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java反射机制+继承设计技巧

【0】README

0.1） 本文描述+源代码均转自 core java volume 1，旨在理解 java反射机制；最后还顺带提出了继承设计的技巧；

【1】反射相关

1）反射定义：能够分析类能力的程序称为反射；
2）反射机制可以用来：

在运行中分析类的能力；
在运行中查看对象，如，编写一个 toString（）方法供所有类使用；
实现通用的数组操作代码；
利用 Method对象，这个对象很像 C++ 中的函数指针；

【2】Class 类

2.1） Java 运行时系统始终为所有对象维护一个称为运行时的类型标志；虚拟机利用运行时类型信息选择相应的方法执行；（干货——Java 运行时系统始终为所有对象维护一个称为运行时的类型标志，对象在虚拟机中的运行时类信息保存在Class对象中）
2.2）Class： 可以通过专门的java类访问这些信息，保存这些信息的类被称为 Class；Object.getClass() 将返回一个Class 类型的实例；
2.3）如同用一个Employee 对象表示一个特定的雇员属性一样，一个 Class 对象将表示一个特定类的属性；最常用的 Class 方法是 getName方法（类名）；（Class类的定义的良好诠释）

2.4）还可以调用静态方法forName 获得类名对于的Class对象；

String className = "java.util.Date";
Class c1 = Class.forName(className)；

Hint）在启动时，main方法需要加载所有的类，对于一个大型的应用程序来说，这将会消耗很多时间，用户会因此感到不耐烦；我们可以通过 Class.forName 手动地加载其他的类；
2.5）获得Class 类对象的第3种方法：
1）第一种方法：

Date d = new Date();
Class c1 = d.getClass();
String name = c1.getName();

2）第二种方法：

String className = "java.util.Date";
Class c1 = Class.forName(className)；

3）第三种方法：
如果T是 java类型， T.class 将代表匹配的类对象，如

Class c1 = Date.class;
Class c2 = int.class;
Class c3 = Double[].class;

Attention）一个 Class 对象实际上表示的是一个类型，而这个类型未必一定是一种类；例如 int 不是类，但 int.class 是一个Class类型的对象；（干货——一个 Class 对象实际上表示的是一个类型，而这个类型未必一定是一种类，如int不是类型，而int.class是一个Class类型的对象，那我们就可以人为 obj.class 是obj在jvm中运行时相关信息的封装对象）
Annotation）从 Java SE 5.0 开始， Class类已经参数化了，如， Class 的类型是 Employee.class；
Warning）由于历史原因， getName 应用于数组类型的时候会返回一个很奇怪的名字：
Double[].class.getName() 返回 ”[Ljava.lang.Double“；
int[].class.getName() 返回 ”[I“；
2.6）虚拟机为每个类型管理一个 Class对象： 因此，可以用 == 运算符实现两个类对象的比较操作；
2.7）newInstance()方法： 可以用来快速创建一个类的实例；.getClass().getInstance(); 它将创建一个与 e 具有相同类型的实例， newInstance 调用默认构造器，初始化新创建的对象，如果这个类没有默认的构造器，就会抛出一个异常；

Annotation）

A1）如果需要以以上这种方式向构造器提供参数的话，那么就不要使用上面那条语句，而使用构造器类中的newInstance 方法；
A2）（key）通过反射创建新类示例的两种方式及比较： http://blog.csdn.net/fenglibing/article/details/4531033 ， 我的荔枝博文： http://blog.csdn.net/PacosonSWJTU/article/details/49886429

【3】捕获异常（未检查异常+已检查异常）

3.1）当程序运行过程中发生错误时，就会抛出异常。抛出异常比终止程序要灵活得多，这是因为可以提供一个捕获异常的处理器（handler）对异常情况进行处理；
3.2）异常有两种类型（注意区别）：未检查异常和已检查异常；

3.2.1）对于已检查异常： 编译器将会检查是否提供了处理器（try-cath or throws Exception）；
3.2.2）对于未检查异常： 例如访问null引用，都属于未检查异常，编译器不会查看是否为这些错误提供了处理器；

3.3）最简单的异常处理器

try catch块；

3.4）如果类名不存在， 则将跳过try 块中的剩余代码，程序直接进入catch 子句，这里，利用Throwable 类的 printStackTrace 方法打印出栈的轨迹；

【4】利用反射分析类的能力

4.1）反射机制最重要的内容——检查类的结构；
4.2）在java.lang.reflect 包中有3个类 Field、Method 和 Constructor 分别用于描述类的域、方法和构造器；
4.3）这3个类都有一个 getName的方法，用来返回项目名称

4.3.1）Field类： Field类有一个 getType方法，用来返回描述域所属类型的 Class对象；
4.3.2）Method 和 Constructor 类： Method 和 Constructor 类有能够报告参数类型的方法，Method类还可以有一个报告返回类型的方法；
4.3.3） 这3个类还有一个叫做 getModifiers的方法，它将返回一个整型数值，用不同的位开关描述public 和 static这样的修饰符使用状况；
4.3.4） 而且，还可以用 java.lang.reflect 包中的Modifier类的静态方法分析 getModifiers 返回的整型数值；如，可以使用 Modifier 类中的 isPublic、isPrivate 或 isFinal 判断方法或构造器 是否是 public, private , final；我们需要做的工作就是调用 Modifier 类的相应方法，并对返回的整型数值进行分析；

