实例讲解Java编程中数组反射的使用方法

 更新时间:2016年04月25日 14:22:53   转载 作者:RiccioZhang  
这篇文章主要介绍了Java编程中数组反射的使用方法,通过编写数组反射工具类可以重用许多基础代码,减少对类型的判断过程,需要的朋友可以参考下

什么是反射
“反射(Reflection)能够让运行于JVM中的程序检测和修改运行时的行为。”这个概念常常会和内省(Introspection)混淆,以下是这两个术语在Wikipedia中的解释:

  • 内省用于在运行时检测某个对象的类型和其包含的属性;
  • 反射用于在运行时检测和修改某个对象的结构及其行为。
  • 从它们的定义可以看出,内省是反射的一个子集。有些语言支持内省,但并不支持反射,如C++。

内省示例:instanceof 运算符用于检测某个对象是否属于特定的类。

if (obj instanceof Dog) {
  Dog d = (Dog) obj;
  d.bark();
}

反射示例:Class.forName()方法可以通过类或接口的名称(一个字符串或完全限定名)来获取对应的Class对象。forName方法会触发类的初始化。

// 使用反射
Class<?> c = Class.forName("classpath.and.classname");
Object dog = c.newInstance();
Method m = c.getDeclaredMethod("bark", new Class<?>[0]);
m.invoke(dog);

在Java中,反射更接近于内省,因为你无法改变一个对象的结构。虽然一些API可以用来修改方法和属性的可见性,但并不能修改结构。

数组的反射
数组的反射有什么用呢?何时需要使用数组的反射呢?先来看下下面的代码:

Integer[] nums = {1, 2, 3, 4}; 
Object[] objs = nums; //这里能自动的将Integer[]转成Object[] 
Object obj = nums; //Integer[]当然是一个Object 
int[] ids = {1, 2, 3, 4}; 
//Object[] objs2 = ids; //这里不能将int[]转换成Object[] 
Object obj2 = ids; //int[] 是一个Object 

上面的例子表明:基本类型的一维数组只能当做Object,而不能当作Object[]。

int[][] intArray = {{1, 2}, {3, 4}}; 
Object[] oa = intArray; 
Object obj = intArray; 
//Integer[][] integerArray = intArray; int[][] 不是 Integer[][] 
Integer[][] integerArray2 = new Integer[][]{{1, 2}, {3, 4}}; 
Object[][] oa2 = integerArray2; 
Object[] oa3 = integerArray2; 
Object obj2 = integerArray2; 

从上面的例子可以看出java的二位数组是数组的数组。下面来看下对数组进行反射的例子:

package cn.zq.array.reflect; 
 
import java.lang.reflect.Array; 
import java.util.Arrays; 
import java.util.Random; 
 
public class ArrayReflect { 
  public static void main(String[] args) { 
    Random rand = new Random(47); 
    int[] is = new int[10]; 
    for(int i = 0; i < is.length; i++) { 
      is[i] = rand.nextInt(100); 
    } 
    System.out.println(is); 
    System.out.println(Arrays.asList(is)); 
    /*以上的2个输出都是输出类似"[[I@14318bb]"的字符串, 
      不能显示数组内存放的内容,当然我们采用遍历的方式来输出数组内的内容*/ 
    System.out.println("--1.通过常规方式遍历数组对数组进行打印--"); 
    for(int i = 0; i < is.length; i++) { 
      System.out.print(is[i] + " "); 
    } 
    System.out.println(); 
    System.out.println("--2.通过数组反射的方式遍历数组对数组进行打印--"); 
    Object obj = is; //将一维的int数组向上转为Object 
    System.out.println("obj isArray:" + obj.getClass().isArray()); 
    for(int i = 0; i < Array.getLength(obj); i++) { 
      int num = Array.getInt(obj, i); 
      //也能通过这个常用的方法来获取对应索引位置的值 
      //Object value = Array.get(obj, i); //如果数组存放的是基本类型,那么返回的是基本类型对应的包装类型 
      System.out.print(num + " "); 
    } 
  } 
} 

输出:

[I@14318bb 
[[I@14318bb] 
--1.通过常规方式遍历数组对数组进行打印-- 
58 55 93 61 61 29 68 0 22 7  
--2.通过数组反射的方式遍历数组对数组进行打印-- 
obj isArray:true 
58 55 93 61 61 29 68 0 22 7 

