黑馬程式員-Java 反射

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一、概述

Java 反射機制是在運行狀態中，對於程式中的任意一個類，通過反射機制都能夠知道這個類的所有屬性和方法，包括共有、包含、預設和私人。對於任意的一個對象，通過反射機制都可以去調用它的每一個方法，這種機制就稱為Java的反射機制。一般的操作都在java.lang.reflect包中，常用到的類有Constructor，Field和Method三種。既然是對Java類的反射，當然也有個比不可少的類Class，這也是一個類，作為Java中類檔案的一個類，擷取類的類一般有三種方式：

String s = "abc";// 通過類直接擷取Class<?> c1 = String.class;// 通過變數的getClass()方法擷取Class<?> c2 = s.getClass();// 通過Class的靜態方法forName(String)根據類的全名擷取Class<?> c3 = Class.forName("java.lang.String");

那麼Java的反射機制有什麼用處呢？一般的程式開發時，我們都是對使用的類直接操作，如建立等，但是如果遇到不能直接操作時怎麼辦呢，這裡是反射的一個用處，如可是根據一個類名稱的字串來擷取類的執行個體，這也是一種用法，程式可以根據設定檔內的類名去建立不同的類。還有一些情況如，類中有一些私人方法，我們想要訪問或者修改，正常的做法是行不通的，通過反射則可以達到目的，這也成為暴力反射。

二、 Class類

第一次見到這個類可能會有些疑惑，Java中的類有很多，用過的也有很多，但是第一次見到這個描述類的類，多少還是有點好奇的，這也更加驗證了一點，所有事物都可以被描述成對象，既然類這麼常見，那當然也不會例外。首先我們應該對類檔案有一些初步瞭解，我們在編寫代碼之後使用javac進行編譯，便可以看到目錄下由.java檔案產生的.class檔案，那麼這些.class檔案便是類檔案。執行這些檔案時，如java x.class，類檔案便會被載入到記憶體中，以便使用，類檔案中使用到的其他類也會隨之載入，通過下面的例子結果可以說明一個問題，便是類檔案在記憶體中是唯一的。

String a1 = "abc";System.out.println(a1.getClass() == String.class);System.out.println(a1.getClass() == Class.forName("java.lang.String"));// 執行結果為truetrue

對於基礎資料型別 (Elementary Data Type)boolean，char，byte，short，int，long，float，double共8個和一個void都有其對應的類，如int.class，注意int.class和Integer.class不是同一個類。對於數組也有其對應的類，如int[].class，int[][].class，類型相同，維數相同的數組類才是同一個類，即int[].class != int[][].class，其他類似，數組類的類名有一定的規則，如int[][].class.getName()返回的是[[I，其中[的個數表示維數，int對應的是I，對應關係如下：

類型名	對應的內容
boolean	Z
byte	B
char	C
double	D
float	F
int	I
long	J
short	S
class or interface	Lclassname

數組類也是繼承自Object的，如可以用Object對象接收int[]，如Object obj = new int[]{1, 2, 3};，但是注意一點Object[] obj = new int[]{1, 2, 3};這種寫法是不正確的，因為基礎資料型別 (Elementary Data Type)不能轉成Object對象。

Class的常用方法

• getConstructor(Class<?>... parameterTypes)此方法用於擷取類的構造方法，其中的參數是可變參數，用於指定擷取的構造方法是那個，如擷取String類的String(StringBuilder stringBuilder)構造方法，可以用Constructor cons String.class.getConstructor(StringBuilder.class);方式來擷取。這個方法類似的另一種擷取多構造方法的是getConstructors()，可以擷取所有的構造方法，返回一個Constructor的數組。
• newInstance()方法用於執行個體化一個對象，即用這個類建立一個對象。範例程式碼如下：

import java.lang.reflect.*;class Main {    public static void main(String[] args) throws Exception {        // 擷取String的一個構造方法        Constructor cons = String.class.getConstructor(StringBuilder.class);        System.out.println(cons);        // 建立一個空的字串        String s = String.class.newInstance();        System.out.println(s);    }}// 執行結果為public java.lang.String(java.lang.StringBuilder)[空串]

