В информатике отражение или рефлексия (холоним интроспекции, англ. reflection) означает процесс, во время которого программа может отслеживать и модифицировать собственную структуру и поведение во время выполнения. Парадигма программирования, положенная в основу отражения, называется рефлексивным программированием. Это один из видов метапрограммирования.
В большинстве современных компьютерных архитектур программные инструкции (код) хранятся как данные. Разница между кодом и данными в том, что выполняя код, компьютеры обрабатывают данные. То есть инструкции выполняются, а данные обрабатываются так, как предписано этими инструкциями. Однако программы, написанные с помощью некоторых языков, способны обрабатывать собственные инструкции как данные и выполнять, таким образом, рефлексивные модификации. Такие самомодифицирующиеся программы в основном создаются с помощью высокоуровневых языков программирования, использующих виртуальные машины (например, Smalltalk, скриптовые языки). В меньшей степени рефлексия используется в языках с объявляемыми и/или статическими типами (например, Си, ML, Haskell, F#).
Рефлексивно-ориентированное программирование Рефлексивно-ориентированное программирование, или рефлексивное программирование — функциональное расширение парадигмы объектно-ориентированного программирования. Рефлексивно-ориентированное программирование включает в себя самопроверку, самомодификацию и самоклонирование. Тем не менее, главное достоинство рефлексивно-ориентированной парадигмы заключается в динамической модификации программы, которая может быть определена и выполнена во время работы программы. Некоторые императивные подходы, например, процедурная и объектно-ориентированная парадигмы программирования, указывают, что существует четкая предопределённая последовательность операций обработки данных. Парадигма рефлексивно-ориентированного программирования, тем не менее, добавляет возможность динамической модификации программных инструкций во время работы и их вызова в модифицированном виде. То есть программная архитектура сама определяет, что именно можно делать во время работы исходя из данных, сервисов и специфических операций.
История Понятие рефлексии в языках программирования введено Brian Cantwell Smith в докторской диссертации 1982 г. наряду с понятием meta-circular interpreter, как компонента 3-Lisp.
Применение Рефлексия может использоваться для наблюдения и изменения программы во время выполнения. Рефлексивный компонент программы может наблюдать за выполнением определённого участка кода и изменять себя для достижения желаемой цели. Модификация выполняется во время выполнения программы путём динамического изменения кода.
Рефлексию можно применять и для динамической адаптации программы к различным ситуациям. Например, рассмотрим программу, использующую два разных класса X и Y для выполнения аналогичных операций. Без рефлексии в коде программы методы классов X и Y будут вызываться явно. Если программа спроектирована с применением рефлексивно-ориентированный парадигмы программирования, некоторый участок кода не будет содержать явных вызовов методов классов X и Y; программа выполнит этот участок дважды: сначала для класса X, затем для класса Y.
Реализации Программы, написанные на языках программирования, поддерживающих рефлексию, наделены дополнительными возможностями, реализация которых на языках низкого уровня затруднительна. Перечислим некоторые из них:
поиск и модификация конструкций исходного кода (блоков, классов, методов, протоколов и т. п.) как объектов первого класса во время выполнения; изменение имён классов и функций во время выполнения; анализ и выполнение строк кода, поступающих извне; создание интерпретатора байткода нового языка. Реализация этих возможностей возможна разными путями. В языке MOO рефлексия является частью ежедневной идиомы программирования. Все вызываемые методы получают в контексте информацию о том, откуда они вызваны, и ссылки на объекты, к которым они принадлежат. Безопасность контролируется программно с помощью стека вызовов: вызывается callers() для получения списка методов; проверяется, не заблокировал ли callers()[1] сам себя.
Компилируемые языки полагаются на свои системы выполнения, обеспечивающие программы информацией о их исходном коде. Скомпилированный на Objective-C выполняемый файл, например, записывает имена всех методов в один блок, создаёт таблицу соответствия. В компилируемых языках, поддерживающих создание функций во время выполнения, таких как Common Lisp, среда выполнения должна включать компилятор и интерпретатор.
Реализация рефлексии на языках, её не поддерживающих, выполняется с помощью системы трансформации программы для автоматического отслеживания изменений исходного кода.
