两个setters都被重写了,尽管其中的两个实例只观察了一个属性。这会带来一点效率上的问题,因为即使没有被观察的property也会走被重写的setter,但苹果显然觉得这比分开生成动态的subclass更好,我也觉得这是个正确的选择。
你会看到3个其他的方法。有之前提到过的被重写的-class
方法,假装自己还是原来的class。还有-dealloc
方法处理一些收尾工作。还有一个_isKVOA
方法,看起来像是一个私有方法。
接下来,我们输出-setX:
的实现。使用-methodForSelector:
返回的是相同的值。因为-setX:
已经在子类被重写了,这也就意味着methodForSelector:
在内部实现中使用了-class
,于是得到了错误的结果。
最后我们通过运行时得到了不同的输出结果。
作为一个优秀的探索者,我们进入debugger来看看这第二个方法的实现到底是怎样的:
(gdb) print (IMP)0x96a1a550$1 = (IMP) 0x96a1a550 <_NSSetIntValueAndNotify>
看起来是一个内部方法,对Foundation
使用nm -a
得到一个完整的私有方法列表:
0013df80 t __NSSetBoolValueAndNotify000a0480 t __NSSetCharValueAndNotify0013e120 t __NSSetDoubleValueAndNotify0013e1f0 t __NSSetFloatValueAndNotify000e3550 t __NSSetIntValueAndNotify0013e390 t __NSSetLongLongValueAndNotify0013e2c0 t __NSSetLongValueAndNotify00089df0 t __NSSetObjectValueAndNotify0013e6f0 t __NSSetPointValueAndNotify0013e7d0 t __NSSetRangeValueAndNotify0013e8b0 t __NSSetRectValueAndNotify0013e550 t __NSSetShortValueAndNotify0008ab20 t __NSSetSizeValueAndNotify0013e050 t __NSSetUnsignedCharValueAndNotify0009fcd0 t __NSSetUnsignedIntValueAndNotify0013e470 t __NSSetUnsignedLongLongValueAndNotify0009fc00 t __NSSetUnsignedLongValueAndNotify0013e620 t __NSSetUnsignedShortValueAndNotify
这个列表也能发现一些有趣的东西。比如苹果为每一种primitive type都写了对应的实现。Objective-C的object会用到的其实只有__NSSetObjectValueAndNotify
,但需要一整套来对应剩下的,而且看起来也没有实现完全,比如long dobule
或_Bool
都没有。甚至没有为通用指针类型(generic pointer type)提供方法。所以,不在这个方法列表里的属性其实是不支持KVO的。
KVO是一个很强大的工具,有时候过于强大了,尤其是有了自动触发通知机制。现在你知道它内部是怎么实现的了,这些知识或许能帮助你更好地使用它,或在它出错时更方便调试。
如果你打算使用KVO,或许可以看一下我的另一篇文章Key-Value Observing Done Right
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