类型信息（6）：反射

ゞ浴缸里的玫瑰 2023-07-12 14:51 8阅读 0赞

### 一、反射：运行时的类信息 ###

如果不知道某个对象的确切类型，RTTI可以告诉你。但是有一个限制：这个类型在编译时必须已知，这样才能使用RTTI识别它，并利用这些信息做一些有用的事。换句话说，在编译时，编译器必须知道所有要通过RTTI来处理的类。

初看起来这似乎不是个限制，但是假设你获取了一个指向某个并不在你的程序空间中的对象的引用；事实上，在编译时你的程序根本没法获知这个对象所属的类。例如，假设你从磁盘文件，或者网络连接中获取了一串字节，并且你被告知这些字节代表了一个类。既然这个类在编译器为你的程序生成代码之后很久才会出现，那么怎样才能使用这样的类呢？

在传统的编程环境中不太可能出现这种情况。但当我们置身于更大规模的编程世界中，在许多重要情况下就会发生上面的事情。首先就是“基于构件的编程”，在此种编程方式中，将使用某种基于快速应用开发（RAD）的应用构建工具，即集成开发环境（IDE），来构建项目。这是一种可视化编程方法，可以通过将代表不同组件的图标拖拽到表单中来创建程序。然后在编程时通过设置构件的属性来配置它们。这种设计时的配置，要求构件都是可实例化的，并且要暴露其余部分信息，以允许程序员读取和修改构件的属性。此外，处理图形化用户界面（GUI）事件的构件还必须暴露相关方法的信息，以便IDE能帮助程序员覆盖这些处理事件的方法。反射提供了一种机制——用来检查可用的方法，并返回方法名。java通过JavaBeans提供了基于构件的编程架构。

人们想要在运行时获取类的信息的另一个动机，便是希望提供在跨网络的远程平台上创建和运行对象的能力。这被称为远程方法调用（RMI），它允许一个java程序将对象分布到多台机器上。需要这种分布能力是有许多原因的，例如，你可能正在执行一项需进行大量计算的任务，为了提高运行速度，想将计算划分为许多小的计算单元，分布到空间的机器上运行。又比如，你可能希望将处理特定类型任务的代码（例如多层c/s（客户/服务器）架构中的“业务规则”），置于特定的机器上，于是这台机器就成为了描述这些动作的公共场所，可以很容易地通过改动它就达到影响系统中所有人的效果。（这是一种有趣的开发方式，因为机器的存在仅仅是为了方便软件的改动。）同时，分布式计算也支持适于执行特殊任务的专用硬件，例如矩阵转置，而这对于通用程序就显得不太合适或者太昂贵了。

Class类与java.lang.reflect类库一起对反射的概念进行了支持，该类库包含了Field、Method以及Constructor类（每个类都实现了Member接口）。这些类型的对象是由JVM在运行时创建的，用以表示未知类里对应的成员。这样你就可以使用Constructor创建新的对象，用get()和set()方法读取和修改与Field对象关联的字段，用invoke()方法调用与Method对象关联的方法。另外，还可以调用getFields()、getMethods()和getConstructors()等很便利的方法，以返回表示字段、方法以及构造器的对象的数组（在JDK文档中，通过查找Class类可了解更多相关资料）。这样，匿名对象的类信息就能在运行时被完全确定下来，而在编译时不需要知道任何事情。

重要的是，要认识到反射机制并没有什么神奇之处。当通过反射与一个未知类型的对象打交道时，JVM只是简单地检查这个对象，看它属于哪个特定的类（就像RTTI那样）。在用它做其他事情之前必须先加载那个类的Class对象。因此，那个类的.class文件对于JVM来说必须是可获取的：要么在本地机器上，要么可以通过网络获得。所以RTTI和反射之间真正的区别只在于，对RTTI来说，编译器在编译时打开和检查.class文件。（换句话说，我们可以用“普通”方式调用对象的所有方法。）而对于反射机制来说，.class文件在编译时是不可获取的，所以是在运行时打开和检查.class文件。

