Что такое рефлексивный переход когда он используется

Рефлексия и кодогенерация в C++

Язык С++ по сей день является одним из самых востребованных и гибких языков программирования. Но иногда возможностей языка не хватает, несмотря на то что стандарт развивается и расширяется. С такой проблемой столкнулся и я в процессе разработки 2D движка для игр. Я стоял перед необходимостью решения несколько нетривиальных задач, таких как сериализация, анимирование и связка с редактором. Для этого отлично подходит рефлексия. Готовые решения из сети, к сожалению, мне не подошли, поэтому пришлось конструировать свой велосипед.

Далее описаны детали реализации и демо проект. Кому интересно — добро пожаловать под кат.

Требования

Существует мнение, что правильно поставленные условия задачи практически решают эту задачу. Именно поэтому перед началом реализации были собраны необходимые требования и ограничения:

Синтаксис

Следуя требованию о простоте был выработан довольно простой синтаксис определения объекта поддерживающего рефлексию: необходимо чтобы класс был унаследован от IObject, содержал в теле макрос IOBJECT(*имя класса*); и у членов класса были указаны необходимые атрибуты через комментарии.

Пример класса с поддержкой рефлексии:

Примеры использования рефлексии:

Реализация

Как вы наверное уже догадались, работает все просто: пользователь объявляет классы, которые поддерживают рефлексию, а отдельная утилита генерирует код, который инициализирует типы в системе. В данной статье я опишу принцип работы, с минимальным включением исходного кода, так как его наличие раздует статью. Но к статье прилагается демо проект со всеми исходниками, который можно посмотреть и протестировать.

Итак, подробнее о структуре рефлексии.

Тип объекта

Каждому классу соответствует описание типа, в котором содержится имя класса, информация о наследовании, члены и методы класса. С помощью типа можно создать экземпляр класса. Так же в типе класса есть довольно интересный функционал: можно получить указатель на член класса по его пути и наоборот, получить путь к члену класса по его указателю. Чтобы понять что делают последние две функции достаточно взглянуть на пример использования:

Зачем это нужно? Ближайший пример — анимация. Допустим, есть анимация, которая анимирует параметр value из примера. Но как сохранить такую анимацию в файл? Здесь и нужны эти функции. Мы сохраняем ключи анимации с указанием пути к анимируемому параметру «aObject/bObject/value», и при загрузке из файла по этому пути находим нужную нам переменную. Такой подход позволяет анимировать совершенно любые члены любых объектов и сохранять/загружать в файл.

Однако, есть небольшой недостаток, который необходимо учитывать. Поиск указателя на член класса по пути происходит быстро и линейно, но обратный процесс совершенно не линеен и может занять много времени. Алгоритму приходится «прочесывать» все члены класса, их члены и так далее, пока не встретит нужный нам указатель.

Члены класса

Каждый член класса определяется с помощью типа FieldInfo, который содержит в себе тип члена, его имя и список атрибутов. Так же тип члена класса позволяет получить значение члена класса для определенного экземпляра и наоборот, присвоить значение. Тип, имя и атрибуты заполняются сгенерированным кодом. Присваивание и получение значения работают через адресную арифметику. На этапе инициализации типа высчитывается смещение в байтах относительно начала памяти под объект, затем, при присваивании или получении значения к адресу объекта прибавляется это смещение.

Функции класса

Каждой функции класса соответствует объект с интерфейсом FunctionInfo, который хранит в себе тип возвращаемого значения, имя функции и список параметров. Почему именно интерфейс и как вызвать функцию из этого интерфейса? Чтобы вызвать функцию нам нужен указатель на нее. Причем, указатель на функцию класса должен быть такого вида:

Для хранения таких указателей определены классы определены шаблонные классы:

Шаблонная магия пугает, но работает все довольно просто. На этапе инициализации типа для каждой функции создается объект класса SpecFunctionInfo или SpecConstFunctionInfo в зависимости от константности функции и помещается в тип объекта Type. Затем, когда нам нужно вызвать функцию из интерфейса FunctionInfo, мы статически преобразуем интерфейс в ISpecFunctionInfo и вызываем у него виртуальную функцию Invoke, переопределенный вариант которой выполняет функцию по сохраненному адресу.

Атрибуты

Функция атрибутов — это добавление мета информации для членов классов. С помощью атрибутов можно указывать сериализуемые члены, тип их сериализации, отображение в редакторе, параметры анимации и так далее. Атрибуты наследуются от интерфейса IAttribute и добавляются к членам класса на этапе инициализации типа. Пользователю лишь необходимо обозначит необходимые атрибуты через комментарии к членам класса.

