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运行时类型识别(Run-time Type Identification, RTTI)主要有两种方式,一种是我们在编译时和运行时已经知道了所有的类型,另外一种是功能强大的“反射”机制。
要理解RTTI在Java中的工作原理,首先必须知道类型信息在运行时是如何表示的,这项工作是由“Class对象”完成的,它包含了与类有关的信息。类是程序的重要组成部分,每个类都有一个Class对象,每当编写并编译了一个新类就会产生一个Class对象,它被保存在一个同名的.class文件中。在运行时,当我们想生成这个类的对象时,运行这个程序的Java虚拟机(JVM)会确认这个类的Class对象是否已经加载,如果尚未加载,JVM就会根据类名查找.class文件,并将其载入,一旦这个类的Class对象被载入内存,它就被用来创建这个类的所有对象。一般的RTTI形式包括三种:
1. 传统的类型转换。如“(Apple)Fruit”,由RTTI确保类型转换的正确性,如果执行了一个错误的类型转换,就会抛出一个ClassCastException异常。
2. 通过Class对象来获取对象的类型。如
Class c = Class.forName(“Apple”);
Object o = c.newInstance();
3. 通过关键字instanceof或Class.isInstance()方法来确定对象是否属于某个特定类型的实例,准确的说,应该是instanceof / Class.isInstance()可以用来确定对象是否属于某个特定类及其所有基类的实例,这和equals() / ==不一样,它们用来比较两个对象是否属于同一个类的实例,没有考虑继承关系。
反射
如果不知道某个对象的类型,可以通过RTTI来获取,但前提是这个类型在编译时必须已知,这样才能使用RTTI来识别。即在编译时,编译器必须知道所有通过RTTI来处理的类。
使用反射机制可以不受这个限制,它主要应用于两种情况,第一个是“基于构件的编程”,在这种编程方式中,将使用某种基于快速应用开发(RAD)的应用构建工具来构建项目。这是现在最常见的可视化编程方法,通过代表不同组件的图标拖动到图板上来创建程序,然后设置构件的属性值来配置它们。这种配置要求构件都是可实例化的,并且要暴露其部分信息,使得程序员可以读取和设置构件的值。当处理GUI时间的构件时还必须暴露相关方法的细细,以便RAD环境帮助程序员覆盖这些处理事件的方法。在这里,就要用到反射的机制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。
第二种情况,在运行时获取类的信息的另外一个动机,就是希望能够提供在跨网络的远程平台上创建和运行对象的能力。这被成为远程调用(RMI),它允许一个Java程序将对象分步在多台机器上,这种分步能力将帮助开发人员执行一些需要进行大量计算的任务,充分利用计算机资源,提高运行速度。
Class支持反射,java.lang.reflect中包含了Field/Method/Constructor类,每个类都实现了Member接口。这些类型的对象都是由JVM在运行时创建的,用来表示未知类里对应的成员。如可以用Constructor类创建新的对象,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。同时,还可以调用getFields()、getMethods()、getConstructors()等方法来返回表示字段、方法以及构造器的对象数组。这样,未知的对象的类信息在运行时就能被完全确定下来,而在编译时不需要知道任何信息。
另外,RTTI有时能解决效率问题。当程序中使用多态给程序的运行带来负担的时候,可以使用RTTI编写一段代码来提高效率。
Person p=new Person();
这是什么?当然是实例化一个对象了.可是这种实例化对象的方法存在一个问题,那就是必须要知道类名才可以实例化它的对象,这样我们在应用方面就会受到限制.那么有没有这样一种方式,让我们不知道这个类的类名就可以实例化它的对象呢?Thank Goodness!幸亏我们用的是java, java就提供了这样的机制.
1).java程序在运行时可以获得任何一个类的字节码信息,包括类的修饰符(public,static等),基类(超类,父类),实现的接口,字段和方法等信息.
2).java程序在运行时可以根据字节码信息来创建该类的实例对象,改变对象的字段内容和调用对象方法.
