Javaを深く理解する——反射

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java JAva読書ノート
まず概念の問題です.反射とは?クラス能力を解析できるプログラムを反射と呼ぶ.反射のメカニズムは非常に強力で、反射のメカニズムは使用することができます:<1>実行時にクラスを分析する能力<2>実行時にオブジェクトを表示します.例えば、すべてのクラスが<3>を使用して汎用的な配列操作コードを実現するためにtoString方法を作成します<4>Methodオブジェクトを利用します.
Java反射フレームワークは主に以下の機能を提供する:1.実行時に任意のオブジェクトが属するクラスを判断する.2.実行時に任意のクラスのオブジェクトを構築する.3.実行時に任意のクラスが持つメンバー変数とメソッドを判断する(反射によってprivateメソッドを呼び出すこともできる);4.実行時に任意のオブジェクトを呼び出す方法のポイント:実行時にコンパイル時ではない場合
クラス
プログラムの実行中、javaランタイムシステムは常にすべてのオブジェクトにランタイムと呼ばれるタイプIDを維持します.この情報は、各オブジェクトが属するクラスを追跡します.仮想マシンは、ランタイムタイプ情報を使用して、対応するメソッドを選択して実行します.ただし、これらの情報は、専用javaクラスでアクセスできます.これらの情報を保存するクラスをClassと呼びます.
1.1 classクラスオブジェクトを取得する方法:<1>ObjectクラスのgetClass()メソッドは、Classタイプのインスタンスを返します.例:Class c1 = e.getClass();<2>スタティックメソッドforNameを呼び出してクラス名に対応するClassクラスを取得できます.
String className = "java.util.Random";
Class c1 = Class.forName(className);

クラス名が文字列に保存され、実行中に変更できる場合は、classNameがクラス名またはインタフェース名である場合にのみ実行できます.チェックされた例外が放出されます.
<3>Tが任意のjavaタイプ(またはvoidキーワード)の場合、T.classは一致するクラスオブジェクトを表します.たとえば:
Class c1 = Random.class;

クラスオブジェクトは実際にはタイプを表していますが、このタイプは必ずしもクラスではありません.たとえば、intはクラスではありませんが、int.classはクラスタイプのオブジェクトです.
仮想マシンはクラスごとにクラスオブジェクトを管理するため、==で2つのクラスオブジェクトの比較操作を実現できます.例えば:if(e.getClass == Employee.class);クラスのインスタンスを動的に作成するために使用できます.たとえば、e.getClass().newInstance();は、eと同じタイプのインスタンスを作成します.新Instanceメソッドは、新しく作成したオブジェクトを初期化するためにデフォルトのコンストラクタ(パラメータなし)を呼び出します.このクラスにデフォルトのコンストラクタがない場合、例外が放出されます.
反射分析クラスの能力を利用する
反射メカニズムの最も重要な内容であるチェッククラスの構造を簡単に紹介します.
javaでlang.reflectパッケージには、クラスのドメイン、メソッド、コンストラクタを記述するために3つのクラスField、Method、Constructorがあります.この3つのクラスには、プロジェクトの名前を返すgetClassメソッドがあります.Fieldクラスには、ドメインが属するクラスを記述するClassオブジェクトを返すgetTypeメソッドがあります.MethodクラスとConstructorクラスにはパラメータタイプを報告できるメソッドがあり、Methodクラスには戻りタイプを報告できるメソッドもあります.この3つのクラスにはgetModifiersという方法もあり、publicやstaticのような修飾子の使用状況を異なるビットスイッチで記述する整数値を返します.またjavaを利用することもできる.lang.reflectパッケージ内のModifierクラスの静的メソッドはgetModifiersが返す整数値を解析する.例えば、ModifierクラスのisPublic、isPrivate、またはisFinalクラスの対応する方法を用いて、返される整数値を解析することができる、またModifiersを利用することもできる.TOStringメソッドは修飾子を印刷します.
ClassクラスのgetFileds、getMethods、getConstructorsメソッドは、スーパークラスの共有メンバーを含むクラスが提供するpublicドメイン、メソッド、コンストラクタ配列をそれぞれ返します.ClassクラスのgetDeclareFields、getDeclareMethods、getDeclaredConstructorsメソッドは、プライベートおよび保護されたメンバーを含むすべてのドメイン、メソッド、およびクラスに宣言されたコンストラクタを返しますが、スーパークラスのメンバーは含まれません.
次に例を示します.
package reflection;
import java.util.*;
import java.lang.reflect.*;


