C++ 反射機(jī)制詳解及實(shí)例代碼

更新時(shí)間：2017年01月20日 11:52:35 投稿：lqh

這篇文章主要介紹了C++ 反射機(jī)制詳解及實(shí)例代碼的相關(guān)資料,需要的朋友可以參考下

C++ 反射機(jī)制

一.前言：

Java有著一個(gè)非常突出的動(dòng)態(tài)相關(guān)機(jī)制：Reflection，用在Java身上指的是我們可以于運(yùn)行時(shí)加載、探知、使用編譯期間完全未知的classes。換句話(huà)說(shuō)，Java程序可以加載一個(gè)運(yùn)行時(shí)才得知名稱(chēng)的class，獲悉其完整構(gòu)造（但不包括methods定義），并生成其對(duì)象實(shí)體、或?qū)ζ鋐ields設(shè)值、或喚起其methods。然而C++是不支持反射機(jī)制，雖然C++有RTTI(運(yùn)行時(shí)類(lèi)型識(shí)別)。但是想要實(shí)現(xiàn)C++對(duì)象序列化，序列化就是存儲(chǔ)到磁盤(pán)上，將對(duì)象變成一定格式的二進(jìn)制編碼，然后要用的時(shí)候再將保存在磁盤(pán)上的二進(jìn)制編碼轉(zhuǎn)化成一個(gè)內(nèi)存中的對(duì)象，這個(gè)過(guò)程中總是需要有一個(gè)指示來(lái)告訴編譯器要生成什么樣的對(duì)象，最簡(jiǎn)單的方式當(dāng)然就是類(lèi)名了，例如：將一個(gè)ClassXXX對(duì)象存儲(chǔ)到磁盤(pán)上，再?gòu)拇疟P(pán)讀取的時(shí)候讓編譯器根據(jù)“ClassXXX”名稱(chēng)來(lái)new一個(gè)對(duì)象。

ClassT* obj = FactoryCreate("ClassT");

類(lèi)似于以上的語(yǔ)法，雖然C++沒(méi)有自帶的語(yǔ)法可以實(shí)現(xiàn)，但是我們可以自己通過(guò)其他方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。（由于本人能力有限，所以該篇博客只是講解如何簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)這個(gè)反射機(jī)制，而對(duì)C++中擁有這個(gè)反射機(jī)制是否有必要不做任何討論。當(dāng)然，如果博客中有什么地方說(shuō)的有錯(cuò)誤還望大家可以在下面評(píng)論指出謝謝）

二.實(shí)現(xiàn)：

1.我們很容易可以想到可以使用簡(jiǎn)單工廠(chǎng)模式來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)效果：比如

class Object 
{ 
public: 
  virtual string ToString() = 0; 
};

這個(gè)是所有需要實(shí)現(xiàn)反射機(jī)制的類(lèi)需要繼承的基類(lèi)，然后派生出來(lái)的類(lèi)只需要再實(shí)現(xiàn)這個(gè)ToString即可。例如：

class MyClass :public Object 
{ 
public: 
  virtual string ToString(){ return "MyClass"; } 
};

然后就是用于產(chǎn)生對(duì)象的工廠(chǎng)。

Object* FactoryCreat(const string& className) 
{ 
  if (className == "ClassA") 
    return new ClassA; 
  else if (className == "ClassB") 
    return new ClassB; 
  else if(className == "ClassC") 
    return new ClassC; 
  else if(className == "ClassD") 
    return new ClassD; 
  else if(className == "ClassE") 
    return new ClassE; 
  ... 
}

我們使用就可以這樣：

int main() 
{ 
  Object* obj = FactoryCreat("MyClass"); 
  cout << obj->ToString(); 
  delete obj; 
  return 0; 
}

我們使用簡(jiǎn)單工廠(chǎng)模式感覺(jué)好像是解決了問(wèn)題，可以實(shí)現(xiàn)用字符串去new一個(gè)對(duì)應(yīng)的對(duì)象，但是假如我們要新建一個(gè)類(lèi)或者修改一個(gè)類(lèi)，那么這個(gè)FactoryCreat都要進(jìn)行修改。十分不利于維護(hù)。所以我們需要換一個(gè)方式來(lái)處理。