这样的机制就叫反射技术.可以想象光学中的反射,就像我们照镜子,镜子中又出现一个自己(比喻可能不太恰当,但是足以表达清楚意思了).反射技术提供了一种通用的动态连接程序组件的方法,不必要把程序所需要的目标类硬编码到源程序中,从而使得我们可以创建灵活的程序.
Java的反射机制是通过反射API来实现的,它允许程序在运行过程中取得任何一个已知名称的类的内部信息.反射API位于java.lang.reflect包中.主要包括以下几类:
1).Constructor类:用来描述一个类的构造方法
2).Field类:用来描述一个类的成员变量
3).Method类:用来描述一个类的方法.
4).Modifer类:用来描述类内各元素的修饰符
5).Array:用来对数组进行操作.
Constructor,Field,Method这三个类都是JVM(虚拟机)在程序运行时创建的,用来表示加载类中相应的成员.这三个类都实现了java.lang.reflect.Member接口,Member接口定义了获取类成员或构造方法等信息的方法.要使用这些反射API,必须先得到要操作的对象或类的Class类的实例.通过调用Class类的newInstance方法(只能调用类的默认构造方法)可以创建类的实例.这样有局限性,我们可以先冲类的Class实例获取类需要的构造方法,然后在利用反射来创建类的一个实例.
一.获取类的构造方法的Constructor对象(数组)
● Constructor[] getDeclaredConstructors();返回已加载类声明的所有的构造方法的Constructor对象数组.
● Constructor getDeclaredConstructor(Class[] paramTypes);返回已加载类声明的指定构造方法的Constructor对象,paramTypes指定了参数类型.
● Constructor[] getConstructors();返回已加载类声明的所有的public类型的构造方法的Constructor对象数组.
● Constructor getConstructor(Class[] paramTypes);返回已加载类声明的指定的public类型的构造方法的Constructor对象,paramTypes指定了参数类型.
如果某个类中没有定义构造方法,第一个和第三个方法返回的数组中只有一个元素,就是缺省的构造方法;如果某个类中只定义了有参数的构造函数,而没有定义缺省构造函数,第一个和第三个方法返回的数组中不包含缺省的构造方法.
例子:
import java.lang.reflect.*;
public class DumpMethods {
public static void main(String[] args) {
try{
if(args.length<1){
System.out.println(“请输入完整的类名:”);
return;
}
Class strClass=Class.forName(args[0]);
//检索带有指定参数的构造方法
Class[] strArgsClass=new Class[]{ byte[].class,String.class};
Constructor constructor=strClass.getConstructor(strArgsClass);
System.out.println(“Constructor:”+constructor.toString());
//调用带有参数的构造方法创建实例对象object
byte[] bytes=”java就业培训”.getBytes();
Object[] strArgs=new Object[]{bytes,”gb2312″};
Object object=constructor.newInstance(strArgs);
System.out.println(“Object”+object.toString());
}catch(Exception e){
e.printStackTrace();
}
}
}
运行结果:
二.获取类成员变量的Field对象(数组)
●Field[] getDeclaredFields():返回已加载类声明的所有成员变量的Field对象数组,不包括从父类继承的成员变量.
●Field getDeclaredField(String name):返回已加载类声明的所有成员变量的Field对象,不包括从父类继承的成员变量,参数name指定成员变量的名称.
●Field[] getFields():返回已加载类声明的所有public型的成员变量的Field对象数组,包括从父类继承的成员变量
●Field getField(String name):返回已加载类声明的所有成员变量的Field对象,包括从父类继承的成员变量,参数name指定成员变量的名称.