Примеры Следующие примеры иллюстрируют применение рефлексии на примере создания экземпляра foo класса Foo и вызова метода hello (или Hello) в различных языках программирования. Для каждого языка приведено по два примера: первый не использует рефлексию, а второй использует.
Qt/C++ Библиотека Qt расширяет возможности C++ с помощью метаязыка и обеспечивает поддержку рефлексии для ссылок на члены/методы класса и запрос имени объектов Qt с помощью класса QMetaObject, содержащего метаданные об объектах Qt.
Код
// Без рефлексии QObject *obj = new QPushButton; obj->metaObject()->className(); // "QPushButton"
// С рефлексией QPushButton::staticMetaObject.className(); // "QPushButton"
// С рефлексией Class cls = NSClassFromString(@"Foo"); id foo = [[cls alloc] init]; SEL selector = NSSelectorFromString(@"hello"); [foo performSelector:selector withObject:nil];
// Без рефлексии var foo : TFoo; begin foo := TFoo.Create(); foo.Hello(); end;
// С рефлексией 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.
В большинстве современных компьютерных архитектур программные инструкции (код) хранятся как данные. Разница между кодом и данными в том, что выполняя код, компьютеры обрабатывают данные. То есть инструкции выполняются, а данные обрабатываются так, как предписано этими инструкциями. Однако программы, написанные с помощью некоторых языков, способны обрабатывать собственные инструкции как данные и выполнять, таким образом, рефлексивные модификации. Такие самомодифицирующиеся программы в основном создаются с помощью высокоуровневых языков программирования, использующих виртуальные машины (например, Smalltalk, скриптовые языки). В меньшей степени рефлексия используется в языках с объявляемыми и/или статическими типами (например, Си, ML, Haskell, F#).
1 Рефлексивно-ориентированное программирование
2 История
3 Применение
4 Реализации
5 Примеры
5.1 C#
5.2 ECMAScript
5.3 Java
5.4 Qt/C++
5.5 Lua
5.6 Objective-C
5.7 Perl
5.8 PHP
5.9 Python
5.10 Ruby
5.11 Smalltalk
5.12 Io
5.13 ActionScript 3.0
5.14 Delphi 2010
Рефлексивно-ориентированное программирование, или рефлексивное программирование — функциональное расширение парадигмы объектно-ориентированного программирования. Рефлексивно-ориентированное программирование включает в себя самопроверку, самомодификацию и самоклонирование. Тем не менее, главное достоинство рефлексивно-ориентированной парадигмы заключается в динамической модификации программы, которая может быть определена и выполнена во время работы программы. Некоторые императивные подходы, например, процедурная и объектно-ориентированная парадигмы программирования, указывают, что существует четкая предопределённая последовательность операций обработки данных. Парадигма рефлексивно-ориентированного программирования, тем не менее, добавляет возможность динамической модификации программных инструкций во время работы и их вызова в модифицированном виде. То есть программная архитектура сама определяет, что именно можно делать во время работы исходя из данных, сервисов и специфических операций.
Понятие рефлексии в языках программирования введено Brian Cantwell Smith в докторской диссертации 1982 г. наряду с понятием meta-circular interpreter, как компонента 3-Lisp.
Рефлексия может использоваться для наблюдения и изменения программы во время выполнения. Рефлексивный компонент программы может наблюдать за выполнением определённого участка кода и изменять себя для достижения желаемой цели. Модификация выполняется во время выполнения программы путём динамического изменения кода.
Рефлексию можно применять и для динамической адаптации программы к различным ситуациям. Например, рассмотрим программу, использующую два разных класса X и Y для выполнения аналогичных операций. Без рефлексии в коде программы методы классов X и Y будут вызываться явно. Если программа спроектирована с применением рефлексивно-ориентированный парадигмы программирования, некоторый участок кода не будет содержать явных вызовов методов классов X и Y; программа выполнит этот участок дважды: сначала для класса X, затем для класса Y.
Программы, написанные на языках программирования, поддерживающих рефлексию, наделены дополнительными возможностями, реализация которых на языках низкого уровня затруднительна. Перечислим некоторые из них:
поиск и модификация конструкций исходного кода (блоков, классов, методов, протоколов и т. п.) как объектов первого класса во время выполнения;
изменение имён классов и функций во время выполнения;
анализ и выполнение строк кода, поступающих извне;
создание интерпретатора байткода нового языка.
