首先介绍一个本文后面会频繁提到的概念:RTTI(Runtime Type Information,或者,Run-Time Type Identification),运行时类型信息。简单来说,就是指程序能够在运行时发现和使用类型信息。


       RTTI能做什么??它解放了程序在编期间执行的面向类型的操作,不管是程序的安全性还是可扩展性和可维护性,都得到了大大的加强。



      我们一般使用二种方式来实现运行时识别对象和类的信息:“传统的”RTTI和“反射”机制。


、一个大家都熟悉的例子

传统的RTTI假定我们在编译时已经知道了所有的信息。


下面我们来看一看一个很熟悉的例子:


1. <span style="font-size: small;">package
2.   
3. import
4. import
5.   
6. abstract class
7. void study(){ System.out.println(this+".study()");}  
8. abstract public
9. }  
10.   
11. class PrimaryStudent extends
12. public String toString(){ return "PrimaryStudent";}  
13. }  
14.   
15. class HighSchoolStudent extends
16. public String toString(){ return "HighSchoolStudent";}  
17. }  
18.   
19. class UniversityStudent extends
20. public String toString(){ return "UniversityStudent";}  
21. }  
22.   
23.   
24. public class
25.   
26. public static void
27.         List<Student>  studentList = Arrays.asList(  
28. new PrimaryStudent(),new HighSchoolStudent(),new
29.             );  
30. for(Student s : studentList){  
31.             s.study();  
32.         }  
33.     }  
34. }  
35. /* output:
36. PrimaryStudent.study()
37. HighSchoolStudent.study()
38. UniversityStudent.study()
39. *///  
40. </span>

基类Studeng中包含study方法,通过传递this参数给System.out.println()方法,间接使用toString()来打印类标识符。这里,toString()被声明为abstract,以此强制子类覆写该方法,并可以防止无格式的Student的实例化。


输出结果反映,子类通过覆盖toString方法,study()方法在不同的情况下会有不同的输出(多态)。


而且,在将Student对象放入List<Student>的数组时,对象被向上转型为Student类,但同时也丢失了Student对象的具体类型信息:对于程序而言,如果我们不对数组内的对象进行向下转型,那么,他们“只是”Student对象。


在上述例子中,还有一个地方用到了RTTI。容器List将它持有的对象都看做Object对象来处理。当我们从数组中取出对象时,对象被转型回Student类型。这是最基本的RTTI形式,因为在Java中,所有的类型转换都是在运行才进行正确性检查的。


      还有一点,例子中的RTTI类型转换并不彻底:Object对象被转型为Student,而不是UStudent、PStudent、HStudent。这是因为程序只知道数组中保存的是Student,在编译时Java通过容器和泛型来确保这一点,而在运行时就由转型来实现。



例子很简单,但说明的东西很多。



二、一个特殊的编程问题

在现实当中,当我们能够知道某个泛化引用的确切类型的时候,我们可以方便快捷的解决它,怎么办??


比如:我们扫描某个区域的生物(animal),并将之装入一个数组。当用户要突出的显出其中的某一类,如人类,的时候,系统是并不容易判断的。因为,对于程序而言,数组中的对象都是aniaml。使用RTTI,可以查询animal引用的确切类型,然后选择或者剔除特例。



三、Class对象

Class对象是RTTI在Java中工作机制的核心。


我们知道,Java程序是由一个一个的类组成的。而对于每一个类,都有一个class对象与之对应。也就是说,每编译一个新类都会产生一个class对象(事实上,是这个class对象时被保存在同名和.class文件当中的)。这个过程涉及到类的加载,不在本文的内容之内。

 

无论何时,只要我们想要在运行时使用类型信息,就必须获得恰当的class对象的引用。

 

 

常规来讲,class对象有三种获得方式,而且,它包含很多有用的方法。看下面的程序:

 

1. package
2.   
3. interface
4. interface
5.   
6. class
7. //运行这个程序后,注释掉这个默认的无参构造器再试一试
8. int
9. }  
10.   
11. class CocaCola extends
12. implements
13. public CocaCola() { super(1);}  
14. }  
15.   
16.   
17. public class
18. static void
19. "Class Name:"+c.getName()+" is interface? ["+  
20. "]");  
21. "Simple Name:"+c.getSimpleName());  
22. "Canonical Name:"+c.getCanonicalName());  
23.     }  
24.       
25.       
26. public static void
27. null;  
28.           
29. try{  
30. "cn.OOP.Typeinfo.CocaCola");  
31.               
32. //or we can init c in this way
33. //          CocaCola cc = new CocaCola();
34. //          c = cc.getClass();
35.               
36. //we can also init c in this way
37. //          c = CocaCola.class;
38.               
39. catch(ClassNotFoundException e){  
40. "Can't find CocaCola!!");  
41. 1);  
42.         }  
43.           
44.         printinfo(c);  
45.           
46. for(Class face : c.getInterfaces()){  
47.             printinfo(face);  
48.         }  
49.     }  
50. }/* output:
51. Class Name:cn.OOP.Typeinfo.CocaCola is interface? [false]
52. Simple Name:CocaCola
53. Canonical Name:cn.OOP.Typeinfo.CocaCola
54. Class Name:cn.OOP.Typeinfo.Drinkable is interface? [true]
55. Simple Name:Drinkable
56. Canonical Name:cn.OOP.Typeinfo.Drinkable
57. Class Name:cn.OOP.Typeinfo.Sellable is interface? [true]
58. Simple Name:Sellable
59. Canonical Name:cn.OOP.Typeinfo.Sellable
60. *///

 

CocaCola类继承自Cola类并实现了Drinkable、Sellable接口。在mian方法中,我们用forName()方法创建了一个

Class对象的引用。需要注意的是,forName()方法传入的参数必须是全限定名(就是包含包名)

 

在printinfo()方法中,分别使用getSimpleName()和getCanonicalName()来打印出不含包名的类名和全限定的类名。isInterface()很明显,是得到这个class对象是否表示一个接口。虽然,我们这里只是演示了class对象的3种方法,但实际上,通过class对象,我们发现我们能够了解到类型的几乎所有的信息(之所以是“几乎”是因为我们有时候并不需要客户了解我们提供的类的某些信息,而选择性的屏蔽。大家可以试一试用class对象查询某些类的private属性!)