例子:
import java.lang.reflect.*;
public class ReflectTest {
private String name;
private String age;
public ReflectTest(String name,String age){
this.name=name;
this.age=age;
}
public static void main(String[] args) {
// TODO 自动生成方法存根
try{
ReflectTest rt=new ReflectTest(“zhanghandong”,”shiba”);
fun(rt);
}catch(Exception e){
e.printStackTrace();
}
}
public static void fun(Object obj) throws Exception{
Field[] fields=obj.getClass().getDeclaredFields();
System.out.println(“替换之前的:”);
for(Field field:fields){
System.out.println(field.getName()+”=”+field.get(obj));
if(field.getType().equals(java.lang.String.class)){
field.setAccessible(true); //必须设置为true才可以修改成员变量
String org=(String)field.get(obj);
field.set(obj,org.replaceAll(“a”,”b”));
}
}
System.out.println(“替换之后的:”);
for(Field field:fields){
System.out.println(field.getName()+”=”+field.get(obj));
}
}
}
运行结果如下:
三.获取类的方法的Method对象(数组)
●Method[] getDeclaredMethods():返回已加载类声明的所有方法的Method对象数组,不包括从父类继承的方法.
●Method getDeclaredMethod(String name,Class[] paramTypes):返回已加载类声明的所有方法的Method对象,不包括从父类继承的方法,参数name指定方法的名称,参数paramTypes指定方法的参数类型.
●Method[] getMethods():返回已加载类声明的所有方法的Method对象数组,包括从父类继承的方法.
●Method getMethod(String name,Class[] paramTypes):返回已加载类声明的所有方法的Method对象,包括从父类继承的方法,参数name指定方法的名称,参数paramTypes指定方法的参数类型.
四.检索类的其他信息
●int getModifiers():返回已加载类的修饰符的整形标识值.
●Package getPackage():返回已加载类的包名
●Class getSuperclass():返回已加载类的父类的Class实例.
●Class [] getInterfaces():返回已加载类实现的接口的Class对象数组.
●boolean isInterface():返回已加载类是否是接口.
反射的功能很强大,但是使用不当可能会缺点大于优点,反射使代码逻辑混乱,会带来维护的问题.
************************************
摘要
Reflection 是Java被视为动态(或准动态)语言的一个关键性质。这个机制允许程序在运行时透过Reflection APIs取得任何一个已知名称的class的内部信息,包括其modifiers(诸如public, static 等等)、superclass(例如Object)、实现之interfaces(例如Cloneable),也包括fields和methods的所有信息,并可于运行时改变fields内容或唤起methods。本文借由实例,大面积示范Reflection APIs。
关于本文:
读者基础:具备Java 语言基础。
本文适用工具:JDK1.5
关键词:
Introspection(内省、内观)
Reflection(反射)
有时候我们说某个语言具有很强的动态性,有时候我们会区分动态和静态的不同技术与作法。我们朗朗上口动态绑定(dynamic binding)、动态链接(dynamic linking)、动态加载(dynamic loading)等。然而“动态”一词其实没有绝对而普遍适用的严格定义,有时候甚至像对象导向当初被导入编程领域一样,一人一把号,各吹各的调。
一般而言,开发者社群说到动态语言,大致认同的一个定义是:“程序运行时,允许改变程序结构或变量类型,这种语言称为动态语言”。从这个观点看,Perl,Python,Ruby是动态语言,C++,Java,C#不是动态语言。
尽管在这样的定义与分类下Java不是动态语言,它却有着一个非常突出的动态相关机制:Reflection。这个字的意思是“反射、映象、倒影”,用在Java身上指的是我们可以于运行时加载、探知、使用编译期间完全未知的classes。换句话说,Java程序可以加载一个运行时才得知名称的class,获悉其完整构造(但不包括methods定义),并生成其对象实体、或对其fields设值、或唤起其methods1。这种“看透class”的能力(the ability of the program to examine itself)被称为introspection(内省、内观、反省)。Reflection和introspection是常被并提的两个术语。
Java如何能够做出上述的动态特性呢?这是一个深远话题,本文对此只简单介绍一些概念。整个篇幅最主要还是介绍Reflection APIs,也就是让读者知道如何探索class的结构、如何对某个“运行时才获知名称的class”生成一份实体、为其fields设值、调用其methods。本文将谈到java.lang.Class,以及java.lang.reflect中的Method、Field、Constructor等等classes。
“Class”class
众所周知Java有个Object class,是所有Java classes的继承根源,其内声明了数个应该在所有Java class中被改写的methods:hashCode()、equals()、clone()、toString()、getClass()等。其中getClass()返回一个Class object。
