Python反射

1、何为反射

1.1、概念

反射（Reflection）是计算机科学中的一个术语，指的是一种在运行时动态地获取、操作和修改一个语言的特定对象的能力。在编程中，反射可以让程序在运行时动态地获取类的信息，包括类的属性、方法和构造函数等，而不需要在编译时确定。

使用反射，程序可以在运行时动态地创建一个对象、调用对象的方法、访问对象的属性并修改它们的值、获取对象所属的类的信息等。这种动态性使得程序能够根据运行时的条件来决定如何处理对象，从而增加了程序的灵活性和可扩展性。

在许多编程语言中都提供了反射的机制，例如Ja、 Go、C#和Python等。具体的实现方式和使用方法可能会有所差异，但核心的概念和作用是相似的。

1.2、用途

以下是一些编程反射的常见用途：

动态实例化对象：通过反射可以根据类名字符串实例化对象，而不需要提前知道类的具体类型。这对于需要根据配置文件或用户输入来动态创建对象非常有用。
动态调用方法：通过反射可以在运行时动态调用类的方法，包括私有方法。这对于需要根据运行时条件选择不同的方法执行逻辑非常有用。
动态访问字段：通过反射可以在运行时动态获取和修改类的字段值，包括私有字段。这对于需要在运行时获取和修改对象的属性非常有用。
获取类的信息：通过反射可以获取类的各种元数据信息，如类名、父类、实现的接口、构造方法、方法、字段等。这对于开发一些通用的工具和框架非常有用。
注解处理：通过反射可以获取类、方法、字段上的注解信息，并动态根据注解做一些处理，如生成文档、验证参数等。
动态代理：通过反射可以创建动态代理对象，用于在不修改现有类的情况下增强类的行为。

总体而来，静态类型的编程语言，例如java，反射API的能力要强于动态语言。

2、java反射案例

我们先来看看java版本的反射。假设我们有一个汽车类。该类的属性与方法都是私有的。正常是无法调用的。

public class Car {private static int output;private String brand;private int year;public Car() {}public Car(String brand, int year) {this.brand = brand;this.year = year;}private void drive() {System.out.println("Driving the car...");}public static int getOutput(){return output;}
}

使用反射，我们是可以实现动态创造类示例，调用私有方法，调用私有方法。

import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.Method;public class ReflectExample {public static void main(String[] args) {try {// 获取Class对象Class<?> carClass = Class.forName("Car");// 实例化对象Constructor<?> constructor = carClass.getConstructor(String.class, int.class);Object carObject = constructor.newInstance("BMW", 2024);// 调用私有方法Method driveMethod = carClass.getMethod("drive");driveMethod.setAccessible(true);driveMethod.invoke(carObject);// 访问私有字段Field brandField = carClass.getDeclaredField("brand");brandField.setAccessible(true);String brand = (String) brandField.get(carObject);System.out.println("Car brand: " + brand);} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}
}

我们也可以查看所有的属性及方法（包括静态以及示例）

  public static void main(String[] args) {Class<Car> clazz = Car.class;List<String> instanceFields = new ArrayList<>();List<String> staticFields = new ArrayList<>();List<String> instanceMethods = new ArrayList<>();List<String> staticMethods = new ArrayList<>();for (Field field : clazz.getDeclaredFields()) {if (Modifier.isStatic(field.getModifiers())) {staticFields.add(field.getName());} else {instanceFields.add(field.getName());}}for (Method method : clazz.getDeclaredMethods()) {if (Modifier.isStatic(method.getModifiers())) {staticMethods.add(method.getName());} else {instanceMethods.add(method.getName());}}System.out.println("所有静态属性");System.out.println(staticFields);   //[output]System.out.println("所有实例属性");  System.out.println(instanceFields); //[brand, year]System.out.println("所有静态方法");System.out.println(staticMethods);   //[getOutput]System.out.println("所有实例方法");System.out.println(instanceMethods); //[drive]}

3、Python反射

3.1、反射API

Python中的反射API主要集中在hasattr、getattr和setattr这三个内置函数，以及delattr函数等。

需要注意的是，API涉及属性与方法时，不区分属性和方法（虽然英文单词表示属性，python类内部属性与方法在同一个dict），而不像java那样，属性与方法区别对应。