• String getName()用於擷取類名（包含包名），如String.class.getName()的傳回值為"java.lang.String"。
• Package getPackage()用於返回包名。
• Field getField(String name)擷取類的成員變數。
• Field[] getFields()擷取類發所有可訪問的成員變數。
• Field getDeclaredField(String name)根據名稱擷取類聲明的一個成員變數。這裡可以擷取private修飾的成員變數，同樣的還有 Field[] getDeclaredFields()用於擷取所有類聲明的成員變數。
• Method getMethod(String name, Class<?>... parameterTypes)擷取方法，和擷取構造方法類似，同樣也有擷取所有方法和擷取聲明的方法等等。

三、 Constructor

• Class<T> getDeclaringClass()返回 Class 對象，該對象表示聲明由此 Constructor 對象表示的構造方法的類。
• int getModifiers()返回以整數形式返回此 Constructor 對象所表示構造方法的 Java 語言修飾符。
• T newInstance(Object... initargs)使用此 Constructor 對象表示的構造方法來建立該構造方法的聲明類的新執行個體，並用指定的初始化參數初始化該執行個體。

import java.lang.reflect.*;class Main {    public static void main(String[] args) throws Exception {        // 擷取String的一個構造方法        Constructor cons = String.class.getConstructor(StringBuilder.class);        // 使用擷取的建構函式樣本化一個對象        String s = (String)cons.newInstance(new StringBuilder("abc"));        // 輸出這個對象        System.out.println(s);        // 擷取建構函式對應的類        Class<?> c = cons.getDeclaringClass();        // 輸出類名        System.out.println(c.getName());        // 構造方法的類型        System.out.println(Member.DECLARED == cons.getModifiers());    }}

四、 Field

描述一個類的成員，一般功能有擷取這個成員的值，設定這個成員的值，擷取這個成員的資料類型等，下面通過一個執行個體示範一下Field的相關操作，執行個體內容為將一個自訂對象中的成員（String類型）中出現的疊詞替換為[double]，首先是擷取該自訂對象的類對象，然會擷取所有聲明的成員，然會擷取這些成員的值，最後再將替換過的值設定回去。

import java.lang.reflect.*;/** * 將一個自訂類中的成員變數(String類型)中出現的連續兩 * 個相同的字元替換成[double]。如aa變成[double]。 */class Main {    public static void main(String[] args) throws Exception {        Demo demo = new Demo();        // 擷取demo對象中的聲明的成員        Field[] fields = demo.getClass().getDeclaredFields();        for(Field field : fields) {            // 如果不是可直接存取的，則將其修改為可直接存取型            if(!field.isAccessible()) {                field.setAccessible(true);            }            // 擷取原始字串內容            String oldString = (String)field.get(demo);            // 將疊詞替換為[double]            String newString = oldString.replaceAll("(.)\\1", "[double]");            // 最後將新的字串設定回去            field.set(demo, newString);            // 輸出新的變數內容            System.out.println(field);        }        System.out.println(demo.toString());    }}class Demo {    // 修改後應為ac[double]de    public String a = "abccde";    // 修改後應為he[double]oawdcs    private String b = "helloawdcs";    // 修改後應為[double]sdn[double]asdnjasd[double]adas    protected String c = "aasdnjjasdnjasdbbadas";    public String toString() {        return a + "/" + b + "/" + c;    }}

五、 Method

描述一個類的方法，一般常用功能， Class<?> getReturnType() 返回一個 Class 對象，該對象描述了此 Method 對象所表示的方法的正式傳回型別。Object invoke(Object obj, Object... args)對帶有指定參數的指定對象調用由此 Method 對象表示的底層方法。 下面通過一個執行個體，內容是通過反射功能擷取一個String對象的第一個位置的字元，即調用charAt()方法。

import java.lang.reflect.*;class Main {    public static void main(String[] args) throws Exception {        String s = "abc";        // 擷取String的類對象        Class<?> c = String.class;        // 擷取String類的charAt方法        Method method = c.getMethod("charAt", int.class);        // 通過方法的反射擷取第1個位置的字元        char ch = (char)method.invoke(s, 1);        System.out.println(ch); // 結果為b    }}

