Слайд 1Рефлексия
© Составление, Будаев Д.С., Гаврилов А.В., 2013
Лекция 11.1
УНЦ «Инфоком»
Самара
2013
Слайд 2План лекции
Понятие рефлексии
Участники механизма рефлексии
Получение информации о классе
Слайд 3Понятие рефлексии
Рефлексия (от лат. reflexio – обращение назад) – обращение
субъекта на себя самого, на свое знание или на свое
собственное состояние
Рефлексия в Java – возможность программы анализировать саму себя, взаимодействуя с виртуальной машиной Java (JVM)
Слайд 4Возможности механизма рефлексии
Загрузка типов во время исполнения программы
Исследование структуры типов
и их элементов
Создание экземпляров классов
Вызов методов
Загрузка классов из набора байтов
Слайд 5Участники механизма рефлексии
Класс java.lang.Class
Класс является метаклассом по отношению к другим
типам
Экземпляры класса Class описывают классы и интерфейсы выполняемого приложения
Методы класса
Class позволяют исследовать содержимое описываемого класса и его свойства
Класс java.lang.ClassLoader
Реализует механизмы загрузки классов
Слайд 6Участники механизма рефлексии
Пакет java.lang.reflect
Содержит ряд дополнительных и вспомогательных классов
Field
Описывает поле
объекта
Method
Описывает метод объекта
Constructor
Описывает конструктор объекта
Modifier
Инкапсулирует работу с модификаторами
Array
Инкапсулирует работу с
массивами
Слайд 7Получение представления класса
Метод static Class Class.forName(...)
Возвращает ссылку на представление класса,
полное имя которого указывается параметром типа String
Псевдополе Object.class
Ссылка на представление
указанного класса
Метод Class Object.getClass()
Возвращает ссылку на представление класса, экземпляром которого является объект
Слайд 8Получение представления класса
Метод Class[] Class.getClasses()
Возвращает ссылку на массив ссылок на
объекты Class вложенных типов
Метод Class Class.getDeclaringClass()
Для вложенных типов возвращает ссылку
на объект Class внешнего типа
Метод Class[] Class.getInterfaces()
Возвращает ссылки на описания интерфейсов, от которых наследует тип
Метод Class Class.getSuperclass()
Возвращает ссылку на описание родительского класса
Слайд 9Получение информации о классе
import java.lang.reflect.*;
class ListMethods {
public static void
main(String[] argv)
throws
ClassNotFoundException {
Class c = Class.forName(argv[0]);
Constructor[] cons = c.getConstructors( );
printList("Constructors", cons);
Method[] meths = c.getMethods( );
printList("Methods", meths);
Field[] fields = c.getFields();
printList("Fields", fields);
}
static void printList(String s, Object[] o) {
System.out.println("*** " + s + " ***");
for (int i = 0; i < o.length; i++)
System.out.println(o[i].toString( ));
}
}
Слайд 10Возможности класса Class
Загрузка класса в JVM по его имени
static Class
forName(String name)
Определение вида типа
boolean isInterface()
boolean isLocalClass()
Получение родительских типов
Class getSuperclass()
Class[] getInterfaces()
Получение вложенных типов
Class[] getClasses()
Создание объекта
Object newInstance()
Слайд 11Возможности класса Class
Получение списка всех полей и конкретного поля по
имени
Field[] getFields()
Field getField(...)
Получение списка всех методов и конкретного метода по
имени и списку типов параметров
Method[] getMethods()
Method[] getMethod(...)
Получение списка всех конструкторов и конкретного конструктора по списку типов параметров
Constructor[] getConstructors()
Constructor getConstructor(...)
Слайд 12Исследование методов
...
Class cls = classC.getClass();
Method[] methods = cls.getMethods();
for (int i
= 0; i < methods.length; i++) {
System.out.println("Метод с именем:"
+ methods[i].getName());
Class[] paramTypes = methods[i].getParameterTypes();
for (int j = 0; j < paramTypes.length; j++) {
System.out.println("Параметр типа:" + paramTypes[j].getName());
}
System.out.println("Возвращает:" + methods[i].getReturnType().getName());
System.out.println("");
}
...
