🗊Презентация Механизмы рефлексии. Нововведения Java5

Механизмы рефлексии

План лекции Рефлексия и её возможности Участники механизма рефлексии Получение и работа со ссылкой на описание класса Вызов конструкторов и методов Управление загрузкой классов

Понятие рефлексии Рефлексия (от лат. Reflexio – обращение назад) – обращение субъекта на себя самого, на свое знание или на свое собственное состояние Рефлексия в Java – возможность программы анализировать саму себя, взаимодействуя с виртуальной машиной Java (JVM)

Возможности механизма рефлексии Загрузка типов во время исполнения программы Исследование структуры типов и их элементов Создание экземпляров классов Вызов методов Загрузка классов из набора байтов

Участники механизма рефлексии Класс java.lang.Class Класс является метаклассом по отношению к другим типам Экземпляры класса Class описывают классы и интерфейсы выполняемого приложения Методы класса Class позволяют исследовать содержимое описываемого класса и его свойства Класс java.lang.ClassLoader Реализует механизмы загрузки классов

Участники механизма рефлексии Пакет java.lang.reflect Содержит ряд дополнительных и вспомогательных классов Field Описывает поле объекта Method Описывает метод объекта Constructor Описывает конструктор объекта Modifier Инкапсулирует работу с модификаторами Array Инкапсулирует работу с массивами

Получение представления класса Метод Class Object.getClass() Возвращает ссылку на представление класса, экземпляром которого является объект Псевдополе Object.class Ссылка на представление указанного класса Метод static Class Class.forName(...) Возвращает ссылку на представление класса, полное имя которого указывается параметром типа String

Получение представления класса Метод Class[] Class.getClasses() Возвращает ссылку на массив ссылок на объекты Class вложенных типов Метод Class Class.getDeclaringClass() Для вложенных типов возвращает ссылку на объект Class внешнего типа Метод Class[] Class.getInterfaces() Возвращает ссылки на описания интерфейсов, от которых наследует тип Метод Class Class.getSuperclass() Возвращает ссылку на описание родительского класса

Пример получения информации о классе

Возможности класса Class Загрузка класса в JVM по его имени static Class forName(String name) Определение вида типа boolean isInterface() boolean isLocalClass() Получение родительских типов Class getSuperclass() Class[] getInterfaces() Получение вложенных типов Class[] getClasses() Создание объекта Object newInstance()

Возможности класса Class Получение списка всех полей и конкретного поля по имени Field[] getFields() Field getField(...) Получение списка всех методов и конкретного метода по имени и списку типов параметров Method[] getMethods() Method[] getMethod(...) Получение списка всех конструкторов и конкретного конструктора по списку типов параметров Constructor[] getConstructors() Constructor getConstructor(...)

Передача параметров в методы Поскольку на момент написания программы типы и даже количество параметров неизвестно, используется другой подход: Ссылки на все параметры в порядке их следования помещаются в массив типа Object Если параметр имеет примитивный тип, то в массив помещается ссылка на экземпляр класса-оболочки соответствующего типа, содержащий необходимое значение Возвращается всегда тип Object Для ссылочного типа используется приведение типа или рефлексивное исследование Для примитивных типов возвращается ссылка на экземпляр класса-оболочки, содержащий возвращенное значение

Создание экземпляров классов Метод Object Class.newInstance() Возвращает ссылку на новый экземпляр класса, используется конструктор по умолчанию Метод Object Constructor.newInstance( Object[] initArgs) Возвращает ссылку на новый экземпляр класса, с использованием конструктора и указанными параметрами конструктора

Вызов методов Прямой вызов Если на момент написания кода известен тип-предок загружаемого класса Приведение типа и вызов метода Вызов через экземпляр класса Method Object Method.invoke(Object obj, Object[] args) obj – ссылка объект, у которого должен быть вызван метод принято передавать null, если метод статический args – список параметров для вызова методов

Пример вызова статического метода

Класс ClassLoader Экземпляры класса отвечают за загрузку классов в виртуальную машину Это абстрактный класс, не имеющий ни одного абстрактного метода Классы-наследники должны в каком-то смысле расширять возможности виртуальной машины по загрузке классов Объекты загрузчиков образуют иерархию (родительский объект указывается как параметр защищённых конструкторов)

