功能

Java反射機制主要提供了以下功能： 在執行時判斷任意一個物件所屬的類；在執行時構造任意一個類的物件；在執行時判斷任意一個類所具有的成員變數和方法；在執行時呼叫任意一個物件的方法；生成動態代理。 有時候我們說某個語言具有很強的動態性，有時候我們會區分動態和靜態的不同技術與作法。我們朗朗上口動態繫結（dynamic binding）、動態連結（dynamic linking）、動態載入（dynamic loading）等。然而“動態”一詞其實沒有絕對而普遍適用的嚴格定義，有時候甚至像面向物件當初被匯入程式設計領域一樣，一人一把號，各吹各的調。 一般而言，開發者社群說到動態語言，大致認同的一個定義是：“程式執行時，允許改變程式結構或變數型別，這種語言稱為動態語言”。從這個觀點看，Perl，Python，Ruby是動態語言，C++，Java，C#不是動態語言。 儘管在這樣的定義與分類下Java不是動態語言，它卻有著一個非常突出的動態相關機制：Reflection。這個字的意思是“反射、映象、倒影”，用在Java身上指的是我們可以於執行時載入、探知、使用編譯期間完全未知的classes。換句話說，Java程式可以載入一個執行時才得知名稱的class，獲悉其完整構造（但不包括methods定義），並生成其物件實體、或對其fields設值、或喚起其methods。這種“看透class”的能力（the ability of the program to examine itself）被稱為introspection（內省、內觀、反省）。Reflection和introspection是常被並提的兩個術語。 Java如何能夠做出上述的動態特性呢？這是一個深遠話題，本文對此只簡單介紹一些概念。整個篇幅最主要還是介紹Reflection APIs，也就是讓讀者知道如何探索class的結構、如何對某個“執行時才獲知名稱的class”生成一份實體、為其fields設值、呼叫其methods。本文將談到java.lang.Class，以及

java.lang.reflect中的Method、Field、Constructor等等classes。

Class

眾所周知Java有個Object 類，是所有Java 類的繼承根源，其內聲明瞭數個應該在所有Java 類中被改寫的方法：hashCode()、equals()、clone()、toString()、getClass()等。其中getClass()返回一個Class 物件。 Class 類十分特殊。它和一般類一樣繼承自Object，其實體用以表達Java程式執行時的classes和interfaces，也用來表達enum、array、primitive Java types（boolean, byte, char, short, int, long, float, double）以及關鍵詞void。當一個class被載入，或當載入器（class loader）的defineClass()被JVM呼叫，JVM 便自動產生一個Class 物件。如果您想借由“修改Java標準庫原始碼”來觀察Class 物件的實際生成時機（例如在Class的constructor內新增一個println()），這樣是行不通的！因為Class並沒有public constructor。 Class是Reflection故事起源。針對任何您想探勘的類，唯有先為它產生一個Class 物件，接下來才能經由後者喚起為數十多個的Reflection APIs。這些APIs將在稍後的探險活動中一一亮相。 public final class Class<T> implements Serializable, java.lang.reflect.Type, java.lang.reflect.AnnotatedElement { private Class() {} public String toString() { return ( isInterface() ? "interface " : (isPrimitive() ? "" : "class ")) + getName(); } ... 圖1：Class class片段。注意它的private Class() {}，意指不允許任何人經由程式設計方式產生Class object。是的，其object 只能由JVM 產生。

取得途徑

Java允許我們從多種管道為一個class生成對應的Class object。圖2是一份整理。 Class object 誕生管道 示例： 1)運用getClass() 注：每個class 都有此函式 String str = "abc"; Class c1 = str.getClass(); 2)運用Class.getSuperclass() Button b = new Button(); Class c1 = b.getClass(); Class c2 = c1.getSuperclass(); 3)運用static method------Class.forName()（最常被使用） Class c1 = Class.forName ("java.lang.String"); Class c2 = Class.forName ("java.awt.Button"); Class c3 = Class.forName ("