Слайд 13Передача параметров в методы
Поскольку на момент написания программы типы и
даже количество параметров неизвестно, используется другой подход:
Ссылки на все параметры
в порядке их следования помещаются в массив типа Object
Если параметр имеет примитивный тип, то в массив помещается ссылка на экземпляр класса-оболочки соответствующего типа, содержащий необходимое значение
Возвращается всегда тип Object
Для ссылочного типа используется приведение типа или рефлексивное исследование
Для примитивных типов возвращается ссылка на экземпляр класса-оболочки, содержащий возвращенное значение
Слайд 14Создание экземпляров классов
Метод Object Class.newInstance()
Возвращает ссылку на новый экземпляр класса,
используется конструктор по умолчанию
Метод
Object Constructor.newInstance(
Object[] initArgs)
Возвращает ссылку на
новый экземпляр класса, с использованием конструктора и указанными параметрами конструктора
Слайд 15Вызов методов
Прямой вызов
Если на момент написания кода известен реальный тип
для полученной ссылки обобщенного типа
Вызов через экземпляр класса Method
Object Method.invoke(Object
obj, Object[] args)
obj – ссылка на объект, у которого должен быть вызван метод
принято передавать null, если метод статический
args – список параметров для вызова методов
Слайд 16Вызов статического метода
import java.lang.reflect.*;
public class Main {
public static void
main(String[] args) {
if (args.length == 3) {
try {
Class c = Class.forName(args[0]);
Method m = c.getMethod(args[1], new Class [] {Double.TYPE});
Double val = Double.valueOf(args[2]);
Object res = m.invoke(null, new Object [] {val});
System.out.println(res.toString());
} catch (ClassNotFoundException e) {
System.out.println("Класс не найден");
} catch (NoSuchMethodException e) {
System.out.println("Метод не найден");
} catch (IllegalAccessException e) {
System.out.println("Метод недоступен");
} catch (InvocationTargetException e) {
System.out.println("При вызове возникло исключение");
}
}
}}
Слайд 17Нововведения Java5
Часть 1
© Составление, Будаев Д.С., Гаврилов А.В., 2013
Лекция 11.2
УНЦ
«Инфоком»
Самара
2013
Слайд 18План лекции
Обзор нововведений
Статический импорт
Автобоксинг
Переменное количество аргументов
Параметризованные типы
Улучшенный цикл for
Перечислимые типы
Аннотации
Слайд 19Что же произошло?
Автоупаковка и автораспаковка (автобоксинг)
Настраиваемые типы
Улучшенный цикл for
Аргументы переменной
длины
Перечислимые типы
Метаданные
Статический импорт
Форматированный ввод/вывод
Изменения пакетов
Слайд 20Проблема
Имеется:
Хотелось бы:
hypot = Math.sqrt(Math.pow(side1, 2)
+ Math.pow(side2, 2));
hypot = sqrt(pow(side1, 2)
+ pow(side2, 2));
Слайд 21Статический импорт
Импорт элемента типа
import static pkg.TypeName.staticMemberName;
Импорт всех элементов типа
import static
pkg.TypeName.*;
import static java.lang.Math.sqrt;
import static java.lang.Math.pow;
import static java.lang.Math.*;
Слайд 22Особенности статического импорта
Повышает удобство написания программ и уменьшает объем кода
Уменьшает
удобство чтения программ
Приводит к конфликтам имен
Мораль: рекомендуется к использованию только
когда действительно необходим
Слайд 23Проблема
Имеется:
Хотелось бы:
List list = new LinkedList();
list.add(new Integer(1));
list.add(new Integer(10));
List list =
new LinkedList();
list.add(1);
list.add(10);
Слайд 24Автоупаковка / автораспаковка
Автоупаковка – процесс автоматической инкапсуляции данных простого типа
в экземпляр соответствующего ему класса-обертки в случаях, когда требуется значение
ссылочного типа
Автораспаковка – процесс автоматического извлечения примитивного значения из объекта-упаковки в случаях, когда требуется значение примитивного типа
List list = new LinkedList();
list.add(1);
int b = (Integer)list.get(0) + 10;
Слайд 25Особенности автоупаковки
Происходит при присваивании, вычислении выражений и при передаче параметров
Объекты
создаются без использования ключевого слова new
Объекты создаются!
Вотще полагать, что примитивные
типы не нужны
Автоупаковка требует существенных ресурсов
Злоупотреблять автоупаковкой вообще не стоит!