上面的例子首先创建了一个int的一维数组,然后随机的像里面填充0~100的整数,接着通过System.out.println()方法直接对数组输出或者用Arrays.asList方法(如果不是基本类型的一维数组此方法能按照期望转成List,如果是二维数组也不能按照我们期望转成List)将数组转成List再输出,通过都不是我们期望的输出结果。接下来以常规的数组的遍历方式来输出数组内的内容,然后将int[]看成是一个Object,利用反射来遍历其内容。Class.isArray()可以用来判断是对象是否为一个数组,假如是一个数组,那么在通过java.lang.reflect.Array这个对数组反射的工具类来获取数组的相关信息,这个类通过了一些get方法,可以用来获取数组的长度,各个版本的用来获取基本类型的一维数组的对应索引的值,通用获取值的方法get(Object array, int index),设置值的方法,还有2个用来创建数组实例的方法。通过数组反射工具类,可以很方便的利用数组反射写出通用的代码,而不用再去判断给定的数组到底是那种基本类型的数组。

package cn.zq.array.reflect; 
 
import java.lang.reflect.Array; 
 
public class NewArrayInstance { 
  public static void main(String[] args) { 
    Object o = Array.newInstance(int.class, 20); 
    int[] is = (int[]) o; 
    System.out.println("is.length = " + is.length); 
    Object o2 = Array.newInstance(int.class, 10, 8); 
    int[][] iss = (int[][]) o2; 
    System.out.println("iss.length = " + iss.length  
        + ", iss[0].lenght = " + iss[0].length); 
  } 
} 

is.length = 20 
iss.length = 10, iss[0].lenght = 8 

Array总共通过了2个方法来创建数组
Object newInstance(Class<?> componentType, int length),根据提供的class来创建一个指定长度的数组,如果像上面那样提供int.class,长度为10,相当于new int[10];
Object newInstance(Class<?> componentType, int... dimensions),根据提供的class和维度来创建数组,可变参数dimensions用来指定数组的每一维的长度,像上面的例子那样相当于创建了一个new int[10][8]的二维数组,但是不能创建每一维长度都不同的多维数组。通过第一种创建数组的方法,可以像这样创建数组Object o = Array.newInstance(int[].class, 20)可以用来创建二维数组,这里相当于Object o = new int[20][];
当然通过上面例子那样来创建数组的用法是很少见的,其实也是多余的,为什么不直接通过new来创建数组呢?反射创建数组不仅速度没有new快,而且写的程序也不易读,还不如new来的直接。事实上通过反射创建数组确实很少见,是有何种变态的需求需要用反射来创建数组呢!
由于前面对基本类型的数组进行输出时遇到一些障碍,下面将利用数组反射来实现一个工具类来实现期望的输出:

package cn.zq.util; 
 
import java.io.ByteArrayOutputStream; 
import java.io.PrintStream; 
import java.lang.reflect.Array; 
 
public class Print { 
  public static void print(Object obj) { 
    print(obj, System.out); 
  } 
  public static void print(Object obj, PrintStream out) { 
    out.println(getPrintString(obj)); 
  } 
  public static void println() { 
    print(System.out); 
  } 
  public static void println(PrintStream out) { 
    out.println(); 
  } 
  public static void printnb(Object obj) { 
    printnb(obj, System.out); 
  } 
  public static void printnb(Object obj, PrintStream out) { 
    out.print(getPrintString(obj)); 
  } 
  public static PrintStream format(String format, Object ... objects) { 
    return format(System.out, format, objects); 
  } 
  public static PrintStream format(PrintStream out, String format, Object ... objects) { 
    Object[] handleObjects = new Object[objects.length]; 
    for(int i = 0; i < objects.length; i++) { 
      Object object = objects[i]; 
      if(object == null || isPrimitiveWrapper(object)) { 
        handleObjects[i] = object; 
      } else { 
        ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream(); 
        PrintStream ps = new PrintStream(bos); 
        printnb(object, ps); 
        ps.close(); 
        handleObjects[i] = new String(bos.toByteArray()); 
      } 
    } 
    out.format(format, handleObjects); 
    return out; 
  } 
  /** 
   * 判断给定对象是否为基本类型的包装类。 
   * @param o 给定的Object对象 
   * @return 如果是基本类型的包装类,则返回是,否则返回否。 
   */ 
  private static boolean isPrimitiveWrapper(Object o) { 
    return o instanceof Void || o instanceof Boolean 
        || o instanceof Character || o instanceof Byte  
        || o instanceof Short || o instanceof Integer  
        || o instanceof Long || o instanceof Float 
        || o instanceof Double; 
  } 
  public static String getPrintString(Object obj) { 
    StringBuilder result = new StringBuilder(); 
    if(obj != null && obj.getClass().isArray()) { 
      result.append("["); 
      int len = Array.getLength(obj); 
      for(int i = 0; i < len; i++) { 
        Object value = Array.get(obj, i); 
        result.append(getPrintString(value)); 
        if(i != len - 1) { 
          result.append(", "); 
        } 
      } 
      result.append("]"); 
    } else { 
      result.append(String.valueOf(obj)); 
    } 
    return result.toString(); 
  } 
} 

