如果您發(fā)現(xiàn)自己在苦苦維持強類型化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的同時，又冀望于最大化運行時靈活性，那么您大概會愿意考慮反射，以及它如何改善您的軟件。在本專欄中，我將探討 Microsoft .NET Framework 中的 System.Reflection 命名空間，以及它如何為您的開發(fā)體驗提供助益。我將從一些簡單的示例開始，最后將講述如何處理現(xiàn)實世界中的序列化情形。在此過程中，我會展示反射和 CodeDom 如何配合工作，以有效處理運行時數(shù)據(jù)。
在深入探究 System.Reflection 之前，我想先討論一下一般的反射編程。首先，反射可定義為由一個編程系統(tǒng)提供的任何功能，此功能使程序員可以在無需提前了解其標識或正式結(jié)構(gòu)的情況下檢查和操作代碼實體。這部分內(nèi)容很多，我將逐一展開說明。
首先，反射提供了什么呢?您能用它做些什么呢?我傾向于將典型的以反射為中心的任務(wù)分為兩類：檢查和操作。檢查需要分析對象和類型，以收集有關(guān)其定義和行為的結(jié)構(gòu)化信息。除了一些基本規(guī)定之外，通常這是在事先不了解它們的情況下進行的。(例如，在 .NET Framework 中，任何東西都繼承自 System.Object，并且一個對象類型的引用通常是反射的一般起點。)
操作利用通過檢查收集到的信息動態(tài)地調(diào)用代碼，創(chuàng)建已發(fā)現(xiàn)類型的新實例，或者甚至可以輕松地動態(tài)重新結(jié)構(gòu)化類型和對象。需要指出的一個要點是，對于大多數(shù)系統(tǒng)，在運行時操作類型和對象，較之在源代碼中靜態(tài)地進行同等操作，會導(dǎo)致性能降低。由于反射的動態(tài)特性，因此這是個必要的取舍，不過有很多技巧和最佳做法可以優(yōu)化反射的性能。
那么，什么是反射的目標呢？程序員實際檢查和操作什么呢?在我對反射的定義中，我用了“代碼實體”這個新術(shù)語，以強調(diào)一個事實：從程序員的角度來說，反射技術(shù)有時會使傳統(tǒng)對象和類型之間的界限變得模糊。例如，一個典型的以反射為中心的任務(wù)可能是：
從對象 O 的句柄開始，并使用反射獲得其相關(guān)定義(類型 T)的句柄。
檢查類型 T，獲得它的方法 M 的句柄。
調(diào)用另一個對象 O’(同樣是類型 T)的方法 M。
請注意，我在從一個實例穿梭到它的底層類型，從這一類型到一個方法，之后又使用此方法的句柄在另一個實例上調(diào)用它 — 顯然這是在源代碼中使用傳統(tǒng)的 c# 編程技術(shù)無法實現(xiàn)的。在下文中探討 .NET Framework 的 System.Reflection 之后，我會再次通過一個具體的例子來解釋這一情形。
某些編程語言本身可以通過語法提供反射，而另一些平臺和框架(如 .NET Framework)則將其作為系統(tǒng)庫。不管以何種方式提供反射，在給定情形下使用反射技術(shù)的可能性相當復(fù)雜。編程系統(tǒng)提供反射的能力取決于諸多因素：程序員很好地利用了編程語言的功能表達了他的概念嗎?編譯器是否在輸出中嵌入足夠的結(jié)構(gòu)化信息(元數(shù)據(jù))，以方便日后的解讀?有沒有一個運行時子系統(tǒng)或主機解釋器來消化這些元數(shù)據(jù)?平臺庫是否以對程序員有用的方式，展示此解釋結(jié)果？
如果您頭腦中想象的是一個復(fù)雜的、面向?qū)ο箢愋偷南到y(tǒng)，但在代碼中卻表現(xiàn)為簡單的、C 語言風格的函數(shù)，而且沒有正式的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，那么顯然您的程序不可能動態(tài)地推斷出，某變量 v1 的指針指向某種類型 T 的對象實例。因為畢竟類型 T 是您頭腦中的概念，它從未在您的編程語句中明確地出現(xiàn)。但如果您使用一種更為靈活的面向?qū)ο笳Z言(如 C#)來表達程序的抽象結(jié)構(gòu)，并直接引入類型 T 的概念，那么編譯器就會把您的想法轉(zhuǎn)換成某種日后可以通過合適的邏輯來理解的形式，就象公共語言運行時 (CLR) 或某種動態(tài)語言解釋器所提供的一樣。