Модуль рефлексии

Итак, вся структура типов у нас есть, необходимо все это где-то хранить. С этой простой задачей справляется класс-синглтон Reflection. С его помощью можно получить тип по имени, создать экземпляр типа или получить список всех зарегистрированных типов.

Кодогенерация

Почему именно кодогенерация? Есть решения рефлексии с помощью хитрых макросов, прописывания функции сериализации и тому подобное. Но у таких подходов один общий минус — фактически приходится вручную описывать типы. В рефлексии от этого никуда не избавиться, поэтому проще всего доверить эту рутинную работу отдельной подпрограмме, которая работает до компиляции и генерирует отдельный исходный файл с инициализацией типов.

По-хорошему, это конечно же должен делать сам компилятор, ведь у него есть вся информация о классах, членах и методах. Но решение должно быть не зависимым от компилятора, в конце концов глупо навязывать свой определенный компилятор разработчику, тем более для 2D игр с кучей целевых платформ.

Именно поэтому кодогенерация отдельной утилитой. К сожалению, утилита в моем проекте не может похвастаться изящностью и стопроцентной стабильностью, но на моем уже довольно немаленьком проекте она работает прекрасно. В будущем она наверняка будет переписана и дополнена, так как у нее есть как минимум один существенный минус — она написана на C#, что требует Windows платформы, либо наличия Mono. Это путь наименьшего сопротивления, и я выбрал его потому что на этапе демо версии мне нужно как можно больше функционала в проекте. Тем не менее в этой статье я опишу этапы ее работы и с какими трудностями я столкнулся.

Работа утилиты делится на два этапа:

Парсинг исходников проекта

Здесь мой подход отличается от работы компиляторов.

Генерация итогового исходника с инициализацией типов

Данный этап включает в себя генерирование следующих частей:

В конечном итоге мы получаем исходных файл с функцией, которая инициализирует все типы приложения. Пользователю лишь необходимо ее вызвать при старте приложения.

Источник

Разбираемся с рефлексией на примерах в C#

Приветствую всех, сегодня поговорим о рефлексии, для чего она нужна, ее применения. Тема эта очень интересная, и ее методы использования часто приходится применять в больших проектах.

Рефлексия (отражение) — это процесс, во время которого программа может отслеживать и модифицировать собственную структуру и поведение во время выполнения, это своего рода процесс обнаружения типов во время выполнения.

Рефлексия позволяет: перечислять члены типа, создавать новые экземпляры объекта, запускать на выполнение члены объекта, извлекать информацию о типе, извлекать информацию о сборке, исследовать пользовательские атрибуты, примененные к типу, создавать и компилировать новые сборки.

Метаданные описывают все классы и члены классов, определённые в сборке, а также классы и члены классов, которые текущая сборка вызывает из другой сборки.

Манифест сборки— коллекция данных, с описанием того, как элементы любой сборки (статической или динамической) связаны друг с другом. Манифест сборки содержит все
метаданные, необходимые для задания требований сборки к версиям и удостоверения безопасности, а также все метаданные, необходимые для определения области действия сборки и разрешения ссылок на ресурсы и классы. Манифест сборки может храниться в PE-файле (EXE или DLL) с кодом MSIL или же в отдельном PE-файле, содержащем только данные манифеста.

Модули — это контейнеры типов, расположенные внутри сборки. Модуль может быть контейнером в простой, или многофайловой сборке. Несколько модулей в одной сборке применяются в редких случаях, когда нужно добавить код на разных языках в одну сборку или обеспечить поддержку выборочной загрузки модулей.

Парадигма программирования, положенная в основу отражения, называется рефлексивным программированием. Это один из видов метапрограммирования.

System.Reflection — Пространство имен содержит типы, предназначенные для извлечения сведений о сборках, модулях, членах, параметрах и других объектах в управляемом коде путем обработки их метаданных. Эти типы также можно использовать для работы с экземплярами загруженных типов, например для подключения событий или вызова методов.

Класс Type.

Type является корневым классом для функциональных возможностей рефлексии и основным способом доступа к метаданным. С помощью членов класса Type можно
получить сведения об объявленных в типе элементах: конструкторах, методах, полях, свойствах и событиях класса, а также о модуле и сборке, в которых развернут данный класс.

Источник

Счастье от ума: как рефлексировать, чтобы быть счастливым

Разбираем распространенные ошибки при рефлексии, лайфхаки и правила для продуктивного самопознания.

