C++反射机制的实现

导读（反射简介）

Reflection 是 Java 程序开发语言的特征之一，它允许运行中的 Java 程序对自身进行检查，或者说”自审”，并能直接操作程序的内部属性。即可以在运行时加载、探知、使用编译期间完全未知的classes。换句话说，Java程序可以加载一个运行时才得知名称的class，获悉其完整构造（但不包括methods定义），并生成其对象实体、或对其fields设值、或唤起其methods 即有类似如下语句

ClassA objA = ReflexCreat("ClassA")

这也是程序序列化的关键，可以吧相关的类对象以字符串的形式存贮到磁盘，然后利用反射机制读取序列化文件还原系统状态

然而遗憾的是 C++ 并不支持这一机制，但是在实际使用中这是一个很nice的功能，对与 C++ 的fans来说这个可是一个不怎么好的消息

但是考虑到MFC中的 序列化 功能，C++ 肯定也是有办法实现反射的功能的，下面就一起来探讨下C++ 反射机制的实现

一、实现（简单工厂）

学过设计模式的人对于 简单工程模式 肯定不会陌生，我们可以通过建立一个简单工厂模式，利用工厂通过类型名称帮助我们得到类的实体对象

代码形式如下

Class CFactory
{
public:
Object* FactoryCreater(const std::string&  class_name)
{
if (class_name == "ClassA")
return new ClassA;
else if (class_name == "ClassB")
return new ClassB;
...
else return NULL;
}
};

客户端Client直接如下使用就好了

int main()
{
CFactory factory;
ClassA objA = factory.FactoryCreater("ClassA");
...
return 0;
}

这样好像我们实现了反射这一简单功能，但是仔细想想这么做仿佛有所不妥，每添加一个新的类，我们就需要在工厂方法中添加分支语句，这样做不但使得代码复杂化，同时也违背了设计模式的开闭原则，所以我们需要换一种方法来解决这个问题

二、实现&进阶（自动注册hash表，回调函数）

需要解决的几个要点

定义回调函数指针，指向创建类实例的回调函数

一个带有hash表的工厂类，用 ‘类的名称’ 和 ‘指向创建类实例的回调函数的函数指针’ 作为键值对

实现hash表的自动注册

如果实现了以上几点，基本上 C++下简单的反射功能就完成了

现在我们来一步一步解决以上问题（将整个反射的实现封装到Reflex.h和Reflex.cpp中）

带有hash表的Reflex类的实现(也是需要反射支持的类的基类)

//Reflex.h
class ClassInfo;
class Reflex
{
public:
Reflex() {}
virtual ~Reflex() {}
//hash表注册
static bool Register(ClassInfo* pCInfo);
static Reflex* CreatObject(std::string className);
};

//Reflex.cpp
static std::map<std::string, ClassInfo*> *m_classInfoMap = NULL;

bool Reflex::Register(ClassInfo* pCInfo)
{
if (!m_classInfoMap)
{
m_classInfoMap = new std::map<std::string, ClassInfo*>();
}
if (!pCInfo)
{
return false;
}
if (m_classInfoMap->end() == m_classInfoMap->find(pCInfo->m_className))
{
m_classInfoMap->insert(std::map<std::string, ClassInfo*>::value_type(pCInfo->m_className, pCInfo));
}
return true;
}

Reflex* Reflex::CreatObject(std::string className)
{
std::map<std::string, ClassInfo*>::const_iterator c_iter = m_classInfoMap->find(className);
if (m_classInfoMap->end() != c_iter)
{
//当传入字符串name后,通过name找到info,然后调用对应的CreatObject()即可
return c_iter->second->CreateObject();
}
return NULL;
}