Основные методы класса ClassLoader public Class loadClass(String name) Проверяет, не был ли класс загружен раньше Вызывает аналогичный метод родительского объекта Вызывает метод findClass(), чтобы найти класс Не стоит переопределять этот метод protected Class findClass(String name) Ищет и загружает класс по имени специфическим для данного загрузчика способом Этот метод и нужно переопределять protected final Class defineClass( String name, byte[] b, int off, int len) Загружает класс из указанного набора байтов

Пример использования загрузчика классов

Пример использования загрузчика классов

Нововведения Java

План лекции Статический импорт Автоупаковка/автораспаковка Переменное количество аргументов в методах Параметризованные типы Цикл for-each Перечислимые типы

Проблема Имеется: Хотелось бы:

Статический импорт Импорт элемента типа import static pkg.TypeName.staticMemberName; Импорт всех элементов типа import static pkg.TypeName.*;

Особенности статического импорта Повышает удобство написания программ и уменьшает объем кода Уменьшает удобство чтения программ Приводит к конфликтам имен Мораль: рекомендуется к использованию только когда действительно необходим

Проблема Имеется: Хотелось бы:

Автоупаковка и автораспаковка Автоупаковка – процесс автоматической инкапсуляции данных простого типа в экземпляр соответствующего ему класса-обертки в случаях, когда требуется значение ссылочного типа Автораспаковка – процесс автоматического извлечения примитивного значения из объекта-упаковки в случаях, когда требуется значение примитивного типа

Особенности автоупаковки Происходит при присваивании, вычислении выражений и при передаче параметров Объекты создаются без использования ключевого слова new Объекты создаются! Вообще полагать, что примитивные типы не нужны Автоупаковка требует существенных ресурсов Злоупотреблять автоупаковкой вообще не стоит!

Проблема Имеется: Хотелось бы:

Переменное количество аргументов Пример метода Пример вызова

Особенности переменного количества аргументов Внутри там все равно живет массив… Аргумент переменной длинны в методе может быть только один Аргумент переменной длинны должен быть последним в списке аргументов метода В сочетании с перегрузкой методов способен приводить к изумительным ошибкам компиляции в виду неоднозначности кода

Проблема Имеется: Хотелось бы:

Параметризованные типы Параметризованные типы (настраиваемые типы, generic types) Позволяют создавать классы, интерфейсы и методы, в которых тип обрабатываемых данных задается как параметр Позволяют создавать более компактный код, чем универсальные (обобщенные) типы, использующие ссылки типа Object Обеспечивают автоматическую проверку и приведение типов Позволяют создавать хороший, годный повторно используемый код

Скромный пример Пример класса Пример использования

Особенности параметризованных типов Использовать примитивные типы в качестве параметров-типов нельзя Если одинаковые настраиваемые типы имеют различные аргументы, то это различные типы Обеспечивается более жесткий контроль типов на стадии компиляции

Общий синтаксис Объявление настраиваемого типа class имяКласса<список-формальных-параметров> {...} Создание ссылки и объекта настраиваемого типа имяКласса<список-фактических-параметров> имяПеременной = new имяКласса<список-фактических-параметров>(список-аргументов);

Ограниченные типы Ограничение типа позволяет использовать у ссылок методы и поля, доступные в типе-ограничителе Типы, не наследующие от указанного, не могут быть использованы при создании объектов Как имя типа может быть указан интерфейс!!! Как имя типа может быть указан ранее введенный параметр!!!