Реализация этих возможностей возможна разными путями. В языке MOO рефлексия является частью ежедневной идиомы программирования. Все вызываемые методы получают в контексте информацию о том, откуда они вызваны, и ссылки на объекты, к которым они принадлежат. Безопасность контролируется программно с помощью стека вызовов: вызывается callers() для получения списка методов; проверяется, не заблокировал ли callers()[1] сам себя.
Компилируемые языки полагаются на свои системы выполнения, обеспечивающие программы информацией о их исходном коде. Скомпилированный на Objective-C выполняемый файл, например, записывает имена всех методов в один блок, создаёт таблицу соответствия. В компилируемых языках, поддерживающих создание функций во время выполнения, таких как Common Lisp, среда выполнения должна включать компилятор и интерпретатор.
Реализация рефлексии на языках, её не поддерживающих, выполняется с помощью системы трансформации программы для автоматического отслеживания изменений исходного кода.
Следующие примеры иллюстрируют применение рефлексии на примере создания экземпляра foo класса Foo и вызова метода hello (или Hello) в различных языках программирования. Для каждого языка приведено по два примера: первый не использует рефлексию, а второй использует.
new Foo().Hello();
// С рефлексией
Type type = System.Type.GetType("Foo");
var foo = Activator.CreateInstance(type);
foo.GetType().GetMethod("Hello").Invoke(foo, null);
Также работает на JavaScript и ActionScript:
new Foo().hello()
// С рефлексией
// assuming that Foo resides in this
new this['Foo']()['hello']()
// or without assumption
new (eval('Foo'))()['hello']()
new Foo().hello();
// С рефлексией
Class foo = Class.forName("Foo");
foo.getMethod("hello", null).invoke(foo.newInstance(), null);
Библиотека Qt расширяет возможности C++ с помощью метаязыка и обеспечивает поддержку рефлексии для ссылок на члены/методы класса и запрос имени объектов Qt с помощью класса QMetaObject, содержащего метаданные об объектах Qt.
QObject *obj = new QPushButton;
obj->metaObject()->className(); // "QPushButton"
// С рефлексией
QPushButton::staticMetaObject.className(); // "QPushButton"
Foo.hello()
-- С рефлексией
_G['Foo']['hello']()
Foo *foo = [[Foo alloc] init];
[foo hello];
// С рефлексией
Class cls = NSClassFromString(@"Foo");
id foo = [[cls alloc] init];
SEL selector = NSSelectorFromString(@"hello");
[foo performSelector:selector withObject:nil];
my $foo = Foo->new();
$foo->hello();
# С рефлексией (используя синтаксис разыменовывания объектов)
my $class = "Foo";
my $method = "hello";
my $object = $class->new();
$object->$method();
$oFoo = new Foo();
$oFoo->hello();
//С рефлексией (используя ReflectionClass, введен в PHP5)
$oReflector = new ReflectionClass('Foo');
$oFoo = $oReflector->newInstance();
$oHello = $oReflector->getMethod('hello');
$oHello->invoke($oFoo);
//С рефлексией (используя callback)
$oFoo = new Foo();
call_user_func(array($oFoo,'hello'));
//С рефлексией (используя синтаксис разыменовывания объектов)
$class_name = "Foo";
$f = new $class_name();
$method = "hello";
$f->$method();
Foo().hello()
# С рефлексией
getattr(globals()['Foo'](), 'hello')()
Foo.new.hello
# С рефлексией
Object.const_get(:Foo).send(:new).send(:hello)
Foo new hello
"С рефлексией"
((Smalltalk at: #Foo) perform: #new) perform: #hello
hello := method(
"Hello" println
)
)
# Без рефлексии
Foo hello
# С рефлексией
getSlot("Foo") getSlot("hello") call
var foo:Foo = new Foo();
foo.hello();
// С рефлексией
var cls:Object = getDefinitionByName("Foo");
var foo:Object = new cls();
foo["hello"]();
var
foo : TFoo;
begin
foo := TFoo.Create();
foo.Hello();
end;
// С рефлексией
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.