Metamodell, Reflection in objektorientierten Sprachen Probevorlesung Friedrich Steimann.

Metamodell, Reflection in objektorientierten Sprachen

ProbevorlesungFriedrich Steimann

F Steimann „Metamodell, Reflection in objektorientierten Sprachen“

SoftwaretechnikSoftwaretechnik

Voraussetzungen

Grundbegriffe der Objektorientierung Klasse, Beziehung, Subklasse, Verhalten

etc. grundlegende Notationselemente der UML

Klassendiagramm Grundlegende Programmierkenntnisse in

Java



Metamodell,Reflection in objektorientierten Sprachen



Kontext: letzte Vorlesung

Durchgängigkeit der Objektorientierung annähernd gleiche Konzepte in Analyse,

Design (Modell) und Implementierung

Modell Klasse Attribut Beziehung

Verhalten

Programm Klasse Instanzvariable (Feld) Instanzvariable (Feld)

Array, Collection Methode



Modell (Beispiel)

Student

Dozent

Modul

Teil

belegt

bietet an

Universität



Wechsel des Gegenstandsbereichs

Notation der Modelle bleibt gleich andere Notation denkbar, ändert nichts an

der Bedeutung wie sich auch Notation von Modellierung und

Implementierung unterscheiden Sprachkonstrukte der

Modellierungssprache vom Gegenstandsbereich unabhängig



Modell (anderes Beispiel)

Stück Absatz

besetzt gehört zu

Akt Szene

Text

RolleDarsteller

Regieanweisung

TheaterMaxx



Wechsel der Ebene

Modelle können selbst Gegenstand der Modellierung sein!

Programme können selbst Gegenstand der Programmierung sein!

Modellierung der Modellierung unter Verwendung derselben Sprachkonstrukte

Programmierung der Programmierung unter Verwendung derselben Sprachkonstrukte



Modell der objektorientierten Modellierung (Metamodell)

Klasse

Beziehung

abstrakte Klasse

konkrete Klasse

Verhalten

unendlicher Regress!

Vererbung



Metaprogramme

Programme, die Programme als Ein- und/oder Ausgabe haben Compiler/Interpreter Refactoring-Werkzeuge

Programme, die sich selbst als Ein- und/oder Ausgabe haben (Reflektion) „selbstbewußter“ Code selbstmodifizierender Code

Metaprogrammierung



Stufen der Metaprogrammierung

Typ-Introspektion C++ mit RTTI

allgemeine Introspektion Java (häufig Reflektion genannt)

Interzession oder Interzeption Lisp MOP, AspectJ

(volle) Reflektion Maschinencode (!), Lisp, Prolog, Smalltalk



Javas Reflection-API

Klasse BeschreibungObject Methode getClass()Class Instanzen repräsentieren Klassen und

InterfacesConstructor Aufruf von Konstruktoren variablen TypsField Information über und Zugriff auf Felder

variabler TypenMethod Information über und Aufruf von

Methoden variabler TypenModifier Information über Access Modifier von

Typen und deren MembernArray Erzeugung von und Zugriff auf Arrays

variablen Typs



Beispiel reflektive Programmierung

Absatz absatz = …;

if (absatz instanceof Regieanweisung) …

… (Regieanweisung) absatz …

public class Object {

public final Class getClass() …

}

public final class Class extends Object …

Constructor[] getConstructors() …

Fields[] getFields() …

Method[] getMethods() …

}

Typ-Introspektion

allg. Introspektion



Weitere einfache Beispiele

…



Beispiel Serialisierung

class C { int a = 1; String b = "abc"; D d = new D();

void serializeOn(PrintStream aStream) { aStream.println("a"); aStream.println(a); aStream.println("b"); aStream.println(b); aStream.println("d"); d.serializeOn(aStream); }}



Reflektive Serialisierung

void serializeOn(PrintStream aStream) { Class myClass = getClass(); Field[] myFields = myClass.getFields(); for (Field field : myFields) { aStream.println(field.getName()); try { Object value = field.get(this); if (field.getType().isPrimitive() || value == null) aStream.println(value); else value.printFieldsOn(aStream); } catch (Exception e) {…} }}



Weitere Beispiele

…



Einsatzmöglichkeiten der Metaprogrammierung

Tracing, Logging, Security etc. Spracherweiterungen/-anpassungen Optimierung von Code dynamisch konfigurierte Systeme („very

late binding“), z. B. Web Services genetische Programmierung Künstliche Intelligenz



Bewertung der Metaprogrammierung

Vorteile: Ergänzung von Funktionalität zur Laufzeit kompaktere Programme

Nachteile: schwer lesbar keine Übersetzungszeit, keine Fehlerprüfung

Fazit: nur sehr kontrolliert einsetzen!



Literatur

Abelson & Sussman Structure and Interpretation of Computer Programs Chapter 4: „Metalinguistic Abstraction“ (http://mitpress.mit.edu/sicp/)

Krüger, Stark Handbuch der Java-Programmierung Kapitel 43 und 44 (www.javabuch.de)

historische Grundlagen Whitehead und Russel Principia Mathematica Vorwort

und Einleitungen (1910) Tarski „The semantic conception of truth“ Philosophy

and Phenomenological Research 4 (1944)

Metamodell, Reflection in objektorientierten Sprachen Probevorlesung Friedrich Steimann.

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