Informação de Tipos em Tempo de Execução (Java)

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A linguagem Java dispõe de um conjunto de conceitos (classes) que permite tratar as construções da linguagem (tipos, métodos) como objectos. Estes objectos são objectos "normais", no sentido de que possuem estado e apresentam uma interface que permite requisitar a execução de operações em tempo de execução. Exemplos são o pedido de listas de construtores a classes, ou o pedido de criação de instâncias. É possível, através deste mecanismo, a escrita de código muito flexível ao nível do tratamento de classes, inclusivamente sem necessidade de parar uma aplicação que esteja em execução. A desvantagem principal é partilhada com mecanismos de função semelhante noutras linguagens: o código não é, em geral, portável.

Este conjunto de classes está globalmente reunido na package java.lang.reflect ("reflection" é um termo geralmente usado para referir a capacidade da linguagem se auto-descrever nestes aspectos).

Das classes que se abordam abaixo, talvez a mais importante, pois é a partir dela que surgem as outras utilizações, é a classe Class. São instâncias desta classe objectos que representam as classes, interfaces e enumerados da linguagem. Isto inclui a própria classe Class! (note-se que existe a interface Type, mas não é directamente útil na generalidade dos casos).

Esta página não quer substituir o manual da linguagem Java, relativamente a este aspecto, e ilustra apenas como o mecanismo pode ser utilizado produtivamente. O manual da linguagem e as descrições das classes principais e auxiliares (principalmente excepções), podem ser consultados aqui: http://docs.oracle.com/javase/7/docs/api/java/lang/reflect/package-summary.html

Como obter instâncias da classe "Class"?

Não é possível instanciar directamente esta classe.

A obtenção de instâncias faz-se atravês de três processos: propriedade class das classes; propriedade TYPE das classes associadas a tipos primitivos; método Class.forName(String).

O seguinte exemplo obtém os objectos que descrevem os tipos associados com o conceito de número inteiro em Java. Recorda-se que o método println está a utilizar o resultado da invocação implícita de toString sobre os tipos indicados.

public class SimpleTest {
  public static void main(String[] args) {
    Class<?> type1 = Integer.class;
    Class<?> type2 = Integer.TYPE;
    System.out.println(type1);
    System.out.println(type2);
  }
}

O resultado é:

$ java SimpleTest
class java.lang.Integer
int

Exemplo

Neste exemplo, apresenta-se a criação dinâmica de objectos de um determinado tipo, a partir de uma descrição textual desses objectos.

Introdução

Considere-se o ficheiro obras.txt, contendo descrições de DVDs (título e realizador) e de Livros (título, autor e ISBN):

 DVD:Era uma vez na amadora:Fernando Fonseca
 DVD:Lumiar selvagem:Pedro Fonseca
 Livro:A arte de sobreviver no 36:Joao Fonseca:1234567890
 Livro:Bairro alto e o budismo zen:Zun Tse Fonseca:1234567891
 DVD:48 horas para o exame:Orlando Fonseca
 Livro:Lux e o insucesso escolar - Uma visao matematica:Carlos Alberto Fonseca:1234567892

A ideia da aplicação que se descreve de seguida é a leitura de cada linha como se da criação de um objecto se tratasse. Assim, o primeiro campo (os campos são separados por ":") define a classe do objecto e os restantes campos são passados como argumentos ao constructor da classe. Pretende-se ainda que a implementação seja suficientemente flexível para que resista à utilização de descrições erradas ou de descrições de objectos desconhecidos.

A classe de base

A classe de base de todas as entidades a criar é Obra. Esta classe, por um lado, impõe às suas subclasses a definição do método processa e, por outro, recorrendo a uma fábrica simples que, fazendo uso de informação de tipos em tempo de execução, permite criar instâncias das suas subclasses, de acordo com uma descrição passada como argumento (cria).

Os blocos declarados static numa classe correspondem a código que é executado quando a classe é carregada pela máquina virtual.

Ficheiro Obra.java
 import java.util.ArrayList;
 import java.lang.reflect.Constructor;
 import java.lang.reflect.InvocationTargetException;

 public abstract class Obra {
   static { System.out.println("Carregamento da classe Obra"); }

   public abstract void processa();

   static Obra cria(String dsc) {
     String dados[] = dsc.split(":");
     try {
       Class<?> tipo = Class.forName(dados[0]);
       ArrayList<String> ctorargs = new ArrayList<String>(dados.length-1);
       for (int ix = 1; ix < dados.length; ix++)
         ctorargs.add(ix-1, dados[ix]);
       Constructor<?> ctor = tipo.getConstructors()[0];  // hack? só existe um...
       return (Obra)ctor.newInstance(ctorargs.toArray());
     }
     catch (ClassNotFoundException e) {  // forName
       System.err.println("!! TIPO DE OBRA DESCONHECIDO !!");
       System.err.println(e);
       return null;
     }
     catch (InstantiationException e) {  // newInstance
       System.err.println("!! TIPO DE OBRA ABSTRACTO !!");
       System.err.println(e);
       return null;
     }
     catch (IllegalAccessException e) {  // newInstance
       System.err.println("!! TIPO DE OBRA SEM CONSTRUCTOR ACESSÍVEL!!");
       System.err.println(e);
       return null;
     }
     catch (IllegalArgumentException e) {  // newInstance
       System.err.println("!! TIPO DE OBRA MAL DESCRITO !!");
       System.err.println(e);
       return null;
     }
     catch (InvocationTargetException e) {  // newInstance
       System.err.println("!! TIPO DE OBRA COM CONSTRUCTOR EM APUROS !!");
       System.err.println(e);
       return null;
     }
   }