定义回调函数函数指针，完成hash表自主注册的ClassInfo类

//Reflex.h
//函数指针、指向创建类实例的回调函数
typedef Reflex* (*ObjConstructorFun)();
class ClassInfo
{
public:
ClassInfo(const std::string className, ObjConstructorFun classConstructor)
:m_className(className), m_objectConstructor(classConstructor)
{
//classInfo的构造函数是传入类名和类对应的new函数然后自动注册进map中
Reflex::Register(this);
}
virtual ~ClassInfo() {}
Reflex* CreateObject()const { return m_objectConstructor ? (*m_objectConstructor)() : NULL; }
bool IsDynamic()const { return NULL != m_objectConstructor; }
const std::string GetClassName()const { return m_className; }
ObjConstructorFun GetConstructor()const { return m_objectConstructor; }
public:
std::string m_className;
ObjConstructorFun m_objectConstructor;
};

好了，到目前位置我们的 局 已经铺的差不多了，现在就是具体怎么用上我们的 反射模块

方法如下：

新定义的类若需要 反射支持 需要继承 基类 Reflex

在新类中定义并实现 返回自身对象指针的函数，用来作为回调函数指针指向的函数

持有一个静态ClassInfo对象，并使用类名和函数指针初始化，完成hash表的注册

需要反射支持的CTest类的申明如下

//Test.h
#include "Reflex.h"
class CTest : public Reflex
{
public:
CTest();
virtual ~CTest();
virtual ClassInfo* GetClassInfo() const { return &m_classInfo; }
static Reflex* CreatObject() { return new CTest; }
protected:
static ClassInfo m_classInfo;
};

//Test.cpp
ClassInfo CTest::m_classInfo("CTest", CTest::CreatObject);

CTest::CTest()
{
std::cout <<"ADDR: ["<< std::hex << (long)this
<< "] ,The Object Name is \"CTest\" construced!" << std::endl;
}

CTest::~CTest()
{
std::cout <<"ADDR: ["<< std::hex << (long)this
<< "] ,The Object Name is \"CTest\" destroyed!" << std::endl;
}

客户端Client调用情况如下

int main()
{
CTest* test = (CTest*)(Reflex::CreatObject("CTest"));
delete test;
return 0;
}

//输出情况：
ADDR: [7b4d40] ,The Object Name is "CTest" construced!
ADDR: [7b4d40] ,The Object Name is "CTest" destroyed!

三、代码简化&宏（降低使用成本）

通过之前的代码我们已经在C++中实现了反射，但是可能大家发现了，每一个需要反射支持的类，我们都需要额外的添加一些代码，来保证反射模块的正常运作，而且这一部分除了类的名称之外就没有了什么不同。

聪明的你可能已经想到了，没错就是C+ +的宏，虽然C++的作者极力反对宏的使用，但是那啥你懂的（懒人就是理由多~），当然之前学习Windwos程序设计的时候，在MFC中微软的小哥哥们那才叫把宏玩的了个溜

言归正传，在基类Reflex.h中加入这一大段宏

//新申明类成员函数以及变量的注册
#define DECLARE_CLASS(class_name) \
public:\
virtual ClassInfo* GetClassInfo() const { return &m_classInfo; }\
static Reflex* CreatObject()\
{\
return new class_name;\
}\
protected:\
static ClassInfo m_classInfo;

//新申明类ClassInfo注册
#define REGISTER_CLASS(class_name)\
ClassInfo class_name::m_classInfo(#class_name, class_name::CreatObject);

//利用自写反射生成类对象
#define REFLEX_CLASS(class_name)\
(class_name*)(Reflex::CreatObject(#class_name))

于是乎，新申请的类就可以简化成酱紫

//Test.h
class CTest : public Reflex
{
public:
CTest();
virtual ~CTest();
DECLARE_CLASS(CTest)
}

//Test.cpp
REGISTER_CLASS(CTest)
CTest::CTest()
{
}

CTest::~CTest()
{
}

四、结语

在这儿说一下宏里面的东西吧

最简单的

\

就是当前宏的定义除了本行下面还有，告诉编译器后面的一起处理

#define OUT(name) printf(#name);

以这个为例其中的

#name

之前的

#

就表示把name格式化为字符串

#define T(name) Class## name

这里的

## name

中的

##

就是连接符的意思,Class和可变字符name连接成一个字符串

到此C++中简单反射的实现就告一段落，若有错误，欢迎指正