反射完全是動態(tài)、運行時的技術(shù)嗎?簡單的說，不是這樣。整個開發(fā)和執(zhí)行周期中，很多時候反射對開發(fā)人員都可用且有用。一些編程語言通過獨立編譯器實現(xiàn)，這些編譯器將高級代碼直接轉(zhuǎn)換成機器能夠識別的指令。輸出文件只包括編譯過的輸入，并且運行時沒有用于接受不透明對象并動態(tài)分析其定義的支持邏輯。這正是許多傳統(tǒng) C 編譯器的情形。因為在目標可執(zhí)行文件中幾乎沒有支持邏輯，因此您無法完成太多動態(tài)反射，然而編譯器會不時提供靜態(tài)反射 — 例如，普遍運用的 typeof 運算符允許程序員在編譯時檢查類型標識。
另一種完全不同的情況是，解釋性編程語言總是通過主進程獲得執(zhí)行(腳本語言通常屬于此類)。由于程序的完整定義是可用的(作為輸入源代碼)，并跟完整的語言實現(xiàn)結(jié)合在一起(作為解釋器本身)，因此所有支持自我分析所需的技術(shù)都到位了。這種動態(tài)語言頻繁地提供全面反射功能，以及一組用于動態(tài)分析和操作程序的豐富工具。
.NET Framework CLR 和它的承載語言如 C# 屬于中間形態(tài)。編譯器用來把源代碼轉(zhuǎn)換成 IL 和元數(shù)據(jù)，后者與源代碼相比雖屬于較低級別或者較低“邏輯性”，但仍然保留了很多抽象結(jié)構(gòu)和類型信息。一旦 CLR 啟動和承載了此程序，基類庫 (BCL) 的 System.Reflection 庫便可以使用此信息，并返回關(guān)于對象類型、類型成員、成員簽名等的信息。此外，它也可以支持調(diào)用，包括后期綁定調(diào)用。
.NET 中的反射
要在用 .NET Framework 編程時利用反射，您可以使用 System.Reflection 命名空間。此命名空間提供封裝了很多運行時概念的類，例如程序集、模塊、類型、方法、構(gòu)造函數(shù)、字段和屬性。圖 1 中的表顯示，System.Reflection 中的類如何與概念上運行時的對應(yīng)項對應(yīng)起來。
盡管很重要，不過 System.Reflection.Assembly 和 System.Reflection.Module 主要用于定位新代碼并將其加載到運行時。本專欄中，我暫不討論這些部分，并且假定所有相關(guān)代碼都已經(jīng)加載。
要檢查和操作已加載代碼，典型模式主要是 System.Type。通常，您從獲得一個所關(guān)注運行時類別的 System.Type 實例開始(通過 Object.GetType)。接著您可以使用 System.Type 的各種方法，在 System.Reflection 中探索類型的定義并獲得其它類的實例。例如，如果您對某特定方法感興趣，并希望獲得此方法的一個 System.Reflection.MethodInfo 實例(可能通過 Type.GetMethod)。同樣，如果您對某字段感興趣，并希望獲得此字段的一個 System.Reflection.FieldInfo 實例(可能通過 Type.GetField)。
一旦獲得所有必要的反射實例對象，即可根據(jù)需要遵循檢查或操作的步驟繼續(xù)。檢查時，您在反射類中使用各種描述性屬性，獲得您需要的信息(這是通用類型嗎？這是實例方法嗎？)。操作時，您可以動態(tài)地調(diào)用并執(zhí)行方法，通過調(diào)用構(gòu)造函數(shù)創(chuàng)建新對象，等等。
檢查類型和成員
讓我們跳轉(zhuǎn)到一些代碼中，探索如何運用基本反射進行檢查。我將集中討論類型分析。從一個對象開始，我將檢索它的類型，而后考察幾個有意思的成員。
首先需要注意的是，在類定義中，乍看起來說明方法的篇幅比我預(yù)期的要多很多。這些額外的方法是從哪里來的呢?任何精通 .NET Framework 對象層次結(jié)構(gòu)的人，都會識別從通用基類 Object 自身繼承的這些方法。(事實上，我首先使用了 Object.GetType 檢索其類型。)此外，您可以看到屬性的 getter 函數(shù)。現(xiàn)在，如果您只需要 MyClass 自身顯式定義的函數(shù)，該怎么辦呢?換句話說，您如何隱藏繼承的函數(shù)？或者您可能只需要顯式定義的實例函數(shù)？
隨便在線看看 MSDN，就會發(fā)現(xiàn)大家都愿意使用 GetMethods 第二個重載方法，它接受 BindingFlags 參數(shù)。通過結(jié)合來自 BindingFlags 枚舉中不同的值，您可以讓函數(shù)僅返回所需的方法子集。替換 GetMethods 調(diào)用，代之以：
GetMethods(BindingFlags.Instance | BindingFlags.DeclaredOnly |BindingFlags.Public)
結(jié)果是，您得到以下輸出(注意這里不存在靜態(tài)幫助器函數(shù)和繼承自 System.Object 的函數(shù))。
