Интроспекция (программирование)

Интроспекция (англ. type introspection) в программировании — возможность запросить тип и структуру объекта во время выполнения программы. Особое значение имеет в языке Objective C, однако имеется почти во всех языках, позволяющих манипулировать типами объектов как объектами первого класса. Следующие языки программирования поддерживают интроспекцию — C++ (с RTTI), C#, Go, Java, Kotlin, JavaScript, Delphi (с RTTI), Perl, Ruby, Smalltalk, PHP и Python. Интроспекция может использоваться для реализации ad-hoc-полиморфизма.

Примеры

C++

C++ поддерживает интроспекцию благодаря динамическому определению типа с помощью оператора typeid, а также благодаря dynamic cast.

Оператор dynamic_cast может быть использован, чтобы определить, принадлежит ли объект иерархии определённого класса. Например:

Person* p = dynamic_cast<Person *>(obj);
if (p != nullptr) {
   p->walk();
}

Оператор typeid получает объект типа std::type_info, описывающий тип:

if (typeid(Person) == typeid(*obj)) {
   serialize_person( obj );
}

C#

В C# для определения типа объекта во время исполнения используется метод GetType, а также ключевые слова is и as:

if(p is Person)
{
   var person = p as Person;
}

Java

В Java механизм интроспекции реализуется с помощью оператора instanceof. instanceof определяет, принадлежит ли объект данному классу, классу-потомку или реализует ли объект данный интерфейс. Например:

if(obj instanceof Person){
   Person p = (Person)obj;
   p.walk();
}

Класс java.lang.Class позволяет получить доступ к более качественной интроспекции.

Например, если нужно определить точно тип объекта, можно воспользоваться методами Object.getClass() или Class.getName():

System.out.println(obj.getClass().getName());

Python

В Python интроспекция может быть функционально реализована с помощью встроенных методов type() и dir() или встроенного модуля inspect, либо идти непосредственно от имени объекта с помощью встроенных аттрибутов __class__ и __dict__. Пользоваться интроспекцией в Python особенно удобно, благодаря парадигме, что "всё является объектом". Любая сущность, являясь объектом, имеет метаданные (данные об объекте), называемые аттрибутами, и связаные с этой сущностью функциональности, называемые методами. В Python новый класс по-умолчанию является сам по себе объектом метакласса type.

class MetaPerson(type):
    def __repr__(cls):
        return "Person"

class Person(metaclass=MetaPerson):
    def __init__(self, name, age, friends = []):
        self.name = name
        self.age = age
        self.friends = friends

    def get_friends(self):
        return self.friends

В итоге интроспекция класса Person может быть интерпретирована следующим образом

>>> # Создание объекта ранее определённого класса Person
>>> ivan = Person("Ivan", 26)
>>> type(ivan)
<class 'Person'>
>>> type(Person)
<class '__main__.MetaPerson'>
>>> # видно, что имя Person является экземпляром метакласса MetaPerson
>>> type(getattr(Person, 'get_friends'))
<class 'function'>
>>> isinstance(ivan, Person)
True

Любой объект имеет аттрибут __class__ возвращающий экземпляр соответствующего метакласса и __dict__ возвращающий словарь всех аттрибутов данного объекта. Методы, определённые в классе, становятся аттрибутами экземпляра соответствующего метакласса, поэтому их можно увидеть вызвав __dict__ от имени класса.

>>> ivan.__class__
<class 'Person'>
>>> ivan.__dict__
{'name': 'Ivan', 'age': 26, 'friends': []}
>>> {k: v.__class__ for k, v in ivan.__dict__.items()}
{'name': str, 'age': int, 'friends': list}