public class ReflectionTest {

	public static void main(String[] args) {
		// TODO Auto-generated method stub
		String name;
		if(args.length > 0) name = args[0];
		else{
			Scanner in = new Scanner(System.in);
			System.out.println("Enter class name (e.g. java.util.Date):");
			name = in.next();
		}
		
		try{
			Class cl = Class.forName(name);
			Class supercl = cl.getSuperclass();
			String modifiers = Modifier.toString(cl.getModifiers());
			if(modifiers.length() > 0) System.out.print(modifiers + " ");
			System.out.print("class " + name);
			if(supercl != null && supercl != Object.class) System.out.print(" extends " + supercl.getName());
			
			System.out.println("
{
");
			printConstructors(cl);
			System.out.println();
			printMethods(cl);
			System.out.println();
			printFields(cl);
			System.out.println("}");

		}
		catch(ClassNotFoundException e){
			e.printStackTrace();
		}
		System.exit(0);
	}

	private static void printFields(Class cl) {
		// TODO Auto-generated method stub
		Field[] fields = cl.getDeclaredFields();
		
		for(Field f : fields)
		{
			Class type = f.getType();
			String name = f.getName();
			System.out.print("  ");
			String modifiers = Modifier.toString(f.getModifiers());
			if(modifiers.length() > 0) System.out.print(modifiers + " ");
			System.out.println(type.getName() + " " + name + ";");
		}
		
	}

	private static void printMethods(Class cl) {
		// TODO Auto-generated method stub
		
		Method[] methods = cl.getDeclaredMethods();
		
		for(Method m : methods){
			Class retType = m.getReturnType();
			String name = m.getName();

			System.out.print("  ");
			
			String modifiers = Modifier.toString(m.getModifiers());
			if(modifiers.length() > 0) System.out.print(modifiers + " ");
			System.out.print(retType.getName() + " " + name + "(");
			
			Class[] paramTypes = m.getParameterTypes();
			for(int j = 0; j < paramTypes.length; j++){
				if(j > 0) System.out.print(", ");
				System.out.print(paramTypes[j].getName());
			}
			System.out.println(");");
		}
		
	}

	private static void printConstructors(Class cl) {
		// TODO Auto-generated method stub
		
		Constructor[] constructors = cl.getDeclaredConstructors();
		
		for(Constructor c : constructors)
		{
			String name = c.getName();
			System.out.print("  ");
			String modifiers = Modifier.toString(c.getModifiers());
			if(modifiers.length() > 0) System.out.print(modifiers + " ");
			System.out.print(name + "(");
			
			Class[] paramTypes = c.getParameterTypes();
			for(int j = 0; j < paramTypes.length; j++)
			{
				if(j > 0) System.out.print(", ");
				System.out.print(paramTypes[j].getName());
			}
			System.out.println(");");
		}
	}

}

実行結果、javaを入力.lang.Double: 
public final class java.lang.Double extends java.lang.Number
{

  public java.lang.Double(double);
  public java.lang.Double(java.lang.String);

  public boolean equals(java.lang.Object);
  public static java.lang.String toString(double);
  public java.lang.String toString();
  public int hashCode();
  public static native long doubleToRawLongBits(double);
  public static long doubleToLongBits(double);
  public static native double longBitsToDouble(long);
  public int compareTo(java.lang.Double);
  public volatile int compareTo(java.lang.Object);
  public byte byteValue();
  public short shortValue();
  public int intValue();
  public long longValue();
  public float floatValue();
  public double doubleValue();
  public static java.lang.Double valueOf(double);
  public static java.lang.Double valueOf(java.lang.String);
  public static java.lang.String toHexString(double);
  public static int compare(double, double);
  public static boolean isNaN(double);
  public boolean isNaN();
  public static boolean isInfinite(double);
  public boolean isInfinite();
  public static double parseDouble(java.lang.String);

  public static final double POSITIVE_INFINITY;
  public static final double NEGATIVE_INFINITY;
  public static final double NaN;
  public static final double MAX_VALUE;
  public static final double MIN_NORMAL;
  public static final double MIN_VALUE;
  public static final int MAX_EXPONENT;
  public static final int MIN_EXPONENT;
  public static final int SIZE;
  public static final java.lang.Class TYPE;
  private final double value;
  private static final long serialVersionUID;
}

