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= C++反射技术 =

'''反射（Reflection）'''是程序在运行时检查、修改自身结构或行为的能力。在C++中，反射并非语言原生支持的特性，但可以通过多种技术手段实现。本章将深入探讨C++反射的核心概念、实现方法及典型应用场景。

== 基本概念 ==
反射允许程序在运行时实现以下功能：
* 类型信息查询（类名、成员变量、方法等）
* 动态对象创建（通过类名字符串实例化对象）
* 属性遍历与修改（无需硬编码访问成员）

C++标准库提供的'''RTTI（Run-Time Type Information）'''是有限的反射支持，但功能较弱。完整反射通常需要手动实现或借助第三方库。

=== 技术对比 ===
{| class="wikitable"
|-
! 技术类型 !! 优点 !! 缺点
|-
| RTTI | 语言内置支持 | 只能获取类型名称和继承关系
|-
| 代码生成 | 功能完整，性能好 | 需要预处理步骤
|-
| 模板元编程 | 编译期完成 | 实现复杂度高
|}

== 实现方法 ==

=== 1. 基于RTTI的基础反射 ===
<syntaxhighlight lang="cpp">
#include <typeinfo>
#include <iostream>

class MyClass {
public:
    virtual ~MyClass() = default;
};

int main() {
    MyClass obj;
    std::cout << "Type name: " << typeid(obj).name() << "\n";
    // 输出可能为：Type name: 7MyClass（取决于编译器）
}
</syntaxhighlight>

'''注意'''：<code>typeid().name()</code>的结果是编译器相关的，可能需要demangle处理。

=== 2. 手动注册类型系统（完整反射实现） ===
以下示例展示一个简易反射系统的核心结构：

<syntaxhighlight lang="cpp">
#include <string>
#include <unordered_map>
#include <functional>
#include <memory>

class TypeDescriptor {
public:
    virtual ~TypeDescriptor() = default;
    virtual std::string GetName() const = 0;
};

template <typename T>
class TypeFactory {
public:
    static std::unique_ptr<T> Create() { return std::make_unique<T>(); }
};

class ReflectionSystem {
    static std::unordered_map<std::string, std::function<std::unique_ptr<void>()>> creators;
public:
    template <typename T>
    static void RegisterType(const std::string& name) {
        creators[name] = [] { return TypeFactory<T>::Create(); };
    }
    
    static std::unique_ptr<void> CreateInstance(const std::string& name) {
        auto it = creators.find(name);
        return it != creators.end() ? it->second() : nullptr;
    }
};

// 使用示例
class GameObject {
public:
    virtual ~GameObject() = default;
    virtual void Update() = 0;
};

class Player : public GameObject {
public:
    void Update() override { std::cout << "Player updating\n"; }
};

int main() {
    ReflectionSystem::RegisterType<Player>("Player");
    auto obj = ReflectionSystem::CreateInstance("Player");
    // 实际使用时需要转换为具体类型
}
</syntaxhighlight>

=== 3. 使用现代C++的反射提案 ===
C++23+可能引入静态反射特性，当前可通过实验性实现预览：

<syntaxhighlight lang="cpp">
#include <experimental/reflect>

template <typename T>
void PrintMembers() {
    using refl = std::experimental::reflect::get_reflected_type_t<T>;
    constexpr auto members = std::experimental::reflect::get_data_members_v<refl>;
    
    std::cout << "Members of " << refl::name << ":\n";
    std::experimental::reflect::for_each(members, [](auto m) {
        std::cout << m.name << "\n";
    });
}

struct Sample {
    int x;
    double y;
};

int main() {
    PrintMembers<Sample>();
    // 预期输出：
    // Members of Sample:
    // x
    // y
}
</syntaxhighlight>

== 实际应用案例 ==

=== 游戏开发中的序列化 ===
反射可自动实现游戏存档功能：
<syntaxhighlight lang="cpp">
class Serializer {
public:
    void Serialize(const GameObject& obj) {
        auto type = GetType(obj);
        for (auto& field : type->GetFields()) {
            std::cout << field.name << " = " << field.GetValue(obj) << "\n";
        }
    }
};
</syntaxhighlight>

=== 插件系统架构 ===
<mermaid>
graph TD
    A[主程序] -->|动态加载| B[插件A]
    A -->|动态加载| C[插件B]
    B --> D[注册反射类型]
    C --> D
    D --> E[运行时类型数据库]
</mermaid>

=== 数据绑定框架 ===
反射可实现GUI控件与数据模型的自动绑定：
<syntaxhighlight lang="cpp">
void BindModelToUI(const std::string& typeName) {
    auto descriptor = ReflectionDB::GetDescriptor(typeName);
    for (auto& prop : descriptor->properties) {
        CreateUIControl(prop.name, prop.type);
    }
}
</syntaxhighlight>

== 性能考量 ==
反射操作通常比直接代码访问慢，以下是典型开销对比（纳秒/操作）：

<math>
\begin{array}{|c|c|}
\hline
\text{操作类型} & \text{时间} \\
\hline
\text{直接成员访问} & 1-5 \\
\hline
\text{反射成员访问} & 50-200 \\
\hline
\text{动态实例创建} & 1000-5000 \\
\hline
\end{array}
</math>

== 进阶主题 ==
* '''编译期反射'''：使用constexpr和模板元编程在编译时获取类型信息
* '''外部代码生成'''：通过Clang AST解析生成反射数据
* '''混合反射系统'''：结合运行时和编译时反射的优势

== 常见问题解答 ==
'''Q：为什么C++不内置完整反射支持？'''
A：主要出于以下考虑：
1. 零开销抽象哲学
2. 跨平台ABI兼容性问题
3. 模板已经提供部分编译期反射能力

'''Q：生产环境推荐哪种实现方案？'''
A：根据需求选择：
* 轻量级需求：手动注册系统
* 大型项目：代码生成方案（如Unreal Engine的UHT）
* 实验性项目：C++未来反射提案

== 延伸阅读 ==
* C++反射提案：P0194R3, P1240R2
* 开源实现：RTTR, Meta, Unreal反射系统
* 相关模式：访问者模式，类型擦除技术

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[[Category:C++ 高级主题]]