java.util.LinkedList$Entry"); Class c4 = Class.forName ("I"); Class c5 = Class.forName (".class"); 4)運用primitive wrapper classes的TYPE 語法 Class c1 = Boolean.TYPE; Class c2 = Byte.TYPE; Class c3 = Character.TYPE; Class c4 = Short.TYPE; Class c5 = Integer.TYPE; Class c6 = Long.TYPE; Class c7 = Float.TYPE; Class c8 = Double.TYPE; Class c9 = Void.TYPE; 圖2：Java 允許多種管道生成Class object。 Java classes 組成分析 首先容我以圖3的java.util.LinkedList為例，將Java class的定義大卸八塊，每一塊分別對應圖4所示的Reflection API。圖5則是“獲得class各區塊資訊”的程式示例及執行結果，它們都取自本文示例程式的對應片段。 packagejava.util; //(1) import java.lang.*; //(2) public class LinkedList<E> //(3)(4)(5) implements List<E>, Queue<E>, Cloneable, .Serializable //(7) { private static class Entry<E> { … }//(8) public LinkedList() { … } //(9) public LinkedList(Collection<? extends E> c) { … } public E getFirst() { … } //(10) public E getLast() { … } private transient Entry<E> header = …; //(11) private transient int size = 0; } 圖3：將一個Java class 大卸八塊，每塊相應於一個或一組Reflection APIs（圖4）。