上面的Print工具类提供了一些实用的进行输出的静态方法,并且提供了一些重载版本,可以根据个人的喜欢自己编写一些重载的版本,支持基本类型的一维数组的打印以及多维数组的打印,看下下面的Print工具进行测试的示例:

package cn.zq.array.reflect; 
 
import static cn.zq.util.Print.print; 
 
import java.io.PrintStream; 
 
import static cn.zq.util.Print.*; 
 
public class PrintTest { 
  static class Person { 
    private static int counter; 
    private final int id = counter ++; 
    public String toString() { 
      return getClass().getSimpleName() + id; 
    } 
  } 
   
  public static void main(String[] args) throws Exception { 
    print("--打印非数组--"); 
    print(new Object()); 
    print("--打印基本类型的一维数组--"); 
    int[] is = new int[]{1, 22, 31, 44, 21, 33, 65}; 
    print(is); 
    print("--打印基本类型的二维数组--"); 
    int[][] iss = new int[][]{ 
        {11, 12, 13, 14}, 
        {21, 22,}, 
        {31, 32, 33} 
    }; 
    print(iss); 
    print("--打印非基本类型的一维数组--"); 
    Person[] persons = new Person[10]; 
    for(int i = 0; i < persons.length; i++) { 
      persons[i] = new Person(); 
    } 
    print(persons); 
    print("--打印非基本类型的二维数组--"); 
    Person[][] persons2 = new Person[][]{ 
        {new Person()}, 
        {new Person(), new Person()}, 
        {new Person(), new Person(), new Person(),}, 
    }; 
    print(persons2); 
    print("--打印empty数组--"); 
    print(new int[]{}); 
    print("--打印含有null值的数组--"); 
    Object[] objects = new Object[]{ 
        new Person(), null, new Object(), new Integer(100) 
    }; 
    print(objects); 
    print("--打印特殊情况的二维数组--"); 
    Object[][] objects2 = new Object[3][]; 
    objects2[0] = new Object[]{}; 
    objects2[2] = objects; 
    print(objects2); 
    print("--将一维数组的结果输出到文件--"); 
    PrintStream out = new PrintStream("out.c"); 
    try { 
      print(iss, out); 
    } finally { 
      out.close(); 
    } 
    print("--格式化输出--"); 
    format("%-6d%s %B %s", 10086, "is", true, iss); 
    /** 
     * 上面列出了一些Print工具类的一些常用的方法, 
     * 还有一些未列出的方法,请自行查看。 
     */ 
  } 
} 

输出:

--打印非数组-- 
java.lang.Object@61de33 
--打印基本类型的一维数组-- 
[1, 22, 31, 44, 21, 33, 65] 
--打印基本类型的二维数组-- 
[[11, 12, 13, 14], [21, 22], [31, 32, 33]] 
--打印非基本类型的一维数组-- 
[Person0, Person1, Person2, Person3, Person4, Person5, Person6, Person7, Person8, Person9] 
--打印非基本类型的二维数组-- 
[[Person10], [Person11, Person12], [Person13, Person14, Person15]] 
--打印empty数组-- 
[] 
--打印含有null值的数组-- 
[Person16, null, java.lang.Object@ca0b6, 100] 
--打印特殊情况的二维数组-- 
[[], null, [Person16, null, java.lang.Object@ca0b6, 100]] 
--将一维数组的结果输出到文件-- 
--格式化输出-- 
10086 is TRUE [[11, 12, 13, 14], [21, 22], [31, 32, 33]] 

输出文件:

2016425142151040.png (1111×352)

可见Print工具类已经具备打印基本类型的一维数组以及多维数组的能力了,总体来说上面的工具类还是挺实用的,免得每次想要看数组里面的内容都有手动的去编写代码,那样是在是太麻烦了,以后直接把Print工具类拿过去用就行了,多么的方便啊。
上面的工具类确实能很好的工作,但是假如有这样一个需求:给你一个数组(也有可能是其他的容器),你给我整出一个List。那么我们应该怎样做呢?事实上Arrays.asList不总是能得到我们所期望的结果,java5虽然添加了泛型,但是是有限制的,并不能像c++的模板那样通用,正是因为java中存在基本类型,即使有自动包装的机制,与泛型一起并不能使用,参数类型必须是某种类型,而不能是基本类型。下面给出一种自己的解决办法:

package cn.zq.util; 
 