 

例子有出现了三种不同的获得class对象的方法:

Class.forName():最简单的,也是最快捷的方式,因为我们并不需要为了获得class对象而持有该类的对象实例。

obj.getClass():当我们已经拥有了一个感兴趣的类型的对象时,这个方法很好用。

Obj.class :  类字面常量,这种方式很安全,因为它在编译时就会得到检查(因此不需要放到try语句块中),而且高效。

我们可以根据我们的程序的条件和需要,选择上面三种方式中的任何一种来实现RTTI。

 

四、泛化的Class引用

通过上面的例子我们可以很容易的知道,class引用表示的是它所指向的对象的确切类型,并且,通过class对象我们

能获取特定类的几乎所有信息。这很容易理解。

 

但是,Java的设计者并不止步于此。通过泛型,我们可以让class引用所指向的类型更加具体。

 

package cn.OOP.Typeinfo;

1. public class
2.   
3. public static void
4. int.class;  
5. int.class;  
6.           
7. class;  //same thing
8. double.class;  
9. //      genericIntClass = double.class;   //Illegal,<span style="font-size: xx-small;"><span style="color: #333333; font-family: arial, sans-serif; white-space: normal; background-color: #f5f5f5;" class="hps">Can not</span><span style="color: #333333; font-family: arial, sans-serif; white-space: normal; background-color: #f5f5f5;"> </span><span style="color: #333333; font-family: arial, sans-serif; white-space: normal; background-color: #f5f5f5;" class="hps">compiled</span></span>
10.     }  
11. }


看这个例子,普通的Class引用intClass能被随意赋值指向任意类型,但是,使用了泛型之后,编译器会强制对class引用的重新赋值进行检查。

 

但这种泛型的使用与普通的泛型又是不同的,比如下面这条语句:

Class<Number> c = int.class;

乍一看,没什么不对,Integer继承自Number类,不就是父类引用指向子类对象么。但实际上,这句代码会在编译时就出错。因为Integer的class对象引用不是Number的Class引用的子类。这看起来很诡异,但却是事实。

 

事实上,正确的做法是使用通配符?。看下面:

package cn.OOP.Typeinfo;
 
 
 
1. public class
2.   
3. public static void
4. int.class;  //? means  everything
5. double.class;  
6.           
7. extends Number> longClass = long.class;  
8. float.class;    //Compile Success
9.     }  
10. }


 

通配符?表示“任何类”,所以intClass能够重新指向double.class。同时? extends Number 表示任何Number类的子类。

 

五、反射:RTTI实现和动态编程

就上面的例子我们看到,RTTI可以告诉你所有的你想知道的类型信息,前提是这个类型是在编译时候已知的。

 

这好像没有什么不对吧??

 

将眼界放开点:假设程序获取了一个我们程序空间以外的对象的引用。即编译时并不存在的类。例如:从本地硬盘,从网络。要知道,Java的一大优势就是适于现在的WEB环境!!!

 

看下面:

package cn.OOP.Typeinfo;
 
 
 
1. import
2.   
3. public class
4.   
5.       
6. public static void
7. null;  
8. new
9. "Please put the name of the Class you want load:");  
10.         String ClassName = sc.next();  
11.           
12. try
13.             c = Class.forName(ClassName);  
14. "successed load the Class:"+ClassName);  
15. catch
16. "Can not find the Class ACommonClass");  
17. 1);  
18.         }  
19.           
20.           
21.     }  
22. }


当我们运行这个程序的时候,系统会阻塞在这一步:String ClassName = sc.next();

 

这时的输出是:

Please put the name of the Class you want load:

然后,由我们给定一个类名。假定,我们需要输入一个我们自定义的类:ACommonClass。注意,这是关键。这个时候,我们并没有开始写这个类,更没有编译这个类,也就没有对应的.class文件。

 

这个时候,写第二个程序(类)

package cn.OOP.Typeinfo;
 
 
 
1. public class
2. //I am just a generic Class
3. }


编译这个类,得到此类的.class 文件。然后,在程序一(注意,这个程序一直没有停止,一直在运行)输入类名:

cn.OOP.Typeinfo.ACommonClass,阻塞停止,打印输出。

 

最终结果:

Please put the name of the Class you want load:
 
 
 
1. cn.OOP.Typeinfo.ACommonClass  
2. successed load the Class:cn.OOP.Typeinfo.ACommonClass


 

在这个例子中,我们看到了一个和以前传统的编程截然不同的东西:在程序运行时,我们还能云淡风轻的写着程序必须的类,而且,这个类还能用于这个已经开始的程序!!!!神奇吧。

 

当然,这只是一个最简单的RTTI反射应用,通常的Java动态编程会更复杂,也更神奇!!

 

Class类与java.lang.reflect类库一起对反射机制提供了支持。当通过反射与一个未知类型的对象打交道时,JVM只是简单的检查这个对象,看他属于哪个特定的类(就像传统的RTTI一样)。当我们用反射机制做某些事情时,我们还是必须知道特定的类(也就是必须得到.class文件),要么在本地,要么从网络获取。所不同的是,由于设计体系的特殊,我们逃避了在编译期间的检查,知道运行时猜打开和检查.class文件。