Integer i = 15;
Слайд 26Проблема
Имеется:
Хотелось бы:
int s1 = sum(new int[] {1, 2});
int s2 =
sum(new int[] {1, 2, 3});
int s1 = sum(1, 2);
int s2
= sum(1, 2, 3, 4);
Слайд 27Переменное количество аргументов
Пример метода
Пример вызова
int sum(int ... a) {
int
s = 0;
for (int i = 0; i
a.length; i++)
s += a[i];
}
int s2 = sum(1, 2, 3);
int s1 = sum(new int[] {1, 2});
Слайд 28Особенности переменного количества аргументов
Внутри там все равно живет массив…
Аргумент переменной
длинны в методе может быть только один
Аргумент переменной длинны должен
быть последним в списке аргументов метода
В сочетании с перегрузкой методов способен приводить к изумительным ошибкам компиляции в виду неоднозначности кода
Слайд 29Проблема
Имеется:
Хотелось бы:
List list= new LinkedList ();
list.add(10);
list.add(5);
list.add((Integer)list.get(0) + (Integer)list.get(1));
List list= new
LinkedList();
list.add(10);
list.add(5);
list.add(list.get(0) + list.get(1));
Слайд 30Параметризованные типы
Параметризованные типы (настраиваемые типы, generic types)
Позволяют создавать классы, интерфейсы
и методы, в которых тип обрабатываемых данных задается как параметр
Позволяют
создавать более компактный код, чем универсальные (обобщенные) типы, использующие ссылки типа Object
Обеспечивают автоматическую проверку и приведение типов
Позволяют создавать хороший повторно используемый код
Слайд 31Скромный пример
Пример класса
Пример использования
class Generic {
T obj;
Generic(T o)
{obj = o;}
T getObj() {return obj;};
}
Generic iObj;
iObj = new
Generic(33);
int i = iObj.getObj() + 10;
Слайд 32Особенности параметризованных типов
Использовать примитивные типы в качестве параметров-типов нельзя
Если одинаковые
настраиваемые типы имеют различные аргументы, то это различные типы
Обеспечивается более
жесткий контроль типов на стадии компиляции
Слайд 33Общий синтаксис
Объявление настраиваемого типа
class имяКласса {...}
Создание ссылки и объекта настраиваемого
типа
имяКласса имяПеременной = new имяКласса(список-аргументов);
class Generic2 {...}
Generic2 gObj
= new
Generic2(10, "ok");
Слайд 34Ограниченные типы
Ограничение типа позволяет использовать у ссылок методы и поля,
доступные в типе-ограничителе
Типы, не наследующие от указанного, не могут быть
использованы при создании объектов
Как имя типа может быть указан интерфейс!!!
Как имя типа может быть указан ранее введенный параметр!!!
class Stats {
T[] nums;
Stats(T[] o) {nums = o;}
double average() {
double sum = 0.0;
for(int i = 0; i < nums.length; i++)
sum += nums[i].doubleValue();
return sum / nums.length;
}
}
class Generic3> {...}
Слайд 35Метасимвольный аргумент
Что делать при передаче экземпляров параметризованных типов в методы,
т.е. как писать сигнатуру?
Для этого используется метасимвол, обозначающий произвольный тип-параметр
class
Generic {
...
boolean compare(Generic> o) {
return o.getObj() == obj;
}
Слайд 36Метасимвол с ограничениями
Ограничение сверху
sub>
Тип sub не допускается
Слайд 37Параметризованные методы
Методы могут иметь собственные типы-параметры
Фактические аргументы, передаваемые в формальные
аргументы, имеющие тип-параметр, будут проверяться на соответствие типу, причем на
этапе компиляции
Пример метода
Пример использования
public static > T min(T[] v) {
T min = v[0];
for (int i = 1; i < v.length; i++)
if (min.compareTo(v[i]) > 0)
min = v[i];
return min;
}
System.out.println(min(new Integer[] {10, 15, 5}));
Слайд 38Ряд особенностей
Конструкторы могут быть параметризованными (даже если сам класс таковым
не является)
Интерфейсы могут быть параметризованными
Нельзя создавать объекты, используя типы-параметры
Статические члены
класса не могут использовать его типы-параметры
Настраиваемый класс не может расширять класс Throwable
От настраиваемых типов можно наследовать, есть ряд особенностей
Слайд 39Ряд особенностей
Нельзя создать массив типа-параметра
Массивов элементов конкретной версии параметризованного типа
не бывает
class Generic {
T[] vals; //OK
Generic(T[] nums) {
//vals = new T[10]; //Не есть правильно!
vals = nums; //OK
}
}
//Generic[] gens = ew Generic[10];//Nicht OK
Generic>[] gens = new Generic>[10];
Слайд 40И как же это работает?