`hasattr`(object, name)	判断对象是否具有某个属性或方法
`getattr`(object, name)	获取对象的某个属性或方法
`setattr`(object, name,value)	设置对象的某个属性或方法
`delattr`(object, name)	删除对象的某个属性或方法
dir(obj)	返回对象obj的所有属性和方法的名称列表
type(obj):	返回对象obj的类型
inspect模块	提供了更高级的反射功能，可以获取对象的签名、参数、源代码等信息。

3.2、反射案例

class MyClass:def __init__(self):self.x = 10self.y = 20def my_method(self):print("Hello, reflection!")def my_method2(self, word):print("Hello!", word)obj = MyClass()# 使用getattr获取属性值
print(getattr(obj, 'x'))  # 输出: 10# 使用setattr设置属性值
setattr(obj, 'x', 20)
print(obj.x)  # 输出: 20# 使用hasattr检查属性是否存在
print(hasattr(obj, 'x'))  # 输出: True
print(hasattr(obj, 'y'))  # 输出: False# 使用dir获取对象的所有属性和方法 (屏蔽内置属性)
attrs = [x for x in dir(obj) if not x.startswith('__')]
print(attrs)# 使用type获取对象的类型
print(type(obj))  # 输出: <class '__main__.MyClass'># 使用inspect模块获取对象的信息
import inspect# 获取方法签名
method_sig = inspect.signature(obj.my_method2)
print(method_sig)  # 输出: (word)# 获取方法的参数名称
method_params = method_sig.parameters
print([param for param in method_params])  # 输出: ['word']# 获取方法的源代码
method_source = inspect.getsource(obj.my_method)
print(method_source)  # 输出: def my_method(self):\n    print("Hello, reflection!")

如果dir()方法的参数是一个class的话，返回所有实例方法、静态方法，静态属性；如果dir()方法的参数是一个对象的话，返回所有实例方法、静态方法，静态属性，还有加上所有实例属性（构造函数内部申明的属性）。

class MyClass:staticField = 100def __init__(self):self.x = 10self.y = 20def my_method(self):print("Hello, reflection!")@staticmethoddef my_method2(self, word):print("Hello!", word)obj = MyClass()
static_attrs = [x for x in dir(MyClass) if not x.startswith('__')]
print(static_attrs)# 使用dir获取对象的所有属性和方法 (屏蔽内置属性)
attrs = [x for x in dir(obj) if not x.startswith('__')]
print(attrs)

3.3、与java的比较

3.3.1、访问实例属性的区别

java作为一门静态语言，在编译阶段已经确定了类的结构（包括静态方法，实例方法，静态属性，实例属性，即使热更新也无法改变类的结构）。因此，java可以直接通过类获取所有字段，见上一节java反射案例。

而python只有通过dir()方法传入对象参数的时候，才可以获取所有的字段（因为python允许运行期动态增减字段）。

3.3.2、通过构造函数反射生成实例

java允许反射获取class的指定构造函数，并动态创建实例。比较常见的做法是，每个类提供一个无参构造函数，根据反射依次获取所有字段的类型，动态设置。

public class Main {public static void main(String[] args) throws Exception{Class<?> carClass = Class.forName("Car");// 指定有参构造函数Constructor<?> constructor = carClass.getConstructor(String.class, int.class);Object car1 = constructor.newInstance("BMW", 2024);// 无参构造函数Object car2 = Class.forName("Car").newInstance();}
}

python实现同样的功能，道路显得有点曲折。无参构造函数内部申明所有的实例属性，反射创建无状态实例，通过dir()方法获取所有字段，再通过setattr()动态设值。

class MyClass:def __init__(self, name):self.name = namedef say_hello(self):print(f"Hello, {self.name}!")# 要创建一个类的实例，可以使用以下代码：
class_name = "MyClass"
args = ("John",)# 使用globals()函数来获取全局命名空间中的类，并使用type()函数来创建实例对象
if class_name in globals():class_object = globals()[class_name]instance = type(class_name)(*args)instance.say_hello()  # 输出: Hello, John!
else:print(f"Class {class_name} not found")