 }

Note-se o tratamento de várias excepções, em particular, o tratamento da excepção ClassNotFoundException, que tem, neste contexto especial, um significado para a aplicação algo distinto do habitual.

Note-se ainda o tratamento de InvocationTargetException, que permite lidar com as excepções específicas do constructor da obra em causa (exception chaining).

As classes das obras

Para DVDs:

Ficheiro DVD.java
public class DVD extends Obra {
   static { System.out.println("Carregamento da classe DVD"); }

   String _título;
   String _realizador;

   public DVD(String título, String realizador) {
     _título     = título;
     _realizador = realizador;
   }

   public String toString() { return "DVD:" + _título + ":" + _realizador; }
   public void ler()      { System.out.println("LER "      + this); }
   public void rodopiar() { System.out.println("RODOPIAR " + this); }

   public void processa() { rodopiar(); ler(); }
 }

Para livros:

Ficheiro Livro.java
public class Livro extends Obra {
   static { System.out.println("Carregamento da classe Livro"); }

   String _título;
   String _autor;
   String _isbn;

   public Livro(String título, String autor, String isbn) {
     _título = título;
     _autor  = autor;
     _isbn   = isbn;
   }

   public String toString() { return "Livro:" + _título + ":" + _autor + ":" + _isbn; }
   public void ler()     { System.out.println("LER "     + this); }
   public void folhear() { System.out.println("FOLHEAR " + this); }

   public void processa() { folhear(); ler(); }
 }

Aplicação exemplo

Esta aplicação lê o ficheiro de obras (propriedade obras) e processa cada linha, criando os objectos correspondentes. Depois de lidas, as obras são processadas (uniformemente).

Ficheiro Teste.java
 import java.util.ArrayList;
 import java.io.BufferedReader;
 import java.io.FileReader;
 import java.io.IOException;
 
 public class Teste {   public static void main(String[] args) {
     String entrada = System.getProperty("obras", "obras.txt");
     try (var r = new BufferedReader(new FileReader(entrada))) {
       String linha;
       var obras = new ArrayList<Obra>();
       while ((linha = r.readLine()) != null) {
         Obra obra = Obra.cria(linha);
         obras.add(obra);
         System.out.println(obra);
       }
       System.out.println("****************");
       for (var obra: obras) obra.processa();
     }
     catch (IOException e) {
       e.printStackTrace();
     }
   }
 }

Note-se que a função main declara o lançamento de excepções. Esta prática não é ideal (a função deveria tratar as excepções) e apenas é usada aqui por simplicidade de exposição.

A saída da aplicação de teste é a que se apresenta. Note-se a ordem de carregamento das classes.

 % java -Dobras=obras.txt Teste
 Carregamento da classe Obra
 Carregamento da classe DVD
 DVD:Era uma vez na amadora:Fernando Fonseca
 DVD:Lumiar selvagem:Pedro Fonseca
 Carregamento da classe Livro
 Livro:A arte de sobreviver no 36:Joao Fonseca:1234567890
 Livro:Bairro alto e o budismo zen:Zun Tse Fonseca:1234567891
 DVD:48 horas para o exame:Orlando Fonseca
 Livro:Lux e o insucesso escolar - Uma visao matematica:Carlos Alberto Fonseca:1234567892
 ****************
 RODOPIAR DVD:Era uma vez na amadora:Fernando Fonseca
 LER DVD:Era uma vez na amadora:Fernando Fonseca
 RODOPIAR DVD:Lumiar selvagem:Pedro Fonseca
 LER DVD:Lumiar selvagem:Pedro Fonseca
 FOLHEAR Livro:A arte de sobreviver no 36:Joao Fonseca:1234567890
 LER Livro:A arte de sobreviver no 36:Joao Fonseca:1234567890
 FOLHEAR Livro:Bairro alto e o budismo zen:Zun Tse Fonseca:1234567891
 LER Livro:Bairro alto e o budismo zen:Zun Tse Fonseca:1234567891
 RODOPIAR DVD:48 horas para o exame:Orlando Fonseca
 LER DVD:48 horas para o exame:Orlando Fonseca
 FOLHEAR Livro:Lux e o insucesso escolar - Uma visao matematica:Carlos Alberto Fonseca:1234567892
 LER Livro:Lux e o insucesso escolar - Uma visao matematica:Carlos Alberto Fonseca:1234567892