牽著老婆滿街逛

何為反射機(jī)制

基本概念

指程序可以訪問、檢測和修改它本身狀態(tài)或行為的一種能力

程序集包含模塊，而模塊包含類型，類型又包含成員。反射則提供了封裝程序集、模塊和類型的對象。您可以使用反射動態(tài)地創(chuàng)建類型的實(shí)例，將類型綁定到現(xiàn)有對象，或從現(xiàn)有對象中獲取類型。然后，可以調(diào)用類型的方法或訪問其字段和屬性。

我(c++程序員)關(guān)注的問題

• 如何在程序運(yùn)行過程中通過類型名字(一個(gè)字符串，合法但是內(nèi)容在編譯期間未知，比如是在配置文件中獲取的)創(chuàng)建出類型對象.
• 如果在程序運(yùn)行過程中通過對象和對象的屬性的名字(一個(gè)字符串，合法但是內(nèi)容在編譯期間未知，比如是通過通訊包獲取的)獲取,修改對應(yīng)屬性.
• 如果在程序運(yùn)行過程中通過對象和對象方法的名字(一個(gè)字符串，合法但是內(nèi)容在編譯期間未知，比如是從用戶輸入獲取的)調(diào)用對應(yīng)的方法.

protobuf 反射使用簡介

通過類型名字創(chuàng)建出類型對象.

//! 利用類型名字構(gòu)造對象.
/*! * @Param type_name 類型名字，比如 "Test.TestMessage". * @Return 對象指針，new 出來的，使用者負(fù)責(zé)釋放. */
#include <google/protobuf/descriptor.h>
#include <google/protobuf/message.h>

inline google::protobuf::Message* allocMessage(const std::string& type_name)
{
    google::protobuf::Message* message = NULL;
    // 先獲得類型的Descriptor .
    const google::protobuf::Descriptor* descriptor =
        google::protobuf::DescriptorPool::generated_pool()->FindMessageTypeByName(type_name);
    if (descriptor)
    {
        // 利用Descriptor拿到類型注冊的instance. 這個(gè)是不可修改的.
        const google::protobuf::Message* prototype =
            google::protobuf::MessageFactory::generated_factory()->GetPrototype(descriptor);
        if (prototype)
        {
            // 利用instance 構(gòu)造出可以使用的對象.
            message = prototype->New();
        }
    }
    return message;
}

通過對象和對象的屬性的名字獲取,修改對應(yīng)屬性.

首先定義mesage :

通過對象和對象方法的名字調(diào)用對應(yīng)的方法.

//TODO

protobuf 反射實(shí)現(xiàn)解析.

基本概念

Descriptor系列.

::google::protobuf::Descriptor , 或者叫他google.protobuf.Descriptor更為恰當(dāng). 
Descriptor系列是一些用protobuf定義的，用來描述所有由protbuf產(chǎn)生的類型的類型信息包. 
對應(yīng)的proto文件在 : https://github.com/google/protobuf/blob/master/src/google/protobuf/descriptor.proto 
Descriptor 系列最大的message是 FileDescriptor . 每個(gè)文件會生成一個(gè)包含本文件所有信息的FileDescriptor包.

舉個(gè)例子 ： 
當(dāng)你有一個(gè)test.proto 比如 ：

protoc 會給就會自動填裝一個(gè)描述包，類似于:

::google::protobuf::FileDescriptor file;
file.set_name("test.proto");
file.set_packet("T")
auto desc = file.add_message_type() ;
desc->set_name("T.Test");
auto id_desc  = desc->mutable_field();
id_desc->set_name("id");
id_desc->set_type(::google::protobuf::FieldDescriptorProto::TYPE_INT32);
id_desc->set_number(1);
//

然后保存起來. 
如果你讀protoc生成的 test.pb.cc文件 你會看到這樣的代碼 ：

其實(shí)就是在代碼中記錄了對應(yīng)proto文件的FileDescriptor包序列化之后的數(shù)據(jù). 作為參數(shù)直接使用.

offset

任何一個(gè)對象最終都對應(yīng)一段內(nèi)存，有內(nèi)存起始(start_addr)和結(jié)束地址， 
而對象的每一個(gè)屬性，都位于 start_addr+$offset ，所以當(dāng)對象和對應(yīng)屬性的offset已知的時(shí)候， 
屬性的內(nèi)存地址也就是可以獲取的。

解決問題的辦法

通過類型名字創(chuàng)建出類型對象.

