Рефлексія (програмування)

В інформатиці, рефлексія — це процес, під час якого комп'ютерна програма може відслідковувати і модифікувати власну структуру і поведінку під час виконання.

Це, кажучи простими словами, спосіб звернення програми до власного коду.

Історія

Перші комп'ютери були запрограмовані за допомогою їхньої нативної мови асемблер. Рефлексивність у ній була спадковою, оскільки ранні комп'ютери могли бути запрограмовані через визначення виконуваних інструкцій як даних та з використанням самомодифікуючого коду. Коли програмування дійшло до високорівневих мов програмування, таких як C, рефлексивна здатність зникнула (за межами Шкідливого програмного засобу), поки не з'явилися мови програмування з вбудованою рефлексією в їхні системи типізації.

Поняття рефлексії в мовах програмування ввів ^[en] в докторській дисертації 1982 р.

Використання

Рефлексія може використовуватися для спостерігання і зміни програми під час виконання. Рефлексивний компонент програми може спостерігати за виконанням певної частини коду і змінювати себе для досягнення потрібної цілі. Модифікація виконується під час виконання програми шляхом динамічної зміни коду.

В об'єктно-орієнтованих мовах програмування, таких як Java, рефлексія дозволяє огляд класів, інтерфейсів, полів і методів в період виконання програми, не знаючи імен інтерфейсів, полів, методів в період компіляції. Вона також дозволяє викликати методи.

Рефлексію можна застосовувати для динамічної адаптації програми до різноманітних ситуацій. Наприклад, розгляньмо програму, яка використовує два різні класи X і Yдля виконання аналогічних операцій. Без рефлексії в коді програми методи класів X і Y будуть викликатися явно. Якщо програма спроектована з використанням рефлексно-орієнтованої парадигми програмування, деяка ділянка коду не буде містити явних викликів методів класів X і Y; програма виконає цю частину двічі: спочатку для класу X, потім для класу Y.

Рефлексія — це один з видів метапрограмування.

В деяких об'єктно-орієнтованих мовах програмування, таких як C# і Java, рефлексію можна використовувати для перевизначення ( правил доступу до методів класу). Наприклад, за допомогою рефлексії можна змінити значення поля з модифікатором доступу private з стороннього класу.

Реалізація

Програми, котрі написані за допомогою тих мов програмування, які підтримують рефлексію, мають додаткові можливості, реалізація яких на низькорівневих мовах є доволі важкою. Перерахуємо деякі з них:

• пошук і модифікація конструкцій початковий коду (блоків, класів, методів, протоколів і т.д.) як об'єктів першого класу під час виконання;
• зміна імен класів і функцій під час виконання;
• аналіз і виконання стрічок коду, які надходять;
• створення інтерпретатора псевдокоду нової мови.

Ці можливості можна реалізовувати різними способами. У мові рефлексія є частиною щоденної ідіоми програмування. Всі методи, які викликаються, отримують в контексті інформацію про те, звідки вони були викликані, і посилання на об'єкти, до яких вони належать. Безпека контролюється програмно за допомогою стеку викликів: викликається callers() для отримання списку методів; перевіряється, чи не заблокував callers() сам себе.

Компільовані мови покладаються на свої системи виконання, які забезпечують програми інформацією про їхній початковий код. Скомпільований на Objective-C виконуваний файл, наприклад, записує імена всіх методів в один блок, створює таблицю відповідності. В компільованих мовах, які підтримують створення функцій під час виконання, таких як Common Lisp, середовище виконання має містити компілятор і інтерпретатор.

Реалізація рефлексії в мовах, які її не підтримують, виконується за допомогою системи трансформації програми для автоматичного відслідковування змін в початковому коді.

Приклади

Наступні приклади показують застосування рефлексії на прикладі створення екземпляру foo класу Foo і виклику метода hello (абоHello) в різних мовах програмування. Для кожної мови наведено два приклади: у першому не використовується рефлексія, а у другому використовується.

