» 编程珠玑番外篇-8.Smalltalk 中的珠玑 | 4G spaces

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关于反射的基本概念在脚本语言里面是屡见不鲜的了. 大家都知道, LISP 里面的 eval 后面可以加任何的字符串, 构造出一个运行时对象. 脚本语言实现反射也很简单: 本来就是解释执行的语言, 多一个 eval 等价于多调用一次解释器而已. 而编译型语言就麻烦了, 因为解释器已经在编译期用过了, 运行的时候解释器是不存在的. 这样, 就造成了编译型语言没有运行时信息这个本质困难. Smalltalk 用了一个巧妙的方法解决了这个问题, 也就是 Java 和 Python 等现代语言用的方法: 虚拟机. 能编译的代码被先编译, 需要解释的代码在运行时可以被虚拟机自带的解析器再解析. 除了加入一个小的解释器到虚拟机外, Smalltalk 更进一步, 把对象的元信息也抽象成一个对象, 这样运行时需要的一个对象的所有元信息都能在面向对象的标准框架下表达. 我们用类 Java 的语言来举例: 一个叫 a 的 Foo 对象, 包含一个 a.hello() 的方法, 这个方法既可以通过 a.hello() 来调用, 也可以通过 a.class 先得到 a 的类, 再通过 a.Class.findMethod(”hello”) 找到这个方法. 最后再通过 .invoke() 调用这个方法. 这样的流程在没有虚拟机的 C++ 里面是没法完成的.

现在做单元测试的框架, 一般都被称为 xUnit 家族. xUnit 家族最早的成员, 不是 JUnit, 而是 SUnit (Smalltalk Unit). SUnit 的历史比 Junit 悠久得多, 大约在1994年的时候, Kent Beck, 也就是 Junit 的作者之一, 写了 SUnit. 而后才有了 JUnit (1998). 所以, 在 SUnit 的网站上, 极其显摆的写着”一切单元测试框架之母” (The mother of all unit testing frameworks). 事实上这是大实话 — 所有单元测试框架里面的名词术语, 都从 Sunit 来的, 如 TestCase, Fixture 等等.

既然 SUnit 和 Junit 是同一个作者, 而早在1996年, Java 就已经成为工业界炙手可热的语言, 为什么要等到两年之后, JUnit 才横空出世呢. 这里面的原因说简单也简单: 自动单元测试需要反射支持. 1998 年前的 Java 没有反射, 直到1998年 Java 1.2 发布, 反射才完整的被支持. 所以, 只有1998年之后, Java 才有办法做自动单元测试.

我们回顾一下 Junit 的工作流程: 继承一个 TestCase, 加入很多以 test 开头的方法, 把自己的类加入 TestSuite 或者直接用 TestRunner, 让测试跑起来. Junit 能够自动覆盖所有 test 开头的方法, 输出红棒绿棒. 这地方的关键是自动覆盖. 假如每个测试都是靠程序员自己写 printf 比较, 那不叫自动. 假如每个 TestCase 里面的每个 test 开头的方法都要程序员自己写代码去调用, 那也不叫自动. 所谓的自动, 就是在机器和人之间形成一定的规约, 然后机器就去做繁琐的工作, 最小化人的工作(RoR就是很好的例子).

注意到我们的需求是 “让 Junit 自动调用以 test 开头的方法”, 而不需要自己很笨的一个一个自己去调用这些方法. 这意味着 Java 语言必须支持一个机制, 让 JUnit 知道一个测试类的所有方法名称, 然后还能挑出 test 开头的方法, 一一去调用. 这不就是反射么! 事实也证明了这一点: 目前互联网上找到的最早的 Junit 的源代码, 1.0 版的核心就只用了一个 Java 的标准库: reflect. 相反, 不支持反射的语言, 就得告诉单元测试的框架我要运行哪些. 比如说 C++ 的单元测试框架 CppUnit, 就很不方便–必须告诉框架我要测哪几个函数, 就算他们以 test 开头也不行. 还有一个好玩的例子是 J2ME 的测试框架. J2ME 是 Java 小型版, 不支持 reflect, 因此, JUnit 平移不上去. 如果细看所有的这些移植 JUnit 的尝试, 很容易发现, 移植出去的版本作用到有反射机制的语言上, 使用起来就很方便, 就比较成功, 比如NUnit; 没反射机制的就比较麻烦, 用的人也相对少, 比如 CppUnit 和 J2MEUnit. 反正任何对于 JUnit 的移植, 都绕不开”反射” 这个机制. 有反射者昌, 无反射者弱. NUnit 这个移植版本, 还曾经被 Kent Beck 夸设计好, 其原因, 与 C# 语言比 Java 更加良好的 attribute 和反射机制, 是息息相关的.

Reflection (computer science) - Wikipedia, the free encyclopedia

In computer science, reflection is the process by which a computer program can observe and modify its own structure and behaviour. The programming paradigm driven by reflection is called reflective programming. It is a particular kind of metaprogramming.

In most modern computer architectures, program instructions are stored as data - hence the distinction between instruction and data is merely a matter of how the information is treated by the computer and programming language. Normally, 'instructions' are 'executed' and 'data' is 'processed'; however, in some languages, programs can also treat instructions as data and therefore make reflective modifications. Reflection is most commonly used in high-level virtual machine programming languages like Smalltalk and scripting languages, and less commonly used in manifestly typed and/or statically typed programming languages such as Java and C.

Metaprogramming - Wikipedia, the free encyclopedia