| 以下為引用的內(nèi)容： Reflection Demo Example 1 Type Name: MyClass Method Name: MyMethod1 Method Name: MyMethod2 Method Name: get_MyProperty Property Name: MyProperty |
如果您事先知道類型名稱(完全限定)和成員，又該如何?您如何完成從枚舉類型向檢索類型的轉(zhuǎn)換?有了前兩個示例中的代碼，您已經(jīng)有了能夠?qū)崿F(xiàn)基元類瀏覽器的基本組件。通過名稱您可以找到一個運行時實體，然后枚舉其各種相關(guān)屬性。
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動態(tài)調(diào)用代碼
迄今為止，我已經(jīng)獲得運行時對象的句柄(如類型和方法)，僅作描述用，例如輸出它們的名稱。但是如何做得更多呢?如何實際調(diào)用某個方法呢？
此例的幾個要點是：首先，從一個 MyClass, mc1 實例檢索一個 System.Type 實例，然后，從該類型檢索一個 MethodInfo 實例。最后，當調(diào)用 MethodInfo 時，通過把它作為調(diào)用的第一個參數(shù)來傳遞，將其綁定到另一個 MyClass (mc2) 實例中。
前面講過，對于您預(yù)期在源代碼中見到的類型和對象使用之間的區(qū)別，這個示例使這種區(qū)別變得模糊。邏輯上，您檢索了一個方法的句柄，然后調(diào)用該方法，就象它屬于一個不同的對象一樣。對于熟悉函數(shù)式編程語言的程序員來說，這可能輕而易舉;但對于只熟悉 C# 的程序員來說，要分離對象實現(xiàn)和對象實例化，可能就不是那么直觀了。
組合在一起
至此我已經(jīng)探討過檢查和調(diào)用的基本原理，接下來我會用具體的例子把它們組合在一起。設(shè)想您希望交付一個庫，帶有必須處理對象的靜態(tài)幫助器函數(shù)。但在設(shè)計的時候，您對這些對象的類型沒有任何概念!這要看函數(shù)調(diào)用方的指示，看他希望如何從這些對象中提取有意義的信息。函數(shù)將接受一個對象集合，和一個方法的字符串描述符。然后它將遍歷該集合，調(diào)用每個對象的方法，用一些函數(shù)聚合返回值。
就此例而言，我要聲明一些約束條件。首先，字符串參數(shù)描述的方法(必須由每個對象的底層類型實現(xiàn))不會接受任何參數(shù)，并將返回一個整數(shù)。代碼將遍歷對象集合，調(diào)用指定的方法，逐步計算出所有值的平均值。最后，因為這不是生產(chǎn)代碼，在求和的時候我不用擔心參數(shù)驗證或整數(shù)溢出。
在瀏覽示例代碼時，可以看到主函數(shù)與靜態(tài)幫助器 ComputeAverage 之間的協(xié)議除了對象自身的通用基類之外，并不依賴任何類型信息。換句話說，您可以徹底改變正在傳送的對象的類型和結(jié)構(gòu)，但只要總是能使用字符串描述一個方法，且該方法返回整數(shù)，ComputeAverage 就可以正常工作!
需要注意的一個關(guān)鍵問題跟隱藏在最后這個例子中的 MethodInfo(一般反射)有關(guān)。注意，在 ComputeAverage 的 foreach 循環(huán)中，代碼只從集合中的第一個對象中抓取一個 MethodInfo，然后綁定用于所有后續(xù)對象的調(diào)用。正如編碼所示，它運行良好 — 這是 MethodInfo 緩存的一個簡單例子。但此處有一個根本性的局限。MethodInfo 實例僅能由其檢索對象同等層級類型的實例調(diào)用。因為傳入了 IntReturner 和 SonOfIntReturner(繼承自 IntReturner)的實例，才能這樣運行。
在示例代碼中，已經(jīng)包含了名為 EnemyOfIntReturner 的類，它實現(xiàn)了與其他兩個類相同的基本協(xié)議，但并沒有共享任何常見共享類型。換句話說，該接口邏輯上等同，但在類型層級上沒有重疊。要探討 MethodInfo 在該情形下的使用，請嘗試向集合添加其他對象，通過“new EnemyOfIntReturner(10)”得到一個實例，再次運行示例。您會遇到一個異常，指出 MethodInfo 不能用于調(diào)用指定的對象，因為它和獲得 MethodInfo 時的原始類型完全無關(guān)(即使方法名稱和基本協(xié)議是等同的)。要使您的代碼達到生產(chǎn)水準，您需要做好遇到這一情形的準備