反射的定义

Reflection: Introspection (内省) + Intercession (调解)

  • Introspection: Ability of a program to examine itself

  • Intercession: Ability of a program to modify itself

  • Runtime feature of modern programming languages: Java, C#, Go, …

  • Use cases: Code generation
    • Serialization
    • O/R-Mapping
    • CLI Argument Parsing
    • …

反射 (Reflection) 是程序在运行时动态访问、检测和修改自身结构的能力，包括类型信息、成员变量、方法等元数据的操作。其核心功能可分为：

  1. 内省 (Introspection)：运行时获取类型名称、成员列表、继承关系等元信息
  2. 动态操作：通过类型名创建对象、调用方法、修改属性值
  3. 元编程支持：结合代码生成技术实现编译时反射（如 C++ 提案 P2996）

C++ 的挑战在于缺乏原生反射支持，需通过 RTTI、宏、模板或第三方库实现。例如 Java 的 Class 对象可直接获取元信息，而 C++ 的 typeid 仅能提供有限类型名称。

Evaluating Reflection Support in C++23

  • Introspection (runtime):
    • Run-time type information (RTTI)
  • Introspection (compile-time):
    • Type Traits
    • Template metaprogramming
    • Concepts and constraints
  • Intercession (compile-time):
    • Template metaprogramming
    • Compile-time function execution
    • Preprocessor metaprogramming

Preview: C++26 Compile-Time Reflection (P2996, P1306)

示例代码 (TODO: 有编译错误 )

#include <print>
#include <string>
#include <experimental/meta>

template<typename T>
requires std::is_class_v<T>
void print(const T& self) {
    namespace meta = std::meta;
    template for(constexpr meta::info i : meta::define_static_array(meta::nonstatic_data_members_of(^^T))) {
        std::println("{} = {}", meta::identifier_of(i), self.[:i:]);
    }
}

struct test {
    int x;
    double y;
    std::string z;
};

int main() {
    test t{1, 3,14, "hello"};
    print(t);
}

C++ 反射的实现方式

基于 RTTI 的有限反射

运行期的类型，C++ 里挺有争议（跟异常类似）的功能 RTTI。（还是要强调一句，你应该考虑是否用虚函数可以达到你需要的功能。很多项目，如 Google 的，会禁用 RTTI。）

可以用 typeid 直接来获取对象的实际类型，例如：

#include <iostream>
#include <typeinfo>
#include <boost/core/demangle.hpp>

using namespace std;
using boost::core::demangle;

class shape {
public:
  virtual ~shape() {}
};

class circle : public shape {
};

int main()
{
  shape* ptr = new circle();
  auto& type = typeid(*ptr);
  cout << type.name() << endl;
  cout << demangle(type.name()) << endl;
  cout << boolalpha;
  cout << (type == typeid(shape) ? "is shape\n" : "");
  cout << (type == typeid(circle) ? "is circle\n" : "");
  delete ptr;
}

在 GCC 下的输出：

6circle
circle
is circle

Refer