Class class十分特殊。它和一般classes一样继承自Object,其实体用以表达Java程序运行时的classes和interfaces,也用来表达enum、array、primitive Java types(boolean, byte, char, short, int, long, float, double)以及关键词void。当一个class被加载,或当加载器(class loader)的defineClass()被JVM调用,JVM 便自动产生一个Class object。如果您想借由“修改Java标准库源码”来观察Class object的实际生成时机(例如在Class的constructor内添加一个println()),不能够!因为Class并没有public constructor(见图1)。本文最后我会拨一小块篇幅顺带谈谈Java标准库源码的改动办法。
Class是Reflection故事起源。针对任何您想探勘的class,唯有先为它产生一个Class object,接下来才能经由后者唤起为数十多个的Reflection APIs。这些APIs将在稍后的探险活动中一一亮相。
#001 public final
#002 class Classimplements java.io.Serializable,
#003 java.lang.reflect.GenericDeclaration,
#004 java.lang.reflect.Type,
#005 java.lang.reflect.AnnotatedElement {
#006 privateClass() {}
#007 public String toString() {
#008 return ( isInterface() ? “interface ” :
#009 (isPrimitive() ? “” : “class “))
#010 + getName();
#011 }
…
图1:Classclass片段。注意它的private empty ctor,意指不允许任何人经由编程方式产生Classobject。是的,其object只能由JVM产生。
“Class”object的取得途径
Java允许我们从多种管道为一个class生成对应的Class object。图2是一份整理。
Class object 诞生管道
示例
运用getClass()
注:每个class 都有此函数
String str = “abc”;
Class c1 = str.getClass();
运用
Class.getSuperclass()2
Button b = new Button();
Class c1 = b.getClass();
Class c2 = c1.getSuperclass();
运用static method
Class.forName()
(最常被使用)
Class c1 = Class.forName (“java.lang.String”);
Class c2 = Class.forName (“java.awt.Button”);
Class c3 = Class.forName (“java.util.LinkedList$Entry”);
Class c4 = Class.forName (“I”);
Class c5 = Class.forName (“[I”);
运用
.class 语法
Class c1 = String.class;
Class c2 = java.awt.Button.class;
Class c3 = Main.InnerClass.class;
Class c4 = int.class;
Class c5 = int[].class;
运用
primitive wrapper classes
的TYPE 语法
Class c1 = Boolean.TYPE;
Class c2 = Byte.TYPE;
Class c3 = Character.TYPE;
Class c4 = Short.TYPE;
Class c5 = Integer.TYPE;
Class c6 = Long.TYPE;
Class c7 = Float.TYPE;
Class c8 = Double.TYPE;
Class c9 = Void.TYPE;
图2:Java允许多种管道生成Class object。
Java classes组成分析
首先容我以图3的java.util.LinkedList为例,将Java class的定义大卸八块,每一块分别对应图4所示的Reflection API。图5则是“获得class各区块信息”的程序示例及执行结果,它们都取自本文示例程序的对应片段。
package java.util; //(1)
import java.lang.*; //(2)
public class LinkedList //(3)(4)(5)
extends AbstractSequentialList //(6)
implements List, Queue,
Cloneable, java.io.Serializable //(7)
{
private static class Entry { … }//(8)
public LinkedList() { … } //(9)
public LinkedList(Collection extends E> c) { … }
public E getFirst() { … } //(10)
public E getLast() { … }
private transient Entry header = …; //(11)
private transient int size = 0;
}
图3:将一个Java class大卸八块,每块相应于一个或一组Reflection APIs(图4)。
Java classes各成份所对应的Reflection APIs
图3的各个Java class成份,分别对应于图4的Reflection API,其中出现的Package、Method、Constructor、Field等等classes,都定义于java.lang.reflect。
Java class 内部模块(参见图3)
Java class 内部模块说明
相应之Reflection API,多半为Class methods。
返回值类型(return type)
(1) package
class隶属哪个package
getPackage()
Package
(2) import
class导入哪些classes
无直接对应之API。
解决办法见图5-2。
(3) modifier
class(或methods, fields)的属性
int getModifiers()
Modifier.toString(int)
Modifier.isInterface(int)
int
String
bool
(4) class name or interface name
class/interface
名称getName()
String
(5) type parameters
参数化类型的名称