ECMAScript

Так само працює JavaScript і ActionScript:

//Без рефлексії new Foo().hello()   // З рефлексією   // assuming that Foo resides in this new this['Foo']()['hello']()   // or without assumption new (eval('Foo'))()['hello']() 

Java

// Без рефлексії new Foo().hello(); // З рефлексією Class foo = Class.forName("Foo"); foo.getMethod("hello", null).invoke(foo.newInstance(), null); 

Qt/C++

Бібліотека Qt розширює можливості C++ за допомогою метамови й забезпечує підтримку рефлексії для посилання на члени/методи класу і запит імені об'єктів Qt за допомогою QMetaObject, що містить метадані про об'єкти Qt.

// Без рефлексії QObject *obj = new QPushButton; obj->metaObject()->className(); // "QPushButton" // З рефлексією QPushButton::staticMetaObject.className(); // "QPushButton" 

Lua

-- Без рефлексії Foo.hello() -- З рефлексією _G['Foo']['hello']() 

Objective-C

// Без рефлексії Foo *foo = [[Foo alloc] init]; [foo hello]; // З рефлексією Class cls = NSClassFromString(@"Foo"); id foo = [[cls alloc] init]; SEL selector = NSSelectorFromString(@"hello"); [foo performSelector:selector withObject:nil]; 

Perl

# Без рефлексії my $foo = Foo->new(); $foo->hello(); # З рефлексією (використовуючи синтаксис розіменування об'єктів) my $class = "Foo"; my $method = "hello"; my $object = $class->new(); $object->$method(); 

PHP

//Без рефлексії $oFoo = new Foo(); $oFoo->hello(); //З рефлексією (використовуючи ReflectionClass) $oReflector = new ReflectionClass('Foo'); $oFoo = $oReflector->newInstance(); $oHello = $oReflector->getMethod('hello'); $oHello->invoke($oFoo); //З рефлексією (використовуючи callback) $oFoo = new Foo(); call_user_func(array($oFoo,'hello')); //З рефлексією (використовуючи синтаксис розіменування об'єктів) $class_name = "Foo"; $f = new $class_name(); $method = "hello"; $f->$method(); 

Python

# Без рефлексії Foo().hello() # З рефлексією  getattr(globals()['Foo'](), 'hello')() 

Ruby

# Без рефлексії Foo.new.hello # З рефлексією  Object.const_get(:Foo).send(:new).send(:hello) 

Smalltalk

"Без рефлексії" Foo new hello "З рефлексією " ((Smalltalk at: #Foo) perform: #new) perform: #hello 

Io

Foo := Object clone do(  hello := method(  "Hello" println  ) ) # Без рефлексії Foo hello # З рефлексією  getSlot("Foo") getSlot("hello") call 

ActionScript 3.0

// Без рефлексії var foo:Foo = new Foo(); foo.hello(); // З рефлексією  var cls:Object = getDefinitionByName("Foo"); var foo:Object = new cls(); foo["hello"](); 

Delphi 2010

// Без рефлексії var  foo : TFoo; begin  foo := TFoo.Create();  foo.Hello(); end; // З рефлексією  var  c : TRttiContext;  t : TRttiInstanceType;  foo : TValue; begin  c := TRttiContext.Create;  t := (c.FindType('TFoo') as TRttiInstanceType);  foo := t.GetMethod('Create').Invoke(t.MetaclassType,[]);  t.GetMethod('Hello').Invoke(foo,[]);  c.Free; end. 

Примітки

1. (PDF). Архів оригіналу (PDF) за 22 лютого 2016. Процитовано 2 червня 2015.
2. Brian Cantwell Smith, Procedural Reflection in Programming Languages, Department of Electrical Engineering and Computer Science, Massachusetts Institute of Technology, PhD Thesis, 1982.
3. . Архів оригіналу за 13 грудня 2015. Процитовано 2 червня 2015.

Література

• Forman, Ira R. and Forman, Nate. Java Reflection in Action. — Manning Publications Co, 2004. — .
• Forman, Ira R. and Danforth, Scott H. Putting Metaclasses to Work: A New Dimension in Object-oriented Programming. — Addison Wesley Longman Publishing Co., Inc, 1999. — .