PHP回顾之反射

作者 | 2018年9月20日

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反射是编程语言的高级特性,能在运行时让代码有感知代码的能力。PHP自5起支持反射机制,其是各种OOP框架底层实现的重要支撑。

反射

从一个简单的例子理解反射:人有五官四肢,但鲜有人清楚人体内部的经脉走向、骨骼构造。如果你修仙顺利,在丹田深处练出元婴,那么就通过元婴透析身体内部的构造。理解内部构造后,还可以让元婴指引体内真气在经脉的流向,早日修成正果。

如其名,反射是(从镜子里)照出自身。我们写代码,告诉代码怎么运行,事件发生在编译期。代码运行期间,代码如何知道自己的结构以及能力呢?反射机制相当于代码的元婴,使代码能够感知自身结构,并可(部分)改变运行行为。

与运行时类型信息(Runtime Type Informatiion, RTTI)不同,反射重点在运行时检测、感知、改变自身的结构和行为。反射是元编程(metaprogramming)的重要组成部分。

反射API

反射不是语法分析,不操作表达式、代码语句。反射获取的是代码的结构,即函数、类这些构件的结构。PHP中的反射API均以Reflection开头(接口Reflector除外),重点在函数和类两种结构。而函数可以看成类的成员函数(多一个隐式的this参数)或者静态成员函数(public类型),所以了解反射API可从类信息的ReflectionClass开始。

ReflectionClass提供了以下获取类基本信息的接口:

  1. getProperties:获取成员变量/属性,返回一个ReflectionProperty数组;ReflectionProperty类中有对属性详细说明的API:是否默认属性(isDefault),是否私有属性(isPrivate)等。同时ReflectionClass还提供获取特定类别属性的API:getDefaultPropertiesgetStaticProperties
  2. getConstants:获取类中定义的常量;
  3. getMethods:获取类中定义的方法,返回一个ReflectionMethod数组;ReflectionMethod将在下文讲解;
  4. getInterfaces:获取类实现的接口;
  5. getParentClass:获取父类的ReflectionClass实例。

在反射中,类、接口、特性不分家,所以ReflectionClass提供类型判定API:isInterfaceisTrait

除了以上基本信息,ReflectionClass(包括ReflectionMethod/ReflectionFunction)还提供了一些不可思议的能力:

  1. getDocComment:获取类的文档注释信息;
  2. getFilename:获取类定义的文件;
  3. getStartLine: 获取类定义的起始行号;
  4. getEndLine: 获取类定义的结束行号;
  5. getModifiers:获取类定义的修饰符,其意义名字可通过Reflection::getModifierNames得到,例如:abstract,final。

如果说前述的类结构信息可以通过现有的API获取(method_exits/property_exits等),上面列出的功能基本上只能通过反射API获取(PHP文件中定义的类并且知道定义文件,可以利用token_get_all得到相同结果,但是实现非常复杂)。这些行为发生在运行期间。由此可见反射API在分析类结构信息功能上的强大。

除了ReflectionClassReflectionMethodReflectionFunction是另外反射中另外两个重要的类。函数(function)定义在类外部,方法(method)定义在类内部,两者其实同源,在反射API中有共同的父类:ReflectionFunctionAbstractReflectionFunctionAbstract有两者的大部分API,并且基本上是最重要的API。其中最值得关注的是其参数信息的API:getParameters。其获取函数的参数信息,返回一个ReflectionParameter数组。结合getParametersReflectionParameter,函数(方法)的结构基本上就清晰了。

API操作

知道人体构造和体内真气分布,你可以引导真气到手指,练成一阳指、六脉神剑、弹指神通、九阴白骨爪等;也可以让真气汇聚,冲破任督二脉,开辟洞天;还可以逆转全身经脉,练成蛤蟆功…内省的好处可见一斑。

反射让代码感知自身结构,有什么好处呢?反射API提供了三种在运行时对代码操作的能力:

  1. 设置访问控制权:setAccessible。可获取私有的方法/属性。注意:setAccessible只是让方法/成员变量可以invoke/getValue/setValue,并不代表类定义的访问存取权限改变;
  2. 调用函数/方法:invoke/invokeArgs。配合获取函数参数的API,可以安全的传参和调用函数,call_user_func(_array)的增强版;
  3. 不依赖构造函数生成实例:newInstanceWithoutConstructor

以单例来说一下反射API的功能,单例类代码如下:

# foo.php
class Foo {
  private static $id;
  private static $instance;

  private function __construct() {
    ++ self::$id;
    fwrite(STDOUT, "construct, instance id: " . self::$id . "\n");
  }

  public static function getSingleton() {
    if (self::$instance === null) {
      self::$instance = new self();
    }
    return self::$instance;
  }
}

Foo类中,构造函数是私有,获取实例只能通过getSingleton方法,并且获取到的是单例。但在反射API加持下,能获取多个实例:

$instance1 = Foo::getSingleton();
var_dump($instance1);

$class = new ReflectionClass("Foo");
$constructor = $class->getConstructor();
if ((ReflectionProperty::IS_PUBLIC & $constructor->getModifiers()) === 0) {
    $constructor->setAccessible(true);
}
$instance2 = $class->newInstanceWithoutConstructor();
$constructor->invoke($instance2);
var_dump($instance2);

# 脚本执行结果
construct, instance id: 1
object(Foo)#1 (0) {
}
construct, instance id: 2
object(Foo)#4 (0) {
}

我们成功的生成了两个实例,并调用构造函数完成对象初始化。如果没有反射API,这几乎是不可能完成的工作。

除了这三种操作,反射API几乎已无在运行时动态改变代码的行为。但作为动态语言,PHP内置了将数据转换成代码执行的能力(例如create_function/eval、动态函数名调用)。而PHP的好基友JavaScript则可以随时在运行时改变任意函数的行为:

PHP作为最好的语言,理应能做到在运行时动态增减/改变函数定义。这就需要用到另一个PHP核心开发者“Dmitry Zenovich”打造的大杀器:runkit拓展。这部分内容不属于反射,加之本人了解不深,不再详述。

对比

整理一下反射API和函数式API在功能上的差异:

功能函数式API反射API
函数是否存在function_existsReflectionFunction
类是否存在class_exitsReflectionClass
方法是否存在method_exitsReflectionMethod
变量/属性是否存在property_exitsReflectionProperty
获取类变量get_class_varsReflectionClass::getProperties
获取类方法get_class_methodsReflectionClass::getMethods
获取类常量ReflectionClass::RegetReflectionConstant(s)
获取函数/方法参数信息ReflectionFunction/Method::getParameters
获取函数/方法返回值ReflectionFunction/Method::getReturnType
类使用的特性class_usesReflectionClass::getTraits
获取父类class_parentsReflectionClass::getParentClass
获取类实现的接口class_implementsReflectionClass::getInterfaceNames
获取类所在名字空间__NAMESPACE__ReflectionClass::getNamespaceName
函数调用call_user_func(_array)ReflectionMethod(Function)::invoke(Args)
获取类名__CLASS__/::classReflectionClass::getName
获取函数名__METHOD__/__FUNCTION__ReflectionFunction/Method::getName
获取类/常量/变量/方法修饰符ReflectionClass/Constant/Property/Method::getModifiers
获取所在文件__FILE__ReflectionClass/Constant/Function/Method::getFileName
获取所在行(范围)ReflectionClass/Function/Method::getStartLine/getEndLine
获取文档ReflectionClass/Function/Method::getDocComment
extension_loadedReflectionZendExtension
拓展get_loaded_extensionsReflectionExtension
get_extension_funcs

从上表可以看出反射API较函数式API能提供更全面的信息。还需要注意到__FILE__这类魔术常量是编译期的工作,不是运行时的能力。

同时给出RTTI的函数式API和反射API在功能上的差异:

功能函数式API反射API
类型判断is_int/is_bool/is_array等
获取对象的类名get_classReflectionObject::getName
获取对象父类get_parent_classReflectionObject::getParentClass
类型/继承检测instanceof/is_a/is_subclass_ofReflectionObject::isInstance/isSubclassOf
生成器ReflectionGenerator

总结

本文对PHP中的反射机制做了简要总结,并与在运行时获取代码信息的函数式API做了对比。即使你token_get_all用得再熟练,preg_match等文本操作用得再顺手,反射API仍有其独到一面,值得了解。如本人之前博文“PHP中的重载”所言,有了反射,function_exits/class_exitscall_user_func这些函数应该可以退休。但是考虑到兼容、使用便利、运行效率等因素,许多框架仍然依赖这些API。

感谢阅读,欢迎指正!

参考

  1. http://php.net/manual/en/book.reflection.php
  2. https://en.wikipedia.org/wiki/Reflection_(computer_programming)
  3. http://zenovich.blogspot.com/2015/10/runkit-1.0.4.html

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