getTypeParameters()
TypeVariable []
(6) base class
base class(只可能一个)
getSuperClass()
Class
(7) implemented interfaces
实现有哪些interfaces
getInterfaces()
Class[]
(8) inner classes
内部classes
getDeclaredClasses()
Class[]
(8′) outer class
如果我们观察的class 本身是inner classes,那么相对它就会有个outer class。
getDeclaringClass()
Class
(9) constructors
构造函数getDeclaredConstructors()
不论 public 或private 或其它access level,皆可获得。另有功能近似之取得函数。
Constructor[]
(10) methods
操作函数getDeclaredMethods()
不论 public 或private 或其它access level,皆可获得。另有功能近似之取得函数。
Method[]
(11) fields
字段(成员变量)
getDeclaredFields()不论 public 或private 或其它access level,皆可获得。另有功能近似之取得函数。
Field[]
图4:Java class大卸八块后(如图3),每一块所对应的Reflection API。本表并非
Reflection APIs的全部。
Java Reflection API运用示例
图5示范图4提过的每一个Reflection API,及其执行结果。程序中出现的tName()是个辅助函数,可将其第一自变量所代表的“Java class完整路径字符串”剥除路径部分,留下class名称,储存到第二自变量所代表的一个hashtable去并返回(如果第二自变量为null,就不储存而只是返回)。
#001 Class c = null;
#002 c = Class.forName(args[0]);
#003
#004 Package p;
#005 p = c.getPackage();
#006
#007 if (p != null)
#008 System.out.println(“package “+p.getName()+”;”);
执行结果(例):
package java.util;
图5-1:找出class隶属的package。其中的c将继续沿用于以下各程序片段。
#001 ff = c.getDeclaredFields();
#002 for (int i = 0; i < ff.length; i++)
#003 x = tName(ff[i].getType().getName(), classRef);
#004
#005 cn = c.getDeclaredConstructors();
#006 for (int i = 0; i < cn.length; i++) {
#007 Class cx[] = cn[i].getParameterTypes();
#008 for (int j = 0; j < cx.length; j++)
#009 x = tName(cx[j].getName(), classRef);
#010 }
#011
#012 mm = c.getDeclaredMethods();
#013 for (int i = 0; i < mm.length; i++) {
#014 x = tName(mm[i].getReturnType().getName(), classRef);
#015 Class cx[] = mm[i].getParameterTypes();
#016 for (int j = 0; j < cx.length; j++)
#017 x = tName(cx[j].getName(), classRef);
#018 }
#019 classRef.remove(c.getName()); //不必记录自己(不需import 自己)
执行结果(例):
import java.util.ListIterator;
import java.lang.Object;
import java.util.LinkedList$Entry;
import java.util.Collection;
import java.io.ObjectOutputStream;
import java.io.ObjectInputStream;
图5-2:找出导入的classes,动作细节详见内文说明。
#001 int mod = c.getModifiers();
#002 System.out.print(Modifier.toString(mod)); //整个modifier
#003
#004 if (Modifier.isInterface(mod))
#005 System.out.print(” “); //关键词 “interface” 已含于modifier
#006 else
#007 System.out.print(” class “); //关键词 “class”
#008 System.out.print(tName(c.getName(), null)); //class 名称
执行结果(例):
public class LinkedList
图5-3:找出class或interface的名称,及其属性(modifiers)。
#001 TypeVariable[] tv;
#002 tv = c.getTypeParameters(); //warning: unchecked conversion
#003 for (int i = 0; i < tv.length; i++) {
#004 x = tName(tv[i].getName(), null); //例如 E,K,V…
#005 if (i == 0) //第一个
#006 System.out.print(“
#007 else //非第一个
#008 System.out.print(“,” + x);
#009 if (i == tv.length-1) //最后一个
#010 System.out.println(“>”);
#011 }
执行结果(例):
public abstract interface Map
或 public class LinkedList
图5-4:找出parameterized types的名称
#001 Class supClass;
#002 supClass = c.getSuperclass();
#003 if (supClass != null) //如果有super class
#004 System.out.print(” extends” +