Метасимвольный аргумент Что делать при передаче экземпляров параметризованных типов в методы, т.е. как писать сигнатуру? Для этого используется метасимвол, обозначающий произвольный тип-параметр

Метасимвол с ограничениями Ограничение сверху <? extends super> Тип super допускается Ограничение снизу <? super sub> Тип sub не допускается

Параметризованные методы Методы могут иметь собственные типы-параметры Фактические аргументы, передаваемые в формальные аргументы, имеющие тип-параметр, будут проверяться на соответствие типу, причем на этапе компиляции Пример метода Пример использования

Ряд особенностей Конструкторы могут быть параметризованными (даже если сам класс таковым не является) Интерфейсы могут быть параметризованными Нельзя создавать объекты, используя типы-параметры Статические члены класса не могут использовать его типы-параметры Настраиваемый класс не может расширять класс Throwable От настраиваемых типов можно наследовать, есть ряд особенностей

Ряд особенностей Нельзя создать массив типа-параметра Массивов элементов конкретной версии параметризованного типа не бывает

И как же это работает? Механизм стирания В реальном байт-коде никаких настраиваемых типов в целом-то и нет… Информация о настраиваемых типах удаляется на стадии компиляции Именно компилятор осуществляет контроль безопасности приведения типов А внутри после компиляции все те же «обобщенные» классы, явные приведения типов и прочее, и прочее…

Ошибки неоднозначности «Логически правильный» код Оказывается неверным с точки зрения компилятора И это – самый простой пример…

Проблема Имеется: Хотелось бы:

Улучшенный цикл for (for-each) Общая форма записи for (type iterVar : iterableObj) statement; Тип элемента Переменная цикла Агрегат с элементами Тело цикла

Работа улучшенного цикла for В каждом витке цикла «извлекается» очередной элемент агрегата Ссылка на него (для ссылочных типов) или значение (для примитивных) помещается в переменную цикла Тип переменной цикла должен допускать присвоение элементов агрегата Цикл выполняется до тех пор, пока не будут перебраны все элементы агрегата

Пример обработки многомерных массивов

Особенности улучшенного цикла for По сути это внутренний итератор Переменная цикла доступна только для чтения… Порядок обхода в целом не определен… Нет доступа к соседним элементам… Мораль: Область применения обобщенного цикла for «несколько уже», чем у «необобщенной» версии Зато для этого класса задач синтаксис обобщенного цикла существенно удобнее

Внимание, вопрос! А кто же управляет итерациями? Агрегат обязан реализовывать интерфейс java.lang.Iterable<T> Сей интерфейс содержит лишь один элемент Iterator<T> iterator() Данный, вроде бы знакомый, интерфейс, тоже претерпел некоторые изменения: boolean hasNext() void remove() T next()

Проблема Имеется: Хотелось бы:

Перечислимые типы Перечислимый тип Apple Константы перечислимого типа Jonathan, GoldenDel, RedDel… Объявление переменной Присвоение переменной значения

Перечислимые типы Проверка равенства Использование в блоке переключателей

А теперь отличия от классики Перечислимый тип – это класс! Да к тому же имеет методы! public static enumType[] values() возвращает ссылку на массив ссылок на все константы перечислимого типа public static enumType valueOf(String str) возвращает константу перечислимого типа, имя которой соответствует указанной строке, иначе выбрасывает исключение

И еще отличия… Можно определять конструкторы, добавлять поля и методы, реализовывать интерфейсы

Особенности перечислимых типов Создавать экземпляры с помощью оператора new нельзя! Все перечислимые типы наследуют от класса java.lang.Enum Клонировать экземпляры нельзя, сравнивать и выполнять прочие стандартные операции – можно

Спасибо за внимание!

Дополнительные источники Арнолд, К. Язык программирования Java [Текст] / Кен Арнолд, Джеймс Гослинг, Дэвид Холмс. – М. : Издательский дом «Вильямс», 2001. – 624 с. Вязовик, Н.А. Программирование на Java. Курс лекций [Текст] / Н.А. Вязовик. – М. : Интернет-университет информационных технологий, 2003. – 592 с. Эккель, Б. Философия Java [Текст] / Брюс Эккель. – СПб. : Питер, 2011. – 640 с. Шилдт, Г. Java 2, v5.0 (Tiger). Новые возможности [Текст] / Герберт Шилдт. – СПб. : БХВ-Петербург, 2005. – 206 с. JavaSE at a Glance [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.oracle.com/technetwork/java/javase/overview/index.html, дата доступа: 21.10.2011. JavaSE APIs & Documentation [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.oracle.com/technetwork/java/javase/documentation/api-jsp-136079.html, дата доступа: 21.10.2011.