实例讲解Java编程中数组反射的使用方法
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：
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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