Механизм стирания
В реальном байт-коде никаких настраиваемых
типов в целом-то и нет…
Информация о настраиваемых типах удаляется на
стадии компиляции
Именно компилятор осуществляет контроль безопасности приведения типов
А внутри после компиляции все те же «обобщенные» классы, явные приведения типов и прочее, и прочее…
Слайд 41Ошибки неоднозначности
«Логически правильный» код
Оказывается неверным с точки зрения компилятора
И это
– самый простой пример…
public class Test {
T first(T[]
arr) {
return arr[0];
}
Object first(Object[] arr) {
return arr[0];
}
}
Test.java:6: first(T[]) is already defined in Test
Object first(Object[] arr) {
^
Слайд 42Проблема
Имеется:
Хотелось бы:
int[] nums = {1, 2, 3, 4, 5};
int sum
= 0;
for (int i = 0; i < 5; i++)
sum += nums[i];
int[] nums = {1, 2, 3, 4, 5};
int sum = 0;
for (int x: nums)
sum += x;
Слайд 43Улучшенный цикл for
(for-each)
Общая форма записи
for (type iterVar : iterableObj) statement;
Тип
элемента
Переменная цикла
Агрегат с элементами
Тело цикла
Слайд 44Работа улучшенного цикла for
В каждом витке цикла «извлекается» очередной элемент
агрегата
Ссылка на него (для ссылочных типов) или значение (для примитивных)
помещается в переменную цикла
Тип переменной цикла должен допускать присвоение элементов агрегата
Цикл выполняется до тех пор, пока не будут перебраны все элементы агрегата
Слайд 45Обработка многомерных массивов
int sum = 0;
int nums[][] = new int[3][5];
for
(int i = 0; i < 3; i++)
for (int
j = 0; j < 5; j++)
nums[i][j] = (i + 1) * (j + 1);
for (int[] x: nums)
for (int y: x)
sum += y;
Слайд 46Особенности улучшенного
цикла for
По сути это внутренний итератор
Переменная цикла доступна только
для чтения…
Порядок обхода в целом не определен…
Нет доступа к соседним
элементам…
Мораль:
Область применения обобщенного цикла for «несколько уже», чем у «необобщенной» версии
Зато для этого класса задач синтаксис обобщенного цикла существенно удобнее
Слайд 47Внимание, вопрос!
А кто же управляет итерациями?
Агрегат обязан реализовывать интерфейс java.lang.Iterable
Сей
интерфейс содержит лишь один элемент
Iterator iterator()
Данный, вроде бы знакомый, интерфейс,
тоже претерпел некоторые изменения:
boolean hasNext()
void remove()
T next()
Слайд 48Проблема
Имеется:
Хотелось бы:
class Apple {
public static final int JONATHAN =
0;
public static final int GOLDENDEL = 1;
public static
final int REDDEL = 2;
public static final int WINESAP = 3;
public static final int CORTLAND = 4;
}
enum Apple {
Jonathan, GoldenDel, RedDel, Winesap, Cortland
}
Слайд 49Перечислимые типы
Перечислимый тип
Apple
Константы перечислимого типа
Jonathan, GoldenDel, RedDel…
Объявление переменной
Присвоение переменной значения
Apple
ap;
ap = Apple.RedDel;
Слайд 50Перечислимые типы
Проверка равенства
Использование в блоке переключателей
if(ap == Apple.GoldenDel)
switch(ap) {
case
Jonathan: //...
case Winsap: //...
default: //...
}
Слайд 51А теперь отличия от классики
Перечислимый тип – это класс!
Да к
тому же имеет методы!
public static enumType[] values()
возвращает ссылку на массив
ссылок на все константы перечислимого типа
public static enumType valueOf(String str)
возвращает константу перечислимого типа, имя которой соответствует указанной строке, иначе выбрасывает исключение
Apple[] allApples = Apple.values();
Apple ap = Apple.valueOf("Jonathan");
Слайд 52И еще отличия…
Можно определять конструкторы, добавлять поля и методы, реализовывать
интерфейсы
enum Apple {
Jonathan(10), GoldenDel(9), RedDel, Winsap(15), Cortland(8);
private int
price;
Apple(int p) {
price = p;
}
Apple() {
price = -1;
}
int getPrice() {
return price;
}
}
Слайд 53Особенности перечислимых типов
Создавать экземпляры с помощью оператора new нельзя!
