Reflexion (englisch reflection) bedeutet in der Programmierung, dass ein Programm seine eigene Struktur kennt (englisch introspection) und/oder diese modifizieren kann (englisch intercession).
Details
Reflexion ermöglicht bei objektorientierter Programmierung beispielsweise zur Laufzeit die Abfrage von Informationen über die Klassen, aus denen Objekte instanziiert werden. Bei einer Klasse sind dies beispielsweise der Name der Klasse, die definierten Felder und Methoden. Bei einer Methode sind das wiederum deren Sichtbarkeit, der Datentyp des Rückgabewertes oder der Typ der Übergabeparameter. Die Umsetzung der Abfragemöglichkeiten ist sprachspezifisch.
Reflexion ist eine Voraussetzung für die dynamische Typsicherheit. Typen werden hierbei zur Ausführungszeit überprüft und können reflexiv abgefragt werden. Ebenso wird sie für die Realisierung von Persistenz (persistente Datenhaltung von Objekten und deren Beziehungen) verwendet: Welche Daten zu speichern sind, kann die Persistenz-Realisierung zur Laufzeit über Reflexion erfragen. Für unterschiedliche (Objekt-)Strukturen müssen dann keine spezifischen Speicherfunktionen implementiert werden.
Die Ausführungsgeschwindigkeit von Code per Reflexion ist für gewöhnlich geringer als die von statischem Code. Dies liegt unter anderem an den String-Vergleichen der entsprechenden Namen der gewünschten Methoden, Eigenschaften usw. mit den Einträgen in den Metadaten. Jedoch bietet Reflexion eine sehr hohe Laufzeitflexibilität, da Code dynamisch aufgerufen werden kann, neue Instanzen erstellt oder sogar Typen und Objekte dynamisch neu strukturiert werden können.
Sprachunterstützung
Für die Realisierung der Reflexion ist das Speichern von Metainformation im ausführbaren Code des Programms notwendig, welche zur Laufzeit ausgelesen wird.
Bei interpretierenden Programmiersprachen liegt zur Ausführungszeit der ursprüngliche Programmcode vor, was neben dem Zugriff auf die Strukturinformation (Methodendeklaration) auch den Zugriff auf die Implementierung ermöglicht. Beispiele dafür sind PHP, Lisp, Python, Smalltalk und Tcl.
Weiterhin wird Reflexion häufig von Frameworks oder Sprachen unterstützt, die in einer virtuellen Maschine ausgeführt werden, beispielsweise Java oder Smalltalk. Auch alle Sprachen, die das .Net-Framework verwenden, müssen laut der Common Language Specification (CLS) die für Reflexion notwendigen Informationen als Metadaten speichern, wie z. B. C#, Object Pascal, VB.NET oder IronPython.
Im Prinzip kann auch Maschinencode im RAM, der von einem Mikroprozessor ausgeführt wird, als reflexiv betrachtet werden. Ein solches Programm ist in der Lage, seine Anweisungen wie Daten zu behandeln, und kann deshalb seine Struktur analysieren und verändern.
Beispiele
C#
Das folgende Beispiel zeigt eine Methode, die eine beliebige andere Methode eines gegebenen Objekts aufruft und deren Rückgabewert zurückgibt. Aus Gründen der Vereinfachung unterstützt dieses Beispiel nur den Aufruf von Methoden ohne Parameter, die Zeichenketten ("String") zurückgeben.
Java
Das folgende Beispiel zeigt eine Methode, die der Funktionalität des C#-Beispiels entspricht.
Die folgende Anweisung würde dann die Methode getVorname() des Objekts person aufrufen und deren Rückgabewert ausgeben.
Common Lisp
PHP
Die angegebene Anweisung würde dann die Eigenschaften der Klasse "ExampleClass" als Ausgabe zurückliefern.
Die folgende Anweisung liefert beispielsweise die statischen Variablen der Klasse, wenn welche existieren:
Python
Die Namen der Attribute eines Objekts können mit der eingebauten Funktion dir ermittelt werden.
Das Attribute __doc__ enthält die Dokumentation eines Objects.
Das Standardmodul inspect erlaubt den Zugriff auf viele Eigenschaften von Python-Objekten, einschließlich Python-Code.
Ruby
Smalltalk
Statt Methodenaufrufen auf Objekten werden diesen in Smalltalk Nachrichten gesendet. Die Methoden, welche Reflexion ermöglichen, haben ähnliche Namen wie in Ruby.
Man kann auch den Quellcode einer Methode erfragen:
Eine einfache Beispielklasse, die ein Buch modelliert:
Die Initialisierungsmethode:
Man kann nun direkt die Klasse Book nach ihren Instanzvariablen fragen:
Auch kann man alle Methoden erfragen:
Man kann auch hier Quellcode einer Methode erfragen:
Tcl
Das folgende Beispiel zeigt eine Methode rufe, die der Funktionalität des obigen C#- und Java-Beispiels entspricht.
Die folgende Anweisung würde dann die Methode getVorname des Objekts person aufrufen und deren Rückgabewert ausgeben.
Weblinks
- Reflection und Annotationen (Memento vom 17. Dezember 2015 im Internet Archive)
- Tiefe Einblicke in CLR: Reflection in .NET (C#) im MSDN
- Seminararbeit zum Thema reflexive Programmiersprachen (Konzepte und Umsetzung in Java)
- Reflection in PHP
- GNU Smalltalk
Einzelnachweise
