C++反射机制

在很多程序设计中，经常会遇到这样的需求，即可以通过类的名字得到对应类型的对象，尤其是一种数据需要很多策略处理的时候。比如对于网页类型的识别，一篇网页可能是视频类型、新闻类型、图片类型、网站首页、百科等很多类型中的一种，网页类型对于搜索引擎来说是非常重要的，计算rank的时候网页类型往往是一个非常重要的因子。具体实现的时候，网页类型识别的策略可以封装在类中，这样一个策略就可以设计成一个类。但是后期随着对网页理解的越来越深入，就会出现以下两种情景：

1.需要添加新的网页类型，因此需要添加对应的类型识别类；
2.有些类型已经不再需要或者是进行了重新划分，那么需要删除掉这些类型或者是让这些类型识别模块不再生效。
　　这种应用场景下，添加或移除网页类型识别模块时，最好能够非常方便，并且不会影响到已有的程序。
　　一个比较好的方案是，定义一个类型识别的基类PageTypeDetector，每个类型识别策略都继承自这个基类。比如需要一个新闻页识别的新策略，那么定义类NewsPageTypeDetector，该类继承PageTypeDetector。在添加NewsPageTypeDetector到网页类型识别的主程序时，在配置文件中进行配置，添加NewsPageTypeDetector类，让该类生效，而主程序和其他类型识别策略的程序都不需要进行改动。另外，如果不再需要图片网页类型识别，那么就把图片类型识别对应的类名直接从配置发文件中删除即可。

　　为了实现上述目标，我们需要从类名到类型的映射，可以称为反射。因为配置文件中的信息在程序内部得到的都是纯字符串，程序需要根据字符串生成对应的识别类。当然，这个在本身已包含反射机制的程序设计语言中很容易实现，比如JAVA，但是由于C++中语言本身不支持这种机制，因此，需要用其他的方法来模拟这种机制。

　　首先，我们从最简单的方式开始，定义一个工厂方法，该方法负责根据类名生成相应类的对象，函数定义可以如下：

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PageTypeDetector* DetectorFactoryCreate(const string& class_name);

　　生成新闻网页类型识别的类可以如下调用：

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PageTypeDetector* news_page_detector = DetectorFactoryCreate(“NewsPageTypeDetector”);

　　DetectorFactoryCreate工厂方法中的实现逻辑大致是这样：

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if (class_name == “NewsDocTypeDetector”) {

　　return new NewsDocTypeDetector;

} else if (class_name == “…”) {

　　 return new …;

}

　　使用如上工厂方法创建类的方式具有非常明显的缺陷，每添加或删除一个新类，都需要修改工厂方法内的程序（添加if判断或者删除if判断，并且需要添加新类的头文件或者类声明），当然了，因为程序有了修改所以就需要重新编译（如果很多其他模块依赖该程序的话，重新编译也是一笔不小的开销）。显然，这种方式虽然简单，但是极不易于维护。

　　这里，提出一个使用非常方便并且易于维护的解决方案，那就是使用宏。虽然c++创始人Bjarne Stroustrup极力反对使用宏，但是在一些特定的场景中合理的使用宏会带来意想不到的效果。

　　首先，从使用宏最简单的一个实现开始，目标是可以通过类的名字得到相应的对象，因此应该有个方法类似于如下：

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Any GetInstanceByName(const string& class_name)；

　　返回值为Any，因为不知道返回值究竟是什么类型，所以假定可以返回任何类型，这里的Any使用的是Boost中的Any。该方法中需要new一个类型为class_name的对象返回，那么应该如何new该对象呢?借用上面使用工厂方法的经验，可以进一步使用工厂类，对于每个类，都有一个相应的工厂类ObjectFactoryClassName，由该工厂类负责生成相应的对象（为什么要使用工厂类？后面再作简单介绍）。

　　有了工厂类，也需要将类名与工厂类对应起来，对应方式可以使用map

define REFLECTOR(name) \

class ObjectFactory##name { \

public: \

Any NewInstance() { \

return Any(new name); \} \

}; \

void register_factory_##name() { \

if (object_factory_map.find(#name) == object_factory_map.end()) { \  object_factory_map[#name] = new ObjectFactory##name(); \} \

} \

attribute(constructor)void register_factory##name();

// 调用文件test.cc

class TestClass {

public:

void Out() {

cout << "i am TestClass" << endl;

}

};

REFLECTOR(TestClass);

// main函数

int main() {

Any instance = GetInstanceByName(“TestClass”);

TestClass* test_class = instance.any_cast();

return 0;

}

　　到这里还有一个问题，全局变量ObjectFactoryMap是不能放在头文件中的，因为如果多个类包含该头文件时，就会出现重复定义的错误，是编译不过的。因此，将该变量放在其源码reflector.cc文件中：

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// reflector.h，包含声明：

extern map

define REFLECTOR(name) \

class ObjectFactory##name : public ObjectFactory { \

public: \

Any NewInstance() { \

return Any(new name); \

} \

}; \

void register_factory_##name() { \

if (object_factory_map().find(#name) == object_factory_map().end()) { \  object_factory_map()[#name] = new ObjectFactory##name(); \} \

} \

attribute(constructor)void register_factory##name()

// reflector.cc

map

define REFLECTOR_BASE(base_class) \

class base_class##Reflector { \

public: \

static base_class* GetInstanceByName(const string& name) { \

 map<string, ObjectFactory*>& map = object_factory_map()[#base_class]; \ map<string, ObjectFactory*>::iterator iter = map.find(name); \ if (iter == map.end()) { \   return NULL; \ } \  Any object = iter->second->NewInstance(); \  return *(object.any_cast<base_class*>()); \

} \

};

　　这里就不再详细讲修改后的代码了，有兴趣的朋友可以自己实现。

注：

　　至于上面为什么需要使用工厂类，而不是直接new一个对应的对象返回，原因是直接new是不可以的。例如如下定义：

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define REFLECT(name) \

Any GetInstanceByName(const string& class_name) {

return Any(new name);

}

　　如果是多个类使用的话，那么就会出现多个函数的定义。如果也借助工厂类的实现，如下实现：

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define REFLECT(name) \

Any GetInstanceByName##name(const string& class_name) {

return Any(new name);

}

　　这样是不会出现重复定义了，但是这样在生产新的对象时需要指定特定的函数，这不又回到原点了吗？因此工厂类充当的是个中介的角色，我们可以保存工厂类，然后根据名称寻找特定的工厂类来生成对应的对象。

注：

为什么需要使用函数添加工厂类？因为在程序中，全局空间中只能是变量的声明和定义，而不能是语句，例如：

可以这样写：

int a = 10;

int main() {}

但是不能这样写：

int a;

a = 10;

int main() {}

需要注意的知识点：
1.工厂模式；
2.全局变量的定义需要注意，不能定义在头文件中（当如，如果经过特殊处理，例如使用#ifndef保护另说）；
3.Any类型的实现；（准备写另外一篇文章来探讨其实现细节）
4.宏的定义以及使用；（基本覆盖了宏的所有知识）
5.全局变量构造函数与attribute((constructor))的执行顺序；（调试了很久）
6.attribute((constructor))的问题；（编译器有关，放在函数定义前或定义后）
7.全局空间只能是声明或者定义，不能是语句；
8.static在函数中的使用；
9.全局变量类的定义与使用。