Материал проверил и прокомментировал Аркадий Волков, психотерапевт, специалист сервиса по подбору психологов Alter

Что такое рефлексия

Рефлексия — способность сознательно обращать внимание на свои мысли, эмоции и поведение, оценивать принятые решения и перспективы. Термин произошел от латинского слова «reflectio» — «отражение». Это обращение внимания на себя, переосмысление, анализ. Человек смещает фокус извне на свои чувства, собственное «Я», переосмысливает происходящее. Сократ считал рефлексию доступным способом познания и совершенствования себя. Психотерапевт Аркадий Волков объясняет: «Роль рефлексии в разных психотерапевтических подходах существенно отличается. Например, если в когнитивно-бихевиоральном подходе рефлексия, внимание к собственным мыслительным процессам, их оценка и переоценка — одна из главных опор терапевтического процесса, то в психоанализе рефлексия скорее играет вспомогательную роль и используется терапевтом в работе с материалом, получить который помогают иные, нерефлексивные методы».

Для чего нужна рефлексия

Саморефлексия помогает определить реальные желания. Немецкий ученый Оливер Шультхайс из Университета Эрлангена-Нюрнберга доказал, что, когда сознательные цели совпадают с бессознательными мотивами, человек чувствует себя счастливее [1]. Кроме того, процесс раздумий позволяет:

Например, ночью перед сном вы задумываетесь о том, как утреннее совещание привело к остаточному гневу и повлияло на ваши отношения с членами семьи. Мысленно перебирая события дня, вы находите первопричину плохого настроения и ищете способы устранить ее в будущем. Как вариант, выделяете время для отдыха после стрессовых встреч вместо того, чтобы сразу продолжить работать.

Большинство людей склонны к саморефлексии, и она помогает сделать выводы для минимизации возможного ущерба психике. Этот процесс способен оградить нас от неправильных решений и поменять их. Когда рефлексия в избытке, она может тормозить развитие, отнимать много времени и сил. Было бы здорово уметь мгновенно осознавать проблему и делать выводы в реальном времени. Но чаще всего человек осмысливает ситуацию не в моменте, а постфактум. Ключ к осознанности здесь и сейчас — культивация привычки оценивать происходящее, развитие рефлексии как мышцы, которую можно задействовать в любой момент.

Виды рефлексии

В психологии существует следующая классификация рефлексии, в которой каждый вид обладает специфическими признаками:

Также рефлексию делят на ситуативную (анализ в процессе происходящего), проспективную (мысли о будущем) и ретроспективную (взгляд в прошлое). Кроме того, можно выделить такие ее виды:

Какой бы ни была рефлексия, она работает по одному и тому же алгоритму, не отличаясь по сути от процессов самопознания. Развить и оптимизировать эту способность может каждый.

Ошибки, которых стоит избегать

Рефлексия как терапевтический метод самоанализа сопряжена с позитивными перспективами и личностным ростом. Но не все так просто. Ученые провели эксперимент среди рефлексирующих студентов и обнаружили, что они отличаются низким уровнем психологического благополучия [2]. Психолог Таша Эврих считает, что виной тому не сам процесс, а неумение людей правильно к нему подойти [3]. Рефлексирующий человек часто скатывается в философию и концентрируется на вопросе «почему?», в то время как стоит спросить себя «что?»: «Что произошло? Что я чувствую? Что я могу сделать, чтобы мне стало легче и чтобы подобного не повторилось в будущем?».

Эту теорию подтверждают исследования: в одном из них студентам предложили рефлексировать по итогам проваленного экзамена [4]. Те, кто основывал размышления на вопросе «почему так произошло?», сфокусировались на своих неудачах, проблемах с дисциплиной, недостаточном уровне знаний и в итоге находились в подавленном состоянии даже на следующий день. Понять, что делать, всегда эффективнее, чем выяснять, кто виноват. Врачи оперируют термином «деструктивная рефлексия». Она присуща людям с высоким уровнем самокритики, часто встречается у пациентов с неврозами, склонными к постоянному анализу мыслей и поступков.