#005 tName(supClass.getName(),classRef));
执行结果(例):
public class LinkedList
extends AbstractSequentialList,
图5-5:找出base class。执行结果多出一个不该有的逗号于尾端。此非本处重点,为简化计,不多做处理。
#001 Class cc[];
#002 Class ctmp;
#003 //找出所有被实现的interfaces
#004 cc = c.getInterfaces();
#005 if (cc.length != 0)
#006 System.out.print(“, \r\n” + ” implements “); //关键词
#007 for (Class cite : cc) //JDK1.5 新式循环写法
#008 System.out.print(tName(cite.getName(), null)+”, “);
执行结果(例):
public class LinkedList
extends AbstractSequentialList,
implements List, Queue, Cloneable, Serializable,
图5-6:找出implemented interfaces。执行结果多出一个不该有的逗号于尾端。此非本处重点,为简化计,不多做处理。
#001 cc = c.getDeclaredClasses(); //找出inner classes
#002 for (Class cite : cc)
#003 System.out.println(tName(cite.getName(), null));
#004
#005 ctmp = c.getDeclaringClass(); //找出outer classes
#006 if (ctmp != null)
#007 System.out.println(ctmp.getName());
执行结果(例):
LinkedList$Entry
LinkedList$ListItr
图5-7:找出inner classes和outer class
#001 Constructor cn[];
#002 cn = c.getDeclaredConstructors();
#003 for (int i = 0; i < cn.length; i++) {
#004 int md = cn[i].getModifiers();
#005 System.out.print(” ” + Modifier.toString(md) + ” ” +
#006 cn[i].getName());
#007 Class cx[] = cn[i].getParameterTypes();
#008 System.out.print(“(“);
#009 for (int j = 0; j < cx.length; j++) {
#010 System.out.print(tName(cx[j].getName(), null));
#011 if (j < (cx.length – 1)) System.out.print(“, “);
#012 }
#013 System.out.print(“)”);
#014 }
执行结果(例):
public java.util.LinkedList(Collection)
public java.util.LinkedList()
图5-8a:找出所有constructors
#004 System.out.println(cn[i].toGenericString());
执行结果(例):
public java.util.LinkedList(java.util.Collection extends E>)
public java.util.LinkedList()
图5-8b:找出所有constructors。本例在for循环内使用toGenericString(),省事。
#001 Method mm[];
#002 mm = c.getDeclaredMethods();
#003 for (int i = 0; i < mm.length; i++) {
#004 int md = mm[i].getModifiers();
#005 System.out.print(” “+Modifier.toString(md)+” “+
#006 tName(mm[i].getReturnType().getName(), null)+” “+
#007 mm[i].getName());
#008 Class cx[] = mm[i].getParameterTypes();
#009 System.out.print(“(“);
#010 for (int j = 0; j < cx.length; j++) {
#011 System.out.print(tName(cx[j].getName(), null));
#012 if (j < (cx.length – 1)) System.out.print(“, “);
#013 }
#014 System.out.print(“)”);
#015 }
执行结果(例):
public Object get(int)
public int size()
图5-9a:找出所有methods
#004 System.out.println(mm[i].toGenericString());
public E java.util.LinkedList.get(int)
public int java.util.LinkedList.size()
图5-9b:找出所有methods。本例在for循环内使用toGenericString(),省事。
#001 Field ff[];
#002 ff = c.getDeclaredFields();
#003 for (int i = 0; i < ff.length; i++) {
#004 int md = ff[i].getModifiers();
#005 System.out.println(” “+Modifier.toString(md)+” “+
#006 tName(ff[i].getType().getName(), null) +” “+
#007 ff[i].getName()+”;”);
#008 }
执行结果(例):
private transient LinkedList$Entry header;
private transient int size;
图5-10a:找出所有fields
#004 System.out.println(“G: ” + ff[i].toGenericString());
private transient java.util.LinkedList.java.util.LinkedList$Entry ??