4.4） Class类中的 getField、getMethod 和 getConstructor 方法将分别返回类提供的public 域、方法和构造器数值，其中包括超类的公有成员；
4.5） Class 类的 getDeclareFields、getDeclareMethods、getDeclaredConstructors 方法将分别返回类中声明的全部域、方法和构造器；其中包括私有方法和受保护成员，但不包括超类成员；

【5】在运行时使用反射分析对象

5.1）本节将进一步查看数据域的实际内容；
5.2）利用反射机制可以查看在编译时还不清楚的对象域；
5.3）查看对象域的关键方法是 Field类中的 get方法；如果 f 是一个 Field 类型的对象， obj 是某个包含 f 域的类对象， f.get(obj) 将返回一个对象，其值为obj 域的当前值；
5.4）看个荔枝：

对以上代码的分析（Analysis）：

A1）由于name 是一个 private，所以get方法会抛出一个异常；
A2）只有利用get 方法才能得到可访问域的值；除非拥有访问权限，否则 java 安全机制只允许查看任意对象有哪些域，而不允许读取他们的值；

5.5）引入setAccessible 方法（打印结果与5.4做比较，这个很有必要）： 反射机制的默认行为受限于 Java的访问控制，然而，如果一个 java 程序没有收到安全管理器的控制，就可以覆盖访问控制。为了达到这个目的，需要调用 Field、Method、Constructor对象的 setAccessible 方法；如，f.setAccessible(true)；

5.6）get方法所遇到的问题 + 解决方法

5.6.1）get遇到的问题： name域是一个 String，因此把它作为 Object 返回没有什么问题；但是，假定我们想要查看salary 域，它属于double 类型，而java中数值类型不是对象；
5.6.2）解决方法：可以使用 Field 类中的 getDouble 方法，也可以调用get 方法，此时，反射机制将会自动地将这个域值打包到相应的对象包装器中，这里将打包成 Double；
5.6.3）当然，可以获得就可以设置；调用 f.set(obj, value) 可以将 obj 对象的 f域设置成新值；
5.6.4）如何编写一个可供任意类使用的通用 toString（）方法；（P203，非常重要）

【6】使用反射编写泛型数组代码

6.1）java.lang.reflect 包中的Array 类允许动态地创建数组。例如， Array类中的copyOf 方法，用于扩充数组容量：

int[] a = new int[100];
a = Arrays.copyOf(a, 2*a.length());

6.2）如何编写这样一个通用的方法？

6.2.1）将Employee[] 数组转换为 Object[] 数组，这让人感觉很有希望；

public static Object[] badCopyOf(Object[] a, int newLength)
{
    Object[] newArray = new Object[newLength];
    System.arraycopy(a, 0, newArray, 0, Math.min(a.length, newLength));
    return newArray;
}

6.2.2）使用以上代码遇到的问题：一个对象数组不能转换为雇员数组（Employee[]）；

Attention）

A1） Java 数组会记住每个元素的类型，即创建数组时 new 表达式中使用的元素类型。将一个 Employee[] 临时转换为 Object[] 数组，然后再把它转换回来是可以的，但一个从开始就是Object[] 的数组却永远不会转换成Employee[] 数组。所以，为了能够编写这类通用的数组代码，需要能够创建与原数组类型相同的新数组；
A2）所以，我们需要java.lang.reflect 包中Array类的一些方法。其中最关键的是 Array 类中的静态方法 newInstance，它能够构造新数组。在调用它时必须提供两个参数，一个是数组的元素类型，一个是数组的长度；

Object newArray = Array.newInstance(componentType, newLength)；

6.3）为了能够实际运行，需要获得新数组的长度和元素类型： 可以通过调用 Array.getLength(a) 获得数组的长度，也可以通过 Array类的静态方法 getLength 方法的返回值得到任意数组的长度。而要获得新数组元素类型，就需要进行以下工作（Work）：

W1）首先获得a 数组的类对象；
W2）确认它是一个数组；
W3）使用 Class类（只能定义表示数组的类对象）的 getComponentType 方法确定数组对应的类型；

【7】调用任意方法

7.1）在Method类中有一个invoke 方法，它允许调用包装在当前 Method 对象中的方法， invoke方法的签名是： Object invoke(Object obj, Object… args)，如 String n = (String)m1.invoke(harry);
7.2）如何得到 Method 对象呢？
7.2.1）通过 getDeclaredMethods 方法， 然后对返回的Method对象数组进行查找，直到发现想要的方法为止；
7.2.2）通过调用 Class 类中的getMethod 方法得到想要的方法；它与 getField 方法类似， getField 方法根据表示域名的字符串，返回一个 Field对象；然而，有可能存在着若干个相同名字的方法，因此要格外小心，以确保准确地得到想要的方法；所以，我们需要提供想要方法的参数类型；
7.3）getMethod的方法签名是： Method getMethod(String name, Class… parameterTypes) ；
7.4）看个荔枝（如何获得 Employee类的 getName 方法和 raiseSalary 方法的方法指针）：

Method m1 = Employee.class.getMethod("getName");
Method m2 = Employee.class.getMethod("getSalary", double.class);

7.5）再看个荔枝
这里， f是一个Method类型的对象，由于正在调用的方法是一个静态方法，所以 invokle 的第一个参数是null；
为了将 Math.sqrt 函数表格化，需要将f 设置为：　Math.class.getMethod(“sqrt”, double.class)；这是 Math类中的一个方法，通过参数向它提供了一个函数名 sqrt 和一个double类型参数；