jrReflection

实现了对非成员函数、类、类成员变量和类成员函数的反射：上述内容经手动注册后，用户无需使用任何宏即可由名称（字符串）创建并使用。

0 基本使用

需反射的类必须public继承Reflectable类，具体请参见test/main.cpp。

1 主要思路

1.1 非成员函数

将非成员函数的函数指针传入MethodInfo类，其内部使用一个lambda匿名函数包装该函数指针：形式参数不变，但返回值包裹为Variable（Variable为std::any的简单封装，意在抹除类型），以实现通过字符串调用该函数时不依赖于其返回值类型。

1.2 类构造器

需调用Registrar::registCreator注册类构造器，注册时将创建一个返回值为Reflectable的lambda，该lambda内部将保存类类型信息。
注意：出于防止用户误用的目的，Registrar::registCreator不返回任何指向被创建对象的指针，该指针由Object类对象保存，并在类对象析构时自动释放。

1.3 类成员变量

一个类成员变量对应一个get操作和set操作，因此类成员变量所需的信息就是类成员变量名称、get方法和set方法；且为保持类型统一且可控，get和set方法的一个参数就是一个指向Reflectable对象指针。
那么如何可以使得用户在通过字符串调取相应类成员变量时不传入具体的类类型信息呢？ 主要思路是在注册类成员变量时，传入类成员变量指针，通过模板获取到类类型信息，并将类类型信息存储在get和set相应的lambda内——在lambda函数体中，对Reflectable对象指针入参进行向下转型(downcast)：

lambda
{
// a为Reflectable*（实际代码使用智能指针）
T* b = dynamic_cast<T*>(a); 
}

这样的话，类类型信息将保存在lambda中，反射时将无需任何类类型信息。

1.4 类成员函数

核心**与类成员变量一致

2 基本数据结构与反射实现

本处所介绍的基本数据结构都定义在src/def.hpp内。

2.1 Variable

Variable是std::any的简单封装，主要用于抹除函数返回值类型。

class Variable {
private:
    std::any var;   

public:
    /* 将类型为T的值t转换为std::any */
    template<typename T> Variable(T t);
    template<typename T> void toVar(T t);
    /* 将内部存储的std::any还原为类型T的值 */
    template<typename T> T toType();
    /* 隐式转换 */
    template<typename T> operator T();
};

2.2 非成员函数反射实现

2.2.1 MethodInfo

MethodInfo是非成员函数被调用所需要的信息，其内部存储函数名称和被抹去类型的函数对象。

struct MethodInfo {
    std::string method_name;
    std::any method;
    /* 将非成员函数指针转换为抹除类型的函数对象 */
    template<typename R, typename... Args>
    MethodInfo(const std::string& name, R(*method)(Args...));
    /* 将成员函数指针转换为抹除类型的函数对象 */
    template<typename T, typename R, typename... Args>
    MethodInfo(const std::string& name, R(T::*method)(Args...));
};

非成员函数指针转换过程分为两步：

抹除函数返回值类型
在lambda内部调用原本的函数指针，再将返回值转换为Variable。

std::function<Variable(Args...)> 
method_wrapper = [method](Args&&... args) {   
    Variable var;
    var.toVar((*method)(std::forward<Args>(args)...));
    return var;
}

抹除函数对象类型
将函数对象转型为std::any。

this->method = std::make_any<std::function<Variable(Args...)>>(method_wrapper);

成员函数指针转换过程在2.3.2介绍。

2.2.2 string-MethodInfo键值对

该键值对定义在reflection.cpp内，对用户透明；用于通过函数名称迅速查找对应的MethodInfo对象。

static std::map<std::string, MethodInfo> methods;

2.3 类反射实现

2.3.1 AttrInfo

AttrInfo是调取类成员变量所需的信息，其内部存储变量名称和被抹去类型的getter/setter。

struct AttrInfo {
    std::string attr_name;
    std::any set_attr;
    std::any get_attr;
    /* 将类成员指针指针转换为抹除类型的geeter/setter */
    template<typename T, typename Attr>
    AttrInfo(const std::string& name, Attr T::*attr);
};

转换为setter

std::function<void(std::shared_ptr<Reflectable>, Variable)> 
set_attr_wrapper = [attr](std::shared_ptr<Reflectable> a, Variable var) {
    // lambda内部保存了传入的类类型信息
    std::shared_ptr<T> b = std::dynamic_pointer_cast<T>(a);
    // 向下转型失败，传入的对象指针并未继承自Reflectable
    if(!b) {
        throw std::runtime_error("Reflectable is not base of ChildClass");
    }
    // 取用向下转型后的对象所持有的成员
    b.get()->*attr = var.toType<Attr>();
    return ;
};
// std::make_any

转换为getter

std::function<Variable(std::shared_ptr<Reflectable>)> 
get_attr_wrapper = [attr](std::shared_ptr<Reflectable> a) {
    // lambda内部保存了传入的类类型信息
    std::shared_ptr<T> b = std::dynamic_pointer_cast<T>(a);
    // 向下转型失败，传入的对象指针并未继承自Reflectable
    if(!b) {
        throw std::runtime_error("Reflectable is not base of ChildClass");
    }
    // 取用向下转型后的对象所持有的成员
    return Variable(b.get()->*attr);
};
// std::make_any

2.3.2 MethodInfo

MethodInfo在2.2.1已介绍过，以下主要介绍类成员函数指针转换的过程。与类成员变量相似，转换的核心在于让lambda自己保存类类型信息：

std::function<Variable(std::shared_ptr<Reflectable>, Args...)> 
method_wrapper = [method](std::shared_ptr<Reflectable> a, Args&&... memArgs) {
    // lambda内部保存了传入的类类型信息
    std::shared_ptr<T> b = std::dynamic_pointer_cast<T>(a);
    // 向下转型失败，传入的对象指针并未继承自Reflectable
    if(!b) {
        throw std::runtime_error("Reflectable is not base of ChildClass");
    }
    // 调用向下转型后的对象所持有的成员函数
    return Variable((b.get()->*method)(std::forward<Args>(memArgs)...));
};

2.3.3 ClassInfo

ClassInfo是反射一个类所需要的信息，内部保存类名称、抹除类型的类构造器、类成员变量集合与类成员函数集合。

struct ClassInfo {
    std::string class_name;
    std::any creator;   // 抹除类型的类构造器
    std::map<std::string, AttrInfo> attributes; // 类成员变量集合
    std::map<std::string, MethodInfo> methods;  // 类成员函数集合

    template<typename T, typename... Args> void set_ctor(); // 设置类构造器
};

通过lambda保存类类型信息来构造类的类型擦除构造器。

std::function<std::shared_ptr<Reflectable>(Args...)> 
ctor_wrapper = [](Args&&... ctorArgs) {
    // lambda内部保存了传入的类类型信息
    std::shared_ptr<Reflectable> b = std::dynamic_pointer_cast<Reflectable>(std::make_shared<T>(std::forward<Args>(ctorArgs)...));
    // 向上转型失败，传入的对象指针并未继承自Reflectable
    if(!b) {
        throw std::runtime_error("Reflectable is not base of ChildClass");
    }
    // 取用向下转型后的对象所持有的成员
    return b;
};

2.3.4 string-ClassInfo键值对

该键值对定义在reflection.cpp内，对用户透明；用于通过类名称迅速查找对应的ClassInfo对象。

static std::map<std::string, ClassInfo> classes;

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