API

圖3的各個Java class成份，分別對應於圖4的Reflection API，其中出現的Package、Method、Constructor、Field等等classes，都定義於java.lang.reflect。 Java class 內部模組（參見圖3） Java class 內部模組說明 相應之Reflection API，多半為Class methods。 返回值型別(return type) (1) package class隸屬哪個package getPackage() Package (2) import class匯入哪些classes 無直接對應之API。 解決辦法見圖5-2。 (3) modifier class（或methods, fields）的屬性 int getModifiers() Modifier.toString(int) Modifier.isInterface(int) int String bool (4) class name or interface name class/interface 名稱getName() String (5) type parameters 引數化型別的名稱 getTypeParameters() TypeVariable <Class>[] (6) base class base class（只可能一個） getSuperClass() Class (7) implemented interfaces 實現有哪些interfaces getInterfaces() Class[] (8) inner classes 內部classes getDeclaredClasses() Class[] (8') outer class 如果我們觀察的class 本身是inner classes，那麼相對它就會有個outer class。 getDeclaringClass() Class (9) constructors 建構函式getDeclaredConstructors()不論 public 或private 或其它access level，皆可獲得。另有功能近似之取得函式。 Constructor[] (10) methods 操作函式getDeclaredMethods() Method[] (11) fields 欄位（成員變數） getDeclaredFields() Field[] 圖4：Java class大卸八塊後（如圖3），每一塊所對應的Reflection API。本表並非 Reflection APIs 的全部。 Java Reflection API 運用示例 圖5示範圖4提過的每一個Reflection API，及其執行結果。程式中出現的tName()是個輔助函式，可將其第一自變數所代表的“Java class完整路徑字串”剝除路徑部分，留下class名稱，儲存到第二自變數所代表的一個hashtable去並返回（如果第二自變數為null，就不儲存而只是返回）。 #001 Class c = null; #002 c = Class.forName(args[0]); #003 #004 Package p; #005 p = c.getPackage(); #006 #007 if (p != null) #008 System.out.println("package "+p.getName()+";"); 執行結果（例）： package java.util; 圖5-1：找出class 隸屬的package。其中的c將繼續沿用於以下各程式片段。 #001 ff = c.getDeclaredFields(); #002 for (int i = 0; i < ff.length; i++) #003 x = tName(ff.getType().getName(), classRef); #004 #005 cn = c.getDeclaredConstructors(); #006 for (int i = 0; i < cn.length; i++) { #007 Class cx[] = cn.getParameterTypes(); #008 for (int j = 0; j < cx.length; j++) #009 x = tName(cx[j].getName(), classRef); #010 } #011 #012 mm = c.getDeclaredMethods(); #013 for (int i = 0; i < mm.length; i++) { #014 x = tName(mm.getReturnType().getName(), classRef); #015 Class cx[] = mm.getParameterTypes(); #016 for (int j = 0; j < cx.length; j++) #017 x = tName(cx[j].getName(), classRef); #018 } #019 classRef.remove(c.getName()); //不必記錄自己（不需import 自己） 執行結果（例）： importjava.util.ListIterator; import java.lang.Object; importjava.util.LinkedList$Entry; importjava.util.Collection; import ObjectOutputStream; import .ObjectInputStream; 圖5-2：找出匯入的classes，動作細節詳見內文說明。 #001 int mod = c.getModifiers(); #002 System.out.print(Modifier.toString(mod)); //整個modifier #003 #004 if (Modifier.isInterface(mod)) #005 System.out.print(" "); //關鍵詞 "interface" 已含於modifier #006 else #007 System.out.print(" class "); //關鍵詞 "class" #008 System.out.print(tName(c.getName(), null)); //class 名稱 執行結果（例）： public class LinkedList 圖5-3：找出class或interface 的名稱，及其屬性（modifiers）。 #001 TypeVariable<Class>[] tv; #002 tv = c.getTypeParameters(); //warning: unchecked conversion #003 for (int i = 0; i < tv.length; i++) { #004 x = tName(tv.getName(), null); //例如 E,K,V... #005 if (i == 0) //第一個 #006 System.out.print("<" + x); #007 else //非第一個 #008 System.out.print("," + x); #009 if (i == tv.length-1) //最後一個 #010 System.out.println(">"); #011 } 執行結果（例）： public abstract interface Map<K,V> 或 public class LinkedList<E> 圖5-4：找出parameterized types 的名稱 #001 Class supClass; #002 supClass = c.getSuperclass(); #003 if (supClass != null) //如果有super class #004 System.out.print(" extends" + #005 tName(supClass.getName(),classRef)); 執行結果（例）： public class LinkedList<E> extends AbstractSequentialList 圖5-5：找出base class。執行結果多出一個不該有的逗號於尾端。此非本處重點，為簡化計，不多做處理。 #001 Class cc[]; #002 Class ctmp; #003 //找出所有被實現的interfaces #004 cc = c.getInterfaces(); #005 if (cc.length != 0) #006 System.out.print(", " + " implements "); //關鍵詞 #007 for (Class cite : cc) //JDK1.5 新式迴圈寫法 #008 System.out.print(tName(cite.getName(), null)+", "); 執行結果（例）： public class LinkedList<E> extendsAbstractSequentialList, implements List, Queue, Cloneable, Serializable, 圖5-6：找出implemented interfaces。執行結果多出一個不該有的逗號於尾端。此非本處重點，為簡化計，不多做處理。 #001 cc = c.getDeclaredClasses(); //找出inner classes #002 for (Class cite : cc) #003 System.out.println(tName(cite.getName(), null)); #004 #005 ctmp = c.getDeclaringClass(); //找出outer classes #006 if (ctmp != null) #007 System.out.println(ctmp.getName()); 執行結果（例）： LinkedList$Entry LinkedList$ListItr 圖5-7：找出inner classes 和outer class #001 Constructor cn[]; #002 cn = c.getDeclaredConstructors(); #003 for (int i = 0; i < cn.length; i++) { #004 int md = cn.getModifiers(); #005 System.out.print(" " + Modifier.toString(md) + " " + #006 cn.getName()); #007 Class cx[] = cn.getParameterTypes(); #008 System.out.print("("); #009 for (int j = 0; j < cx.length; j++) { #010 System.out.print(tName(cx[j].getName(), null)); #011 if (j < (cx.length - 1)) System.out.print(", "); #012 } #013 System.out.print(")"); #014 } 執行結果（例）： publicjava.util.LinkedList(Collection) publicjava.util.LinkedList() 圖5-8a：找出所有constructors #004 System.out.println(cn.toGenericString()); 執行結果（例）： publicjava.util.LinkedList(java.util.Collection<? extends E>) publicjava.util.LinkedList() 圖5-8b：找出所有constructors #001 Method mm[]; #002 mm = c.getDeclaredMethods(); #003 for (int i = 0; i < mm.length; i++) { #004 int md = mm.getModifiers(); #005 System.out.print(" "+Modifier.toString(md)+" "+ #006 tName(mm.getReturnType().getName(), null)+" "+ #007 mm.getName()); #008 Class cx[] = mm.getParameterTypes(); #009 System.out.print("("); #010 for (int j = 0; j < cx.length; j++) { #011 System.out.print(tName(cx[j].getName(), null)); #012 if (j < (cx.length - 1)) System.out.print(", "); #013 } #014 System.out.print(")"); #015 } 執行結果（例）： public Object get(int) public int size() 圖5-9a：找出所有methods #004 System.out.println(mm.toGenericString()); public Ejava.util.LinkedList.get(int) public intjava.util.LinkedList.size() 圖5-9b：找出所有methods。本例在for 迴圈內使用toGenericString()，省事。 #001 Field ff[]; #002 ff = c.getDeclaredFields(); #003 for (int i = 0; i < ff.length; i++) { #004 int md = ff.getModifiers(); #005 System.out.println(" "+Modifier.toString(md)+" "+ #006 tName(ff.getType().getName(), null) +" "+ #007 ff.getName()+";"); #008 } 執行結果（例）： private transient LinkedList$Entry header; private transient int size; 圖5-10a：找出所有fields #004 System.out.println("G: " + ff.toGenericString()); private transientjava.util.LinkedList.java.util.LinkedList$Entry<E> ?? java.util.LinkedList.header private transient intjava.util.LinkedList.size 圖5-10b：找出所有fields。本例在for 迴圈內使用toGenericString()，省事。 找出class參用（匯入）的所有classes 沒有直接可用的Reflection API可以為我們找出某個class參用的所有其它classes。要獲得這項資訊，必須做苦工，一步一腳印逐一記錄。我們必須觀察所有fields的型別、所有methods（包括constructors）的引數型別和回返型別，剔除重複，留下唯一。這正是為什麼圖5-2程式程式碼要為tName()指定一個hashtable（而非一個null）作為第二自變數的緣故：hashtable可為我們儲存元素（本例為字串），又保證不重複。 本文討論至此，幾乎可以還原一個class的原貌（唯有methods 和ctors的定義無法取得）。接下來討論Reflection 的另三個動態性質：(1) 執行時生成instances，(2) 執 行期喚起methods，(3) 執行時改動fields。 執行時生成instances 欲生成物件實體，在Reflection 動態機制中有兩種作法，一個針對“無自變數ctor”， 一個針對“帶引數ctor”。圖6是面對“無自變數ctor”的例子。如果欲呼叫的是“帶引數ctor“就比較麻煩些，圖7是個例子，其中不再呼叫Class的newInstance()，而是呼叫Constructor 的newInstance()。圖7首先準備一個Class[]做為ctor的引數型別（本例指定為一個double和一個int），然後以此為自變數呼叫getConstructor()，獲得一個專屬ctor。接下來再準備一個Object[] 做為ctor實參值（本例指定3.14159和125），呼叫上述專屬ctor的newInstance()。 #001 Class c = Class.forName("DynTest"); #002 Object obj = null; #003 obj = c.newInstance(); //不帶自變數 #004 System.out.println(obj); 圖6：動態生成“Class object 所對應之class”的物件實體；無自變數。 #001 Class c = Class.forName("DynTest"); #002 Class[] pTypes = new Class[] { double.class, int.class }; #003 Constructor ctor = c.getConstructor(pTypes); #004 //指定parameter list，便可獲得特定之ctor #005 #006 Object obj = null; #007 Object[] arg = new Object[] {3.14159, 125}; //自變數 #008 obj = ctor.newInstance(arg); #009 System.out.println(obj); 圖7：動態生成“Class object 對應之class”的物件實體；自變數以Object[]表示。 執行時呼叫methods 這個動作和上述呼叫“帶引數之ctor”相當類似。首先準備一個Class[]做為ctor的引數型別（本例指定其中一個是String，另一個是Hashtable），然後以此為自變數呼叫getMethod()，獲得特定的Method object。接下來準備一個Object[]放置自變數，然後呼叫上述所得之特定Method object的invoke()，如圖8。知道為什麼索取Method object時不需指定回返型別嗎？因為method overloading機制要求signature（署名式）必須唯一，而回返型別並非signature的一個成份。換句話說，只要指定了method名稱和引數列，就一定指出了一個獨一無二的method。 #001 public String func(String s, Hashtable ht) #002 { #003 …System.out.println("func invoked"); return s; #004 } #005 public static void main(String args[]) #006 { #007 Class c = Class.forName("Test"); #008 Class ptypes[] = new Class[2]; #009 ptypes[0] = Class.forName("java.lang.String"); #010 ptypes[1] = Class.forName("java.util.Hashtable"); #011 Method m = c.getMethod("func",ptypes);