2.工廠(chǎng)模式結(jié)合回調(diào)機(jī)制。

首先我們要梳理一下這個(gè)方法的基本脈絡(luò)：

1.工廠(chǎng)內(nèi)部需要有個(gè)映射,也就是一個(gè)字符串對(duì)應(yīng)一個(gè)類(lèi)new的方法。
2.工廠(chǎng)給出一個(gè)接口,我們傳入字符串,那么返回這個(gè)字符串對(duì)應(yīng)的方法new出來(lái)的對(duì)象指針。
3.我們新建的類(lèi),如果需要支持反射機(jī)制,那么這個(gè)類(lèi)需要自動(dòng)將自己的new方法和名字注冊(cè)到工廠(chǎng)的映射中。

OK,如果我們能完成以上幾個(gè)要求,那么我們?cè)陬?lèi)進(jìn)行拓展的時(shí)候需要改動(dòng)的地方就十分少了。對(duì)于工廠(chǎng)的代碼我們基本上是不會(huì)改變的。也就基本上實(shí)現(xiàn)了我們C++反射機(jī)制的基本功能。

下面我們來(lái)一步一步解析代碼：

首先我們還是需要一個(gè)Object作為需要支持反射機(jī)制類(lèi)的基類(lèi)

//Reflex.h 
class Object 
{ 
public: 
  Object(){} 
  virtual ~Object(){} 
  static bool Register(ClassInfo* ci);     //注冊(cè)傳入一個(gè)classInfo(類(lèi)信息),將這個(gè)類(lèi)的信息注冊(cè)到映射中 
  static Object* CreateObject(string name);   //工廠(chǎng)生產(chǎn)對(duì)象的接口 
};

然后是實(shí)現(xiàn)：

//Reflex.cpp 
static std::map< string, ClassInfo*> *classInfoMap = NULL; 
bool Object::Register(ClassInfo* ci) 
{ 
  if (!classInfoMap)  { 
    classInfoMap = new std::map< string, ClassInfo*>();   //這里我們是通過(guò)map來(lái)存儲(chǔ)這個(gè)映射的。 
  } 
  if (ci) { 
    if (classInfoMap->find(ci->m_className) == classInfoMap->end()){ 
      classInfoMap->insert(std::map< string, ClassInfo*>::value_type(ci->m_className, ci)); // 類(lèi)名 <-> classInfo 
    } 
  } 
  return true; 
} 
Object* Object::CreateObject(std::string name) 
{ 
  std::map< string, ClassInfo*>::const_iterator iter = classInfoMap->find(name); 
  if (classInfoMap->end() != iter) { 
    return iter->second->CreateObject();     //當(dāng)傳入字符串name后,通過(guò)name找到info,然后調(diào)用對(duì)應(yīng)的CreatObject()即可 
  } 
  return NULL; 
}

剩下的我們還需要一個(gè)classinfo類(lèi)就大功告成了：

//Reflex.h 
 
typedef Object* (*ObjectConstructorFn)(void); 
class ClassInfo 
{ 
public: 
  ClassInfo(const std::string className, ObjectConstructorFn ctor) 
    :m_className(className), m_objectConstructor(ctor) 
  { 
    Object::Register(this);       //classInfo的構(gòu)造函數(shù)是傳入類(lèi)名和類(lèi)對(duì)應(yīng)的new函數(shù)然后自動(dòng)注冊(cè)進(jìn)map中。 
  } 
  virtual ~ClassInfo(){} 
  Object* CreateObject()const { return m_objectConstructor ? (*m_objectConstructor)() : 0; } 
  bool IsDynamic()const { return NULL != m_objectConstructor; } 
  const std::string GetClassName()const { return m_className; } 
  ObjectConstructorFn GetConstructor()const{ return m_objectConstructor; } 
public: 
  string m_className; 
  ObjectConstructorFn m_objectConstructor; 
};