このプログラムはjava解釈器がロードできる任意のクラスを分析することができ、プログラムをコンパイルするときに使用できるクラスだけではありません.
実行時の反射解析オブジェクトの使用
任意のオブジェクトのデータドメイン名とタイプを表示する方法を説明します.1.対応するClassオブジェクト2を取得する.Classオブジェクトを使用してgetDeclaredFieldsをクエリーします.
プログラムを作成するときに、表示したいドメイン名とタイプが分かれば、指定したドメインを表示するのは簡単です.反射メカニズムを使用すると、コンパイル時に不明なオブジェクトドメインを表示できます.
オブジェクトドメインを表示するキーメソッドは、Fieldクラスのgetメソッドです.fがFieldタイプのオブジェクトである場合、objはfドメインを含むクラスのオブジェクトであり、f.get(obj)はobjドメインの現在の値であるオブジェクトを返します.次のようになります.
Employee h = new Employee("harry hacker");
Class cl = h.getClass();
Field f = cl.getDeclaredField("name");
Object v = f.get(h);

もちろんjavaセキュリティメカニズムを考慮すると、このコードはIllegalAccessException異常を放出します.
反射メカニズムのデフォルトの動作はjavaのアクセス制御に制限されます.ただし、javaプログラムがセキュリティマネージャの制御を受けていない場合は、アクセス制御を上書きできます.この目的を達成するには、Field、Method、またはConstructorオブジェクトのsetAccessibleメソッドを呼び出す必要があります.f.setAccessible(true);のように、上のコードはエラーを報告しません.
setAccessibleメソッドは、AccessibleObjectクラスのメソッドであり、Fieldである.MethodとConstructorクラスの共通スーパークラス.この特性は、デバッグ、永続的なストレージ、および類似のメカニズムのために提供されます.
もちろん、入手できたら設定できます.f.set(obj,value)を呼び出すと、objオブジェクトのfドメインを新しい値に設定できます.次の例では、任意のクラスで使用できる汎用toStringメソッドを記述する方法を示します.
package objectAnalyzer;

import java.util.ArrayList;

public class objectAnalyzerTest {

	public static void main(String[] args) {
		// TODO Auto-generated method stub
		
		ArrayList squares = new ArrayList<>();
		for(int i = 1; i <= 5; i++)
			squares.add(i * i);
		System.out.println(new ObjectAnalyzer().toString(squares));
	}

}

package objectAnalyzer;

import java.lang.reflect.AccessibleObject;
import java.lang.reflect.Array;
import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.Modifier;
import java.util.ArrayList;

public class ObjectAnalyzer {
	private ArrayList visited = new ArrayList<>();
	
	public String toString(Object obj)
	{
		if(obj == null) return "null";
		if(visited.contains(obj)) return "...";
		visited.add(obj);
		Class cl = obj.getClass();
		if(cl == String.class) return (String) obj;
		if(cl.isArray())
		{
			String r = cl.getComponentType() + "[]{";
			for(int i = 0; i < Array.getLength(obj); i++)
			{
				if(i > 0) r += ",";
				Object val = Array.get(obj, i);
				if(cl.getComponentType().isPrimitive()) r += val;
				else r += toString(val);
			}
			return r + "}";
		}
		
		String r = cl.getName();
		
		do{
			r += "[";
			Field[] fields = cl.getDeclaredFields();
			AccessibleObject.setAccessible(fields, true);
			for(Field f : fields)
			{
				if(!Modifier.isStatic(f.getModifiers()))
				{
					if(!r.endsWith("[")) r += ",";
					r += f.getName() + "=";
					try{
						Class t = f.getType();
						Object val = f.get(obj);
						if(t.isPrimitive()) r += val;//         Class       
						else r += toString(val);
					}
					catch(Exception e)
					{
						e.printStackTrace();
					}
				}
			}
			r += "]";
			cl = cl.getSuperclass();
		}
		while(cl != null);
		return r;
	}
}

実行結果:
java.util.ArrayList[elementData=class java.lang.Object[]{java.lang.Integer[value=1][][],java.lang.Integer[value=4][][],java.lang.Integer[value=9][][],java.lang.Integer[value=16][][],java.lang.Integer[value=25][][],null,null,null,null,null},size=5][modCount=5][][]
MACでOSイメージを焼く
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