查表！！ 
是的，你沒猜錯(cuò)，就是查表！！！

• 數(shù)據(jù)存儲在哪里

所有的Descriptor存儲在單例的DescriptorPool 中。google::protobuf::DescriptorPool::generated_pool()來獲取他的指針。 
所有的instance 存儲在單例的MessageFactory中。google::protobuf::MessageFactory::generated_factory()來獲取他的指針。

• 將所有的Descriptor & instance 提前維護(hù)到表中備查

在protoc 生成的每個(gè)cc文件中， 都會有下面的代碼(protobuf V2 版本) ：

通過對象和對象的屬性的名字獲取,修改對應(yīng)屬性.

• GeneratedMessageReflection 的填裝和獲取

對于每一個(gè)message , 都有一個(gè)對應(yīng)的GeneratedMessageReflection 對象. 
這個(gè)對象保存了對應(yīng)message反射操作需要的信息.

GeneratedMessageReflection 操作具體對象的屬性

按照offset數(shù)組的提示，注解獲取操作對應(yīng)內(nèi)存，這里以int32字段的SetInt32接口為例子.

• • 接口定義
    
    #undef DEFINE_PRIMITIVE_ACCESSORS
    #define DEFINE_PRIMITIVE_ACCESSORS(TYPENAME, TYPE, PASSTYPE, CPPTYPE)
    void GeneratedMessageReflection::Set##TYPENAME( \
          Message* message, const FieldDescriptor* field,                        \
          PASSTYPE value) const {                                                \
        USAGE_CHECK_ALL(Set##TYPENAME, SINGULAR, CPPTYPE); \
        if (field->is_extension()) {    /*先不要在意這個(gè)*/                       \
          return MutableExtensionSet(message)->Set##TYPENAME( \
            field->number(), field->type(), value, field);                       \
        } else {
          /*一般的字段走這里*/\
          SetField<TYPE>(message, field, value);                                 \
        }                                                                        \
      }
    
    DEFINE_PRIMITIVE_ACCESSORS(Int32 , int32 , int32 , INT32 )
    #undef DEFINE_PRIMITIVE_ACCESSORS
    
    內(nèi)存賦值.
    
    // 找到對應(yīng)的內(nèi)存地址，返回合適類型的指針.
    template <typename Type>
    inline Type* GeneratedMessageReflection::MutableRaw(
        Message* message, const FieldDescriptor* field) const {
      int index = field->containing_oneof() ?
          descriptor_->field_count() + field->containing_oneof()->index() :
          field->index();
      void* ptr = reinterpret_cast<uint8*>(message) + offsets_[index];
      return reinterpret_cast<Type*>(ptr);
    }
    // 設(shè)置protobuf的標(biāo)志bit.
    inline void GeneratedMessageReflection::SetBit(
        Message* message, const FieldDescriptor* field) const {
      if (has_bits_offset_ == -1) {
        return;
      }
      MutableHasBits(message)[field->index() / 32] |= (1 << (field->index() % 32));
    }
    // 設(shè)置某個(gè)字段的值
    template <typename Type>
    inline void GeneratedMessageReflection::SetField(
        Message* message, const FieldDescriptor* field, const Type& value) const {
      if (field->containing_oneof() && !HasOneofField(*message, field)) {
        ClearOneof(message, field->containing_oneof()); // V3 oneof 類型的清理。
      }
      *MutableRaw<Type>(message, field) = value; // 先直接覆蓋
      field->containing_oneof() ?
          SetOneofCase(message, field) : SetBit(message, field); // 添加標(biāo)記bit
    }
    
    通過對象和對象方法的名字調(diào)用對應(yīng)的方法.