有了這些類(lèi)后，我們只需要讓需要支持反射的類(lèi)滿(mǎn)足以下要求即可：

1.繼承Object類(lèi)。
2.重載一個(gè)CreatObject()函數(shù)，里面 return new 自身類(lèi)。
3.擁有一個(gè)classInfo的成員并且用類(lèi)名和CreatObject初始化。

滿(mǎn)足以上三個(gè)要求的類(lèi)我們就可以利用反射機(jī)制來(lái)創(chuàng)建對(duì)象了。我們可以看下面的例子：

class B : public Object 
{ 
public: 
  B(){ cout << hex << (long)this << " B constructor!" << endl; } 
  ~B(){ cout << hex << (long)this << " B destructor!" << endl; } 
  virtual ClassInfo* GetClassInfo() const{ return &ms_classinfo; } 
  static Object* CreateObject() { return new B; } 
protected: 
  static ClassInfo ms_classinfo; 
}; 
ClassInfo B::ms_classinfo("B", B::CreateObject);

使用的話(huà)我們就只需要調(diào)用Object::CreatObject(string) 傳入類(lèi)名即可。

int main() 
{ 
  Object* obj = Object::CreateObject("B"); 
  delete obj; 
  return 0; 
}

基本上反射機(jī)制的功能就實(shí)現(xiàn)了,而且使用回調(diào)注冊(cè)在后期拓展上也容易維護(hù)。

三.使用宏簡(jiǎn)化代碼：

其實(shí)大家發(fā)現(xiàn),因?yàn)槲覀円岊?lèi)支持反射那么就要滿(mǎn)足我們上面的那三個(gè)要求,但是每個(gè)類(lèi)都要寫(xiě)這樣相似的東西。仔細(xì)一看，包括函數(shù)申da's明、函數(shù)定義、函數(shù)注冊(cè)，每個(gè)類(lèi)的代碼除了類(lèi)名外其它都是一模一樣的，有沒(méi)有簡(jiǎn)單的方法呢？
那就是使用宏。

//Reflex.h 
 
//類(lèi)申明中添加 classInfo 屬性 和 CreatObject、GetClassInfo 方法 
#define DECLARE_CLASS(name) \ 
  protected: \ 
    static ClassInfo ms_classinfo; \ 
  public: \ 
    virtual ClassInfo* GetClassInfo() const; \ 
    static Object* CreateObject(); 
 
//實(shí)現(xiàn)CreatObject 和 GetClassInfo 的兩個(gè)方法 
#define IMPLEMENT_CLASS_COMMON(name,func) \ 
  ClassInfo name::ms_classinfo((#name), \ 
       (ObjectConstructorFn) func); \ 
             \ 
  ClassInfo *name::GetClassInfo() const \ 
    {return &name::ms_classinfo;} 
 
//classInfo 屬性的初始化 
#define IMPLEMENT_CLASS(name)      \ 
  IMPLEMENT_CLASS_COMMON(name,name::CreateObject) \ 
  Object* name::CreateObject()          \ 
    { return new name;}

有了宏替換后，我們定義一個(gè)新的類(lèi)。

只需要在類(lèi)定義中添加 DECLARE_CLASS(classname) 實(shí)現(xiàn)中添加IMPLEMENT_CLASS(classname)就可以讓這個(gè)類(lèi)實(shí)現(xiàn)反射了。

例如我們上面的類(lèi)B就可以這樣寫(xiě)：

class B : public Object 
{ 
  DECLARE_CLASS(B) 
public: 
  B(){ cout << hex << (long)this << " B constructor!" << endl; } 
  ~B(){ cout << hex << (long)this << " B destructor!" << endl; } 
}; 
IMPLEMENT_CLASS(B)

這樣不管以后需要添加、修改什么功能都只需要修改宏就可以了而不需要每個(gè)類(lèi)每個(gè)類(lèi)去添加、修改方法。

ok到這里基本上，c++反射機(jī)制的實(shí)現(xiàn)就大功告成了！。

感謝閱讀，希望能幫助到大家，謝謝大家對(duì)本站的支持！

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