Простой пример: вы задержали сроки сдачи проекта на работе. Можно уйти в самокопание, признав поражение и собственное неумение контролировать время и расставлять приоритеты. Сделать вывод, что вы недостаточно компетентны, а может и вовсе виновата генетика, ведь дедушка тоже всегда везде опаздывал. Такая саморефлексия не даст ничего, кроме упаднических настроений и отсутствия мотивации для будущих достижений. А теперь попробуйте повернуть мысли в сторону эффективности. Поразмышляйте о том, как лучше выстроить график работы, может быть, стоит обсудить с руководителем переизбыток задач, с которыми трудно справиться в установленные сроки. Кто-то придет к выводу, что стоит изучить тайм-менеджмент, а другой найдет способы донесения своих желаний до окружающих, улучшив коммуникативные навыки.

Как рефлексировать правильно

Помимо постановки вопроса, необходимо придерживаться нескольких правил, чтобы процесс саморефлексии был позитивным и продуктивным:

Комментарий эксперта

Аркадий Волков, психотерапевт, специалист сервиса по подбору психологов Alter

Как в индивидуальной, так и в групповой психотерапии рефлексия часто оказывается важной частью более глубокого и масштабного процесса самоосознания. В ходе сессии или тренинга психолог часто задает вопросы: «Что вы сейчас чувствуете?», «Что вы испытываете, когда вспоминаете об этом, когда слышите такие слова в свой адрес?», «Какая мысль стоит за этой эмоцией?» и т. д. Эти и другие подобные вопросы помогают переключить внимание на себя и осознать, что наши мысли иногда не более и не менее, чем мысли, и в наших собственных силах принять решение: верна ли та или иная мысль и нужно ли нам ею руководствоваться. Чем честнее и конкретнее клиент отвечает на эти вопросы, тем эффективнее психологическая работа. Иногда такая рефлексия становится основным содержанием психотерапевтического процесса, в таком случае анализ обоснованности собственных решений и действий, поиск альтернатив сами по себе приближают клиента к поставленным целям. А иногда это части более сложного процесса, наряду с работой с эмоциями, образами и смыслами.

Базовый инструмент для развития навыков рефлексии — дневник мыслей. В самой простой форме это может быть обычный дневник, но при желании к нему добавляют записи своих эмоций и действий: пробовать установить связь между собственными мыслями, вызванным ими ощущением и поведением, которое они спровоцировали, отмечать типичные когнитивные искажения и формулировать альтернативные способы реагирования на ту или иную ситуацию.

Второй, более ситуативный инструмент — направленные вопросы. Например, в отношении завершенного рабочего процесса или проекта, в который вы вовлечены, это могут быть такие вопросы : «Что я вынес из этого опыта? С чем мне было сложно справиться? Что я сделал бы по-другому в следующий раз? Что я могу сделать сейчас, чтобы в следующий раз достичь другого результата?» Это могут быть и вопросы к себе: «Что сейчас важно для меня? Что было важно пять или десять лет назад? Как то, что для меня важно, влияет на мои действия? Могу ли я сделать что-то, чтобы мои действия больше соответствовали моим устремлениям?». Задать вопросы можно к книге или мысли, которая вас зацепила: «Что в этом меня привлекает? Может ли эта мысль или идея стать частью моей жизни? Что для этого нужно сделать?»

Часто поиск подходящей формы для рефлексии позволяет, с одной стороны, снизить ее объем, а с другой — превратить размышление в контролируемый процесс. Выберите для себя время в течение недели или дня, которое вы сможете посвятить только рефлексии. Поэкспериментируйте с оформлением этого процесса: может быть, вам подойдет запись мыслей на бумагу или проговаривание вслух на диктофон. Задавайте себе вопросы, которые помогут направить рефлексию в нужное вам русло. Каких целей вы хотите достичь? Желаете ли вы что-либо изменить? Что для этого нужно?

Способность и склонность к рефлексии сами по себе важные условия психического здоровья, развития человека, его интеграции в общество. При этом дезадаптивные формы рефлексии, такие как самокритичные безысходные руминации при депрессии могут оказывать весьма негативный эффект на психическое и физическое здоровье. Отдельные исследователи также выдвигали предположение о том, что внимание, сфокусированное на самом себе, является характерной чертой ряда психических заболеваний: депрессии, тревожных расстройств, шизофрении [5].

Где грань между полезной и разрушающей рефлексией? Ответ на этот вопрос всегда будет индивидуальным, но относительно общим критерием может быть эффект от рефлексии: приводит ли этот процесс к положительным изменениям в жизни, более глубокому и четкому пониманию себя и окружающего мира. При этом важно помнить, что рефлексия часто может быть очень непростым трудом, не однозначно приятным и комфортным процессом.