java.util.LinkedList.header
private transient int java.util.LinkedList.size
图5-10b:找出所有fields。本例在for循环内使用toGenericString(),省事。
找出class参用(导入)的所有classes
没有直接可用的Reflection API可以为我们找出某个class参用的所有其它classes。要获得这项信息,必须做苦工,一步一脚印逐一记录。我们必须观察所有fields的类型、所有methods(包括constructors)的参数类型和回返类型,剔除重复,留下唯一。这正是为什么图5-2程序代码要为tName()指定一个hashtable(而非一个null)做为第二自变量的缘故:hashtable可为我们储存元素(本例为字符串),又保证不重复。
本文讨论至此,几乎可以还原一个class的原貌(唯有methods 和ctors的定义无法取得)。接下来讨论Reflection 的另三个动态性质:(1) 运行时生成instances,(2) 执
行期唤起methods,(3) 运行时改动fields。
运行时生成instances
欲生成对象实体,在Reflection 动态机制中有两种作法,一个针对“无自变量ctor”,
一个针对“带参数ctor”。图6是面对“无自变量ctor”的例子。如果欲调用的是“带参数ctor“就比较麻烦些,图7是个例子,其中不再调用Class的newInstance(),而是调用Constructor 的newInstance()。图7首先准备一个Class[]做为ctor的参数类型(本例指定为一个double和一个int),然后以此为自变量调用getConstructor(),获得一个专属ctor。接下来再准备一个Object[] 做为ctor实参值(本例指定3.14159和125),调用上述专属ctor的newInstance()。
#001 Class c = Class.forName(“DynTest”);
#002 Object obj = null;
#003 obj = c.newInstance(); //不带自变量
#004 System.out.println(obj);
图6:动态生成“Class object所对应之class”的对象实体;无自变量。
#001 Class c = Class.forName(“DynTest”);
#002 Class[] pTypes = new Class[] { double.class, int.class };
#003 Constructor ctor = c.getConstructor(pTypes);
#004 //指定parameter list,便可获得特定之ctor
#005
#006 Object obj = null;
#007 Object[] arg = new Object[] {3.14159, 125}; //自变量
#008 obj = ctor.newInstance(arg);
#009 System.out.println(obj);
图7:动态生成“Class object对应之class”的对象实体;自变量以Object[]表示。
运行时调用methods
这个动作和上述调用“带参数之ctor”相当类似。首先准备一个Class[]做为ctor的参数类型(本例指定其中一个是String,另一个是Hashtable),然后以此为自变量调用getMethod(),获得特定的Method object。接下来准备一个Object[]放置自变量,然后调用上述所得之特定Method object的invoke(),如图8。知道为什么索取Method object时不需指定回返类型吗?因为method overloading机制要求signature(署名式)必须唯一,而回返类型并非signature的一个成份。换句话说,只要指定了method名称和参数列,就一定指出了一个独一无二的method。
#001 public String func(String s, Hashtable ht)
#002 {
#003 …System.out.println(“func invoked”); return s;
#004 }
#005 public static void main(String args[])
#006 {
#007 Class c = Class.forName(“Test”);
#008 Class ptypes[] = new Class[2];
#009 ptypes[0] = Class.forName(“java.lang.String”);
#010 ptypes[1] = Class.forName(“java.util.Hashtable”);
#011 Methodm = c.getMethod(“func”,ptypes);
#012 Test obj = new Test();
#013 Object args[] = new Object[2];
#014 arg[0] = new String(“Hello,world”);
#015 arg[1] = null;
#016 Object r = m.invoke(obj, arg);
#017 Integer rval = (String)r;
#018 System.out.println(rval);
#019 }
图8:动态唤起method
运行时变更fields内容
与先前两个动作相比,“变更field内容”轻松多了,因为它不需要参数和自变量。首先调用Class的getField()并指定field名称。获得特定的Field object之后便可直接调用Field的get()和set(),如图9。