六、數組的反射

使用反射傳遞數組參數時，需要注意其可能會被系統自動拆分為對應的可變參數類型，如main方法的String[]會變成String...，所以傳遞時一般有兩種解決方式，一是將其再次封裝成一個數組，如new Object[]{new String[]{"abc", "cba", "bac"}}；二是將其強轉為父類(Object)new String[]{"abc", "cba", "bac"}，兩種方式都可。

import java.lang.reflect.*;/** * 通過反射調用另一個類的main方法，傳遞去一個數組參數 */class Main {    public static void main(String[] args) throws Exception {        // 首先擷取對應類的Class對象        Class clazz = Demo.class;        // 擷取Demo的main方法        Method method = clazz.getMethod("main", String[].class);        // 定義待傳遞的參數        String[] strs = new String[]{"Hello", "Hi", "Bye"};        /*調用靜態方法時，不需要傳遞變數         *注意：因為JDK的版本，如果直接傳遞strs會被拆分成         *可變類型String...，不符合main的參數要求，所以         *這裡將其轉為一個整體，Object類型         */        method.invoke(null, (Object)strs);    }}class Demo {    public static void main(String[] args) {        // 將傳遞進來的參數輸出        for(String s : args) {            System.out.println("參數：" + s);        }    }}// 執行結果參數：Hello參數：Hi參數：Bye

前面已經說過數組也是一個類，如int[].class，這種類和其他類有一些區別，Java提供了一個用於運算元組類的類Array，Array 類提供了動態建立和訪問 Java 數組的方法。Array 允許在執行 get 或 set 操作期間進行擴充轉換，但如果發生收縮轉換，則拋出 IllegalArgumentException。範例程式碼如下：

import java.util.*;import java.lang.reflect.*;class Main {    public static void main(String[] args) throws Exception {        // 擷取String[]對應的類        Class<?> clazz = String[].class;        // 定義一個String數組並初始化        String[] strs = new String[]{"Hello", "Hi", "Bye"};        // 如果這個類是數組類        if(clazz.isArray()) {            // 擷取數組的長度            int len = Array.getLength(strs);            // 變數這個數組            for(int i=0; i<len; i++) {                // 反射擷取strs的第i位置的值                String s = (String)Array.get(strs, i);                // 輸出擷取的值                System.out.println(i+":"+s);                // 如果這個值為Hi，則將其改為Good                if(s.equals("Hi")) {                    Array.set(strs, i, "Good");                }            }            // 將整個數組輸出            System.out.println(Arrays.toString(strs));        }    }}// 執行結果為0:Hello1:Hi2:Bye[Hello, Good, Bye]

七、反射的應用

在實際開發中，反射的應用一般是用於開發架構，架構是一些功能的核心抽取，涵蓋了一個系統的整體，但是沒有完成細節的東西。
下面是一個架構的執行個體，程式可以根據使用者配置的檔案，執行中使用不同的類，在目前的目錄建立一個檔案名稱為config.properties在其內寫入className=java.util.ArrayList，這是程式中的集合使用的是ArrayList，最後的結果是集合大小為4，然後將className的值修改為java.util.HashSet，最後的結果則變為了3，如此一來，程式可以根據不同的配置使用不同的類，架構便是如此，在使用的類不確定，或者沒有現成的類可使用時，不防使用反射來實現程式功能。代碼如下：

import java.io.*;import java.util.*;import java.lang.reflect.*;class Main {    public static void main(String[] args) throws Exception {        // 配置        Properties properties = new Properties();        // 通過類載入器擷取輸入資料流        InputStream in = Main.class.getResourceAsStream("config.properties");        // 從流中載入配置        properties.load(in);        // 關閉流        in.close();        // 擷取類名        String className = properties.getProperty("className");        // 根據類名擷取類        Class clazz = Class.forName(className);        // 根據clazz類，建立一個集合對象        Collection collection = (Collection) clazz.newInstance();        // 向集合中添加一些字串        collection.add(new String("Hello"));        collection.add(new String("Hi"));        collection.add(new String("Bye"));        collection.add(new String("Bye"));        // 輸出集合的大小        System.out.println(collection.size());    }}

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