初识Runtime之KVO实现原理

Runtime运行时是在iOS代码运行时将其翻译成对应的C语言程序。
Runtime 运行时是苹果提供的一个API，属于一个C语言的库。那么在iOS开发中，Runtime运行时有什么用呢？
1. 利用Runtime运行时，在程序的运行过程中，动态创建一个类。
2. 利用Runtime运行时，在程序的运行过程中，动态修改一个类的属性/方法。
3. 利用Runtime运行时，遍历一个类的所有的属性和方法。
用的时候需要导入头文件: objc/runtime.h/objc/message.h(包含了objc/runtime.h)（需要加上尖括号，由于这个编辑器的原因，直接加上尖括号，导致无法显示）
Method：成员方法
Ivar ：成员变量

上面是对Runtime运行时的一个简单概括，我之前一直只是知道有Runtime这个东西的存在，但是具体实例一直没有研究过，感觉跟Runtime相关的更多的是长篇大论的理论，所以总是不能很好的去理解Runtime具体是怎么工作和应用的。最近看了Hank老师的公开课，感觉明了了很多，下面就介绍一下用Runtime运行时来实现KVO的一个过程，基本步骤如下：

1. 动态添加被监听对象类的一个子类；
2. 在该子类中动态添加被监听的属性的set方法，即重写父类的属性的set方法；
3. 当调用被监听的属性的set方法且改属性的值发生改变的时候通知外界。

特别注意：
一个类的属性赋值形式为object.property = …
一个类的成员变量赋值形式为object->MemberVariable = …
KVO不能观察到成员变量的值的变化，因为KVO是动态添加了一个被监听对象类的子类，然后重写了被监听对象类的属性的set方法，在该方法中来做的通知，所以只有调用set方法才能被检测到。

我这篇文章是看了Hank老师的公开课后整理的，那我先总结一下Hank老师讲的内容，下面是我做的笔记：

KVO原理和实现过程说明（非代码，最后面会给出我自己实现KVO的完整demo）：
Person * _p = [[Person alloc] init];
[_p addObserver:self forKeyPath:@“age” options:NSKeyValueObservingOptionNew context:nil];
只要添加这行代码，调用时，runtime会动态添加一个Person类的子类 NSKVONotifying_Person类，然后在这个类中重写age属性的set方法，并把_p的真实类型改为NSKVONotifying_Person，然后一旦调用_p.age就是调用子类的age的set方法，一旦子类的age的值发生改变就会通知-(void)observeValueForKeyPath:ofObject:change: context;

KVO重写的set方法：

willChangeValueForKey和didChangeValueForKey都会通知–(void)observeValueForKeyPath:ofObject:change: context;方法，change是dictionary，里面放的是keyPath的旧值和新值，willChangeValueForKey会把旧值给过去，didChangeValueForKey会把新值给过去

以上是我听了Hank老师的视频总结的（如果理解有错请指教），然后我自己就想验证一下，但是写到重写set方法的时候，调用了willChangeValueForKey和didChangeValueForKey方法，然而并没有收到通知，原因我还没弄明白，但是我查了一些资料，一些只是说调用willChangeValueForKey和didChangeValueForKey方法就会触发通知，但是并没有给出具体代码。还有看到实现了KVO的，但是并不是调用的willChangeValueForKey和didChangeValueForKey方法，所以我的这个demo也没有调用willChangeValueForKey和didChangeValueForKey方法，如果有用willChangeValueForKey和didChangeValueForKey方法来实现的希望可以分享下代码。我的demo地址为KVO_Runtime_Demo

有兴趣的可以看一下demo的源码，下面我会根据我的demo的代码来说一下KVO的实现过程：
首先创建一个Person类和一个NSObject类的分类（因为需要所有类都可以调用，可参考原生KVO的addObserver方法），demo目录结构如下：

Person类代码如下：

Person.h
#import <Foundation/Foundation.h>

@interface Person : NSObject

@property(nonatomic,assign) int age;

@end

Person.m
#import "Person.h"

@implementation Person

-(void)setAge:(int)age{
    NSLog(@"我是Person的setAge");
    //自定义操作
    age = 10 + age;
    _age = age;
}

@end

Person类是用来测试的类，即充当被监听的类，我们下面要监听一下Person类的age属性的变化。
直接调用系统的addObserver:self forKeyPath:options:context:方法是可以的，我们这里是要探讨KVO内部的实现，那么我们就在NSObject+ZZ_KVO这个分类里自己写一个添加观察者的方法，然后自己去用Runtime运行时来实现监听的功能。
我在NSObject+ZZ_KVO中定义一个添加监听的方法（不建议直接重写系统的addObserver:self forKeyPath:options:context:，加上前缀以作为区别）：

-(void)ZZ_addObserver:(NSObject *)observer forKeyPath:(NSString *)keyPath options:(NSKeyValueObservingOptions)options context:(void *)context

然后在ViewController中定义一个Person对象，并让该Person对象调用ZZ_addObserver方法

_p = [[Person alloc] init];
    [_p ZZ_addObserver:self forKeyPath:@"age" options:NSKeyValueObservingOptionNew context:nil];