Важнее всего здесь прислушаться к себе и определить, что работает именно для вас. Для одного идеальной ситуацией для рефлексии будет прогулка по лесу или городу, для другого — время перед сном или за рабочим столом. Музыка, запахи, физическое состояние — со всем этим также можно экспериментировать, чтобы найти формат, подходящий именно вам.

Источник

Было очевидно, что следует использовать рефлексию. Однако при реализации я столкнулся со множеством тонкостей и в конечном счёте прибегнул к чёрной магии динамической генерации IL. В этой статье я хотел бы поделиться опытом и рассказать о том, как я решал эту задачу. Если Вас заинтересовала тема, то прошу под кат!

Часть 1. Объект в отражении

«Подать сюда MFC IEqualityComparer!», — кричал он, топая всеми четырьмя лапами

Теперь сделаем шаг назад и точнее определим, что именно мы будем сравнивать. Объекты могут быть сколь угодно сложными, всё нужно учесть. Комбинируя следующие типы свойств мы сможем покрыть широкий класс входных данных:

Последний случай — сравнение массивов — во многом похож на сравнение коллекций. Отличие состоит в том, что вместо использования стандартного метода LINQ мы используем самописный обобщённый метод. Реализация сравнения массивов представлена ниже:

Итак, все части пазла собраны — наш рефлексивный компарер готов. Ниже представлены результаты сравнения производительности рефлексивного компарера по сравнению с ручной реализацией на «тестовых» данных. Очевидно, что время выполнения сравнения очень сильно зависит от типа сравниваемых объектов. В качестве примера здесь сравнивались объекты двух типов — условно «посложнее» и «попроще». Для оценки времени выполнения использовалась библиотека BenchmarkDotNet, за которую особую благодарность хочется выразить Андрею Акиньшину DreamWalker.

BenchmarkDotNet=v0.7.8.0
OS=Microsoft Windows NT 6.2.9200.0
Processor=Intel® Core(TM) i5-2410M CPU @ 2.30GHz, ProcessorCount=4
HostCLR=MS.NET 4.0.30319.42000, Arch=64-bit [RyuJIT]

Результаты сравнения объектов ComplexClass

Результаты сравнения объектов SimpleClass

Естественно, прозводительность рефлексивного компарера ниже самописного. Рефлексия медленна и её API работает с object ‘ами, что незамедлительно сказывается на производительности, если в сравниваемых объектах присутствуют типы-значения, из-за необходимости выполнять boxing/unboxing. И тут уже необходимо исходить из собственных потребностей. Если рефлексия используется не часто, то с ней можно жить. Но в конкретном моём случае, рефлексивный компарер был недостаточно быстр. «Давай по новой, Миш», — сказал я себе и принялся за второй вариант.

Часть 2. Игра в emitацию

Можно жить так, но лучше ускориться
Группа Ленинград, «Мне бы в небо»

Нео: И ты это читаешь?
Сайфер: Приходится. Со временем привыкаешь. Я даже не замечаю код. Я вижу блондинку, брюнетку, рыженькую.
Фильм «Матрица» (The Matrix)

О генерации IL на Хабре уже писали. Поэтому лишь вкратце напомним об особенностях IL.

К примеру, инкрементация целочисленной переменной будет на IL записана следующим образом:

Посмотреть результат комплияции C# в IL можно посмотреть различными средствами, например, ILDasm (утилита, поставляемая вместе с Visual Studio) или ILSpy. Но мой любимый способ — это с помощью замечательного веб-приложения Try Roslyn, написанного Андреем Щёкиным ashmind.

Вернёмся к нашей задаче. Мы опять будем делать делать реализацию интерфейса IEqualityComparer :

Подробно разбирать каждый случай в статье не будем, в конце я дам ссылку на исходники. Но представим код сравнения массивов, чтобы прочувствовать, что из себя представляет разработка в условиях примитивных команд.

Декомпилированный метод выглядит достаточно понятно, чтобы проверить, что он корректно выполняет сравнение. Единственное к чему можно было бы придраться, так это обилие временных переменных, но это, как говорится, издержки производства.

Результаты

Ниже представлены результаты сравнения производительности DynamicCodeComparer, ReflectionComparer и написанного вручную сравнения на тех же входных данных, на которых мы проводили наш микробенчмарк для рефлексивного компарера. Как видно генерация IL позволяет получить гораздо более эффективную реализацию по сравнению с рефлексией.

Результаты сравнения объектов ComplexClass

Результаты сравнения объектов SimpleClass

Заключение

Засим откланиваюсь, дорогие читатели. Приятного программирования!

Источник