Все перечислимые
типы наследуют от класса java.lang.Enum
Клонировать экземпляры нельзя, сравнивать и выполнять
прочие стандартные операции – можно
Слайд 54Проблема
Имеется:
вся информация о классе содержится непосредственно в нем
комментарии доступны только
если доступен исходный текст
введение в класс методов, описывающих его семантику,
приводит к существенному снижению понимания кода и его загромождению
Хотелось бы:
иметь средство описания семантики и особенностей класса
это средство должно лежать за пределами самого класса
Слайд 55Метаданные
В основе механизма метаданных лежат так называемые аннотации
Аннотация – это
«интерфейс» специфического вида, позволяющий задавать описания классов и их элементов
Пример
объявления аннотации:
@interface MyAnnotation {
String str();
int val();
}
Слайд 56Особенности аннотаций
Члены-методы имеют, скорее, смысл полей
Тела этих методов будут создаваться
автоматически
Аннотациями можно снабжать классы, методы, поля, параметры, константы перечислимых типов
и аннотации
Пример снабжения аннотацией:
@MyAnnotation(str = "Example", val= 100)
public static void myMeth() {...}
Слайд 57Особенности аннотаций
В любом случае аннотация предшествует объявлению
Все аннотации наследуют от
интерфейса java.lang.annotation.Annotation
Во время выполнения программы информация об аннотациях извлекается средствами
рефлексии
После получения ссылки на объект аннотации у него можно вызывать методы, возвращающие заданные при аннотировании значения
Слайд 58Особенности аннотаций
Для методов допускаются значения по умолчанию
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@interface MyAnnotation {
String
str() default "Testing";
int val() default 9000;
}
// @MyAnnotation()
// @MyAnnotation(str =
"some string");
// @MyAnnotation(val = 100);
// @MyAnnotation(str = "Testing", val = 100);
Слайд 59Особенности аннотаций
Бывают одночленные аннотации
Содержат один член и имеют сокращенную форму
записи
Бывают аннотации-маркеры
Предназначены только для пометки элементов
@interface MySingle {
int value();
//Имя только такое!
}
// @MySingle(100)
@interface MyMarker {}
// @MyMarker()
Слайд 60Правила сохранения аннотаций
Правила сохранения аннотаций определяют, в какой момент аннотации
будут уничтожены
Правила задаются с помощью перечислимого типа java.lang.annotation.RetentionPolicy
Существует три правила:
SOURCE
аннотации
отбрасываются на этапе компиляции
CLASS
сохраняются в байт-коде, но недоступны JVM во время выполнения программы
RUNTIME
доступны JVM во время выполнения программы
В зависимости от цели аннотации ей задается то или иное правило сохранения
Слайд 61Правила сохранения аннотаций
Задание правила сохранения производится с помощью аннотации java.lang.annotation.Retention
По
умолчанию задается правило CLASS
Пример задания правила сохранения:
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@interface myAnnotation {
String
str();
int val();
}
Слайд 62Стандартные аннотации
(работа с аннотациями)
@Retention
Применяется к аннотациям, позволяет задать правило сохранения
@Documented
Применяется
к аннотациям, указывает, что она должна быть документирована
@Target
Применяется к аннотациям,
позволяет указать типы объектов, к которым данная аннотация может применятся
@Inherited
Применяется к аннотациям классов, указывает, что данная аннотация будет унаследована потомками класса
Слайд 63Стандартные аннотации
(инструкции компилятора)
@Override
Применяется к методам, указывает, что метод обязан переопределять
метод родительского класса
@Deprecated
Указывает на то, что объявление является устаревшим или
вышедшим из употребления
@SupressWarnings
Указывает на то, что указанные виды предупреждений компилятора не будут показываться
Слайд 64Особенности аннотаций
Аннотация не может наследовать другую аннотацию
Методы аннотаций не должны
иметь параметров
Возвращаемый тип методов:
примитивный тип
String
Class
перечислимый тип
другой тип аннотации
массив элементов
одного из вышеперечисленных типов
Аннотации не могут быть настраиваемыми
Методы не могут объявлять исключения
Слайд 66Дополнительные источники
Арнолд, К. Язык программирования Java [Текст] / Кен Арнолд,
Джеймс Гослинг, Дэвид Холмс. – М. : Издательский дом «Вильямс»,
2001. – 624 с.
Вязовик, Н.А. Программирование на Java. Курс лекций [Текст] / Н.А. Вязовик. – М. : Интернет-университет информационных технологий, 2003. – 592 с.
Эккель, Б. Философия Java [Текст] / Брюс Эккель. – СПб. : Питер, 2011. – 640 с.
Шилдт, Г. Java 2, v5.0 (Tiger). Новые возможности [Текст] / Герберт Шилдт. – СПб. : БХВ-Петербург, 2005. – 206 с.
JavaSE at a Glance [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.oracle.com/technetwork/java/javase/overview/index.html, дата доступа: 21.10.2011.
JavaSE APIs & Documentation [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.oracle.com/technetwork/java/javase/documentation/api-jsp-136079.html, дата доступа: 21.10.2011.