#001 public class Test {
#002 public double d;
#003
#004 public static void main(String args[])
#005 {
#006 Class c = Class.forName(“Test”);
#007 Field f= c.getField(“d”); //指定field 名称
#008 Test obj = new Test();
#009 System.out.println(“d= ” + (Double)f.get(obj));
#010 f.set(obj, 12.34);
#011 System.out.println(“d= ” + obj.d);
#012 }
#013 }
图9:动态变更field内容
Java源码改动办法
先前我曾提到,原本想借由“改动Java标准库源码”来测知Class object的生成,但由于其ctor原始设计为private,也就是说不可能透过这个管道生成Class object(而是由class loader负责生成),因此“在ctor中打印出某种信息”的企图也就失去了意义。
这里我要谈点题外话:如何修改Java标准库源码并让它反应到我们的应用程序来。假设我想修改java.lang.Class,让它在某些情况下打印某种信息。首先必须找出标准源码!当你下载JDK 套件并安装妥当,你会发现jdk150\src\java\lang 目录(见图10)之中有Class.java,这就是我们此次行动的标准源码。备份后加以修改,编译获得Class.class。接下来准备将.class 搬移到jdk150\jre\lib\endorsed(见图10)。
这是一个十分特别的目录,class loader将优先从该处读取内含classes的.jar文件——成功的条件是.jar内的classes压缩路径必须和Java标准库的路径完全相同。为此,我们可以将刚才做出的Class.class先搬到一个为此目的而刻意做出来的\java\lang目录中,压缩为foo.zip(任意命名,唯需夹带路径java\lang),再将这个foo.zip搬到jdk150\jre\lib\endorsed并改名为foo.jar。此后你的应用程序便会优先用上这里的java.lang.Class。整个过程可写成一个批处理文件(batch file),如图11,在DOS Box中使用。
图10:JDK1.5安装后的目录组织。其中的endorsed是我新建。
del e:\java\lang\*.class //清理干净
del c:\jdk150\jre\lib\endorsed\foo.jar //清理干净
c:
cd c:\jdk150\src\java\lang
javac -Xlint:unchecked Class.java //编译源码
javac -Xlint:unchecked ClassLoader.java //编译另一个源码(如有必要)
move *.class e:\java\lang //搬移至刻意制造的目录中
e:
cd e:\java\lang //以下压缩至适当目录
pkzipc-add -path=root c:\jdk150\jre\lib\endorsed\foo.jar *.class
cd e:\test //进入测试目录
javac -Xlint:unchecked Test.java //编译测试程序
java Test //执行测试程序
图11:一个可在DOS Box中使用的批处理文件(batch file),用以自动化java.lang.Class
的修改动作。Pkzipc(.exe)是个命令列压缩工具,add和path都是其命令。
更多信息
以下是视野所及与本文主题相关的更多讨论。这些信息可以弥补因文章篇幅限制而带来的不足,或带给您更多视野。
l “Take an in-depth look at the Java Reflection API — Learn about the new Java 1.1 tools forfinding out information about classes”, by Chuck McManis。此篇文章所附程序代码是本文示例程序的主要依据(本文示例程序示范了更多Reflection APIs,并采用JDK1.5 新式的for-loop 写法)。
l “Take a look inside Java classes — Learn to deduce properties of a Java class from inside aJava program”, by Chuck McManis。
l “The basics of Java class loaders — The fundamentals of this key component of the Javaarchitecture”, by Chuck McManis。
l 《The Java Tutorial Continued》, Sun microsystems. Lesson58-61, “Reflection”.
注1用过诸如MFC这类所谓 Application Framework的程序员也许知道,MFC有所谓的dynamic creation。但它并不等同于Java的动态加载或动态辨识;所有能够在MFC程序中起作用的classes,都必须先在编译期被编译器“看见”。
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