NSObject+ZZ_KVO中的代码如下：

NSObject+ZZ_KVO.h
#import <Foundation/Foundation.h>

@interface NSObject (ZZ_KVO)

-(void)ZZ_addObserver:(NSObject *)observer forKeyPath:(NSString *)keyPath options:(NSKeyValueObservingOptions)options context:(void *)context;

@end

NSObject+ZZ_KVO.m

#import "NSObject+ZZ_KVO.h"
#import <objc/message.h>

@implementation NSObject (ZZ_KVO)
//添加观察者方法
-(void)ZZ_addObserver:(NSObject *)observer forKeyPath:(NSString *)keyPath options:(NSKeyValueObservingOptions)options context:(void *)context{
    //动态添加一个类
    NSString * oldClassName = NSStringFromClass([self class]);
    NSString * newClassName = [@"ZZKVO_" stringByAppendingString:oldClassName];
    //OC转C
    const char * newName = [newClassName UTF8String];
    //定义一个类
    Class MyClass = objc_allocateClassPair([self class], newName, 0);
    //重写setAge方法
    class_addMethod(MyClass, @selector(setAge:), (IMP)setAge, "");
    //注册这个类
    objc_registerClassPair(MyClass);
    //改变isa指针,让self指向子类
    object_setClass(self, MyClass);
    //给对象绑定观察者对象
    objc_setAssociatedObject(self, @"observer", observer, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
}

/*
 有默认参数
void setAge(id self,SEL _cmd,int age){
    NSLog(@"哥们来啦~~~");
}
 */

//id self,SEL _cmd,默认参数
//子类重写父类的setAge方法，OC中一般都会先调用[super method],这样如果父类的setAge方法里对age值做过什么处理，子类里面也会做一样的处理，所以在这里，也需要先调用父类的setAge方法
void setAge(id self,SEL _cmd,int age){
    //子类自己
    id class = [self class];
    //父类
    id superClass = class_getSuperclass([self class]);
    //让自己指向父类
    object_setClass(self, superClass);
    //存放age改变之前的值
    NSMutableDictionary * changeDic = [NSMutableDictionary dictionaryWithCapacity:0];
    unsigned int oldOutCount = 0;
    //由于已经让self指向了自己的父类，所以在取属性的时候，可以直接用[self class]拿到age
    Ivar * oldivars = class_copyIvarList([self class], &oldOutCount);
    for (unsigned int i = 0; i < oldOutCount; i ++) {
        Ivar ivar = oldivars[i];
        const char * name = ivar_getName(ivar);
        NSString * nameString = [[NSString alloc] initWithUTF8String:name];
        if ([nameString isEqualToString:@"_age"]) {
            [changeDic setValue:[self valueForKey:nameString] forKey:[NSString stringWithFormat:@"old%@",nameString]];
        }
    }
    free(oldivars);
    //调用父类的setAge方法,类似于OC的[super setAge:age]
    //objc_getAssociatedObject(<#id object#>, <#const void *key#>)这个方法需要设置xcode的一个属性才能用，默认的无法提示出这个方法并且会报错
    objc_msgSend(self, @selector(setAge:),age);
    //让self指向自己
    object_setClass(self, class);
    NSLog(@"我是ZZKVO_Person的setAge");
    unsigned int newOutCount = 0;
    //已经让self指向了自己，所以如果还是直接用[self class]的话是拿不到age属性的，因为age是父类的，并且现在这个子类的属性列表为空，容易在取值的时候造成崩溃，所以用superClass
    Ivar * newivars = class_copyIvarList(superClass, &newOutCount);
    for (unsigned int i = 0; i < newOutCount; i ++) {
        Ivar ivar = newivars[i];
        const char * name = ivar_getName(ivar);
        NSString * nameString = [[NSString alloc] initWithUTF8String:name];
        if ([nameString isEqualToString:@"_age"]) {
            [changeDic setValue:[self valueForKey:nameString] forKey:[NSString stringWithFormat:@"new%@",nameString]];
        }
    }
    free(newivars);
    if ([[changeDic objectForKey:@"old_age"] intValue] != [[changeDic objectForKey:@"new_age"] intValue]) {
        //通知外界
        id observer = objc_getAssociatedObject(self, @"observer");
        [observer ZZ_observeValueForKeyPath:@"age" ofObject:self change:changeDic context:nil];
    }

}

-(void)ZZ_observeValueForKeyPath:(NSString *)keyPath ofObject:(id)object change:(NSDictionary<NSKeyValueChangeKey,id> *)change context:(void *)context{

}

然后我在NSObject+ZZ_KVO中的addObserve方法中打上断点，来看一下在ZZ_addObserver方法中self的类型：

可以看到这个时候self的类型是Person，经过改变isa那行代码之后：

可以看到self的类型变为我动态加的一个类了，这也跟Hank老师在视频中讲的吻合，也验证了KVO的实现步骤。系统KVO执行时添加的子类的前缀为NSKVONotifying_，这个可以行验证，也可以看Hank老师的视频，我这里就不再验证。
最后我是在ViewController中的touchBegin方法中调用了_p.age给age属性赋值，然后我们可以看一下打印的结果：
第一次touch（即age变化）

然后再touch一次

这样就简单的实现了对Person类的age属性值的变化的一个监测。