import java.lang.reflect.Array; 
import java.util.ArrayList; 
import java.util.Arrays; 
import java.util.Enumeration; 
import java.util.Iterator; 
import java.util.List; 
import java.util.Map; 
 
public class CollectionUtils { 
   
  public static List<?> asList(Object obj) { 
    return convertToList( 
        makeIterator(obj)); 
  } 
  public static <T>List<T> convertToList(Iterator<T> iterator) { 
    if(iterator == null) { 
      return null; 
    } 
    List<T> list = new ArrayList<T>(); 
    while(iterator.hasNext()) { 
      list.add(iterator.next()); 
    } 
    return list; 
  } 
  @SuppressWarnings({ "rawtypes", "unchecked" }) 
  public static Iterator<?> makeIterator(Object obj) { 
    if(obj instanceof Iterator) { 
      return (Iterator<?>) obj; 
    } 
    if(obj == null) { 
      return null; 
    } 
    if(obj instanceof Map) { 
      obj = ((Map<?, ?>)obj).entrySet(); 
    } 
     
    Iterator<?> iterator = null; 
    if(obj instanceof Iterable) { 
      iterator = ((Iterable<?>)obj).iterator(); 
    } else if(obj.getClass().isArray()) { 
      //Object[] objs = (Object[]) obj; //原始类型的一位数组不能这样转换 
      ArrayList list = new ArrayList(Array.getLength(obj)); 
      for(int i = 0; i < Array.getLength(obj); i++) { 
        list.add(Array.get(obj, i)); 
      } 
      iterator = list.iterator(); 
    } else if(obj instanceof Enumeration) { 
      iterator = new EnumerationIterator((Enumeration) obj); 
    } else { 
      iterator = Arrays.asList(obj).iterator(); 
    } 
    return iterator; 
  } 
   
  public static class EnumerationIterator<T> implements Iterator<T> { 
    private Enumeration<T> enumeration; 
    public EnumerationIterator(Enumeration<T> enumeration) { 
      this.enumeration = enumeration; 
    } 
    public boolean hasNext() { 
      return enumeration.hasMoreElements(); 
    } 
    public T next() { 
      return enumeration.nextElement(); 
    } 
    public void remove() { 
      throw new UnsupportedOperationException(); 
    } 
  } 
} 

测试代码:

package cn.zq.array.reflect; 
 
import java.util.Iterator; 
import java.util.List; 
 
import cn.zq.array.reflect.PrintTest.Person; 
import cn.zq.util.CollectionUtils; 
 
public class CollectionUtilsTest { 
  public static void main(String[] args) { 
    System.out.println("--基本类型一维数组--"); 
    int[] nums = {1, 3, 5, 7, 9}; 
    List<?> list = CollectionUtils.asList(nums); 
    System.out.println(list); 
    System.out.println("--非基本类型一维数组--"); 
    Person[] persons = new Person[]{ 
        new Person(), 
        new Person(), 
        new Person(), 
    }; 
    List<Person> personList = (List<Person>) CollectionUtils.asList(persons); 
    System.out.println(personList); 
    System.out.println("--Iterator--"); 
    Iterator<Person> iterator = personList.iterator(); 
    List<Person> personList2 = (List<Person>) CollectionUtils.asList(iterator); 
    System.out.println(personList2); 
 
  } 
} 

输出:

--基本类型一维数组-- 
[1, 3, 5, 7, 9] 
--非基本类型一维数组-- 
[Person0, Person1, Person2] 
--Iterator-- 
[Person0, Person1, Person2] 

在java的容器类库中可以分为Collection,Map,数组,由于Iterator(以及早期的遗留接口Enumeration)是所有容器的通用接口并且Collection接口从Iterable(该接口的iterator将返回一个Iterator),所以在makeIterator方法中对这些情形进行了一一的处理,对Map类型,只需要调用其entrySet()方法,对于实现了Iterable接口的类(Collection包含在内),调用iterator()直接得到Iterator对象,对于Enumeration类型,利用适配器EnumerationIterator进行适配,对于数组,利用数组反射遍历数组放入ArrayList中,对于其他的类型调用Arrays.asList()方法创建一个List。CollectionUtils还提供了一些其他的方法来进行转换,可以根据需要添加自己需要的方法。

总结:数组的反射对于那些可能出现数组的设计中提供更方便、更灵活的方法,以免写那些比较麻烦的判断语句,这种灵活性付出的就是性能的代价,对于那些根本不需要数组反射的情况下用数组的反射实在是不应该。是否使用数组的反射,在实际的开发中仁者见仁智者见智,根据需要来选择是否使用数组的反射,最好的方式就是用实践来探路,先按照自己想到的方式去写,在实践中不断的完善。

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