### 二、类方法提取器 ###

通常你不需要直接使用反射工具，但是它们在你需要创建更加动态的代码时会很有用。反射在java中是用来支持其他特性的，例如对象序列化和JavaBean。但是，如果能动态地提取某个类的信息有的时候还是很有用的。请考虑类方法提取器。浏览实现了类定义的源代码或是其JDK文档，只能找到在这个类定义中被定义或被覆盖的方法。但对你来说，可能有数十个更有用的方法都是继承自基类的。要找出这些方法可能会很乏味且费时。幸运的是，反射机制提供了一种方法，使我们能够编写可以自动展示完整接口的简单工具。下面就是其工作方式：

import java.lang.reflect.Constructor;
    import java.lang.reflect.Method;
    import java.util.regex.Pattern;
    
    public class ShowMethods {
    	private static String usage = "usage:\nShowMethods qualified.class.name\nTo show all methods in class or:\nShowMethods qualified.class.name word\nTo search for methods involving 'word'";
    	private static Pattern p = Pattern.compile("\\w+\\.");
    
    	public static void main(String[] args) {
    //		args = new String[] {"ShowMethods"};
    		if (args.length < 1) {
    			System.out.println(usage);
    			System.exit(0);
    		}
    		int lines = 0;
    		try {
    			Class<?> c = Class.forName(args[0]);
    			Method[] methods = c.getMethods();
    			Constructor<?>[] constructors = c.getConstructors();
    			if (args.length == 1) {
    				for (Method method : methods)
    					System.out.println(p.matcher(method.toString()).replaceAll(""));
    				for (Constructor ctor : constructors)
    					System.out.println(p.matcher(ctor.toString()).replaceAll(""));
    				lines = methods.length + constructors.length;
    			} else {
    				for (Method method : methods)
    					if (method.toString().indexOf(args[1]) != -1) {
    						System.out.println(p.matcher(method.toString()).replaceAll(""));
    						lines++;
    					}
    				for (Constructor ctor : constructors)
    					if (ctor.toString().indexOf(args[1]) != -1) {
    						System.out.println(p.matcher(ctor.toString()).replaceAll(""));
    						lines++;
    					}
    			}
    		} catch (ClassNotFoundException e) {
    			System.out.println("No such class:" + e);
    		}
    	}
    }

Class的getMethods()和getConstructors()方法分别返回Method对象的数组和Constructor对象的数组。这两个类都提供了深层方法，用以解析其对象所代表的方法，并获取其名字、输入参数以及返回值。但也可以像这里一样，只使用toString()生成一个含有完整的方法特征签名的字符串。代码其他部分用于提取命令行信息，判断某个特定的特征签名是否与我们的目标字符串相符（使用indexOf()），并使用正则表达式去掉了命名修饰词。

Class.forName()生成的结果在编译时是不可知的，因此所有的方法特征签名信息都是在执行时被提取出来的。如果研究一下JDK文档中关于反射的部分，就会看到，反射机制提供了足够的支持，使得能够创建一个在编译时完全未知的对象，并调用此对象的方法。虽然开始的时候可能认为永远也不需要用到这些功能，但是反射机制的价值是很惊人的。

你可以看到，输出中包含了一个public的默认构造器，即便能在代码中看到根本没有定义任何构造器。所看到的这个包含在列表中的构造器是编译器自动合成的。如果将ShowMethods作为一个非public的类（也就是拥有包访问权限），输出中就不会再显示出这个自动合成的默认构造器了。该自动合成的默认构造器会自动被赋予与类一样的访问权限。

在编程时，特别是如果不记得一个类是否有某个方法，或者不知道一个类究竟能做些什么，例如Color对象，而又不想通过索引或类层次去查找JDK文档，这时这个工具确实能节省很多时间。

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