泛型和反射都必須依賴運行時嗎？

01-26

C++中有模版，這個應該和Java/C#的泛型基本是差不多的功能吧，但聽說C#的泛型更進一步，具體表現在哪些方面？C#這種「更進一步」的泛型是否必須依賴CLR；在C++中有可能實現反射嗎，反射是否必須依賴Runtime支持？

參數多態大體上就是多了一個大 λ

如果編譯的時候能完全確定這些大 λ 傳入的是什麼，就可以消除掉運行時開銷，比如 HM 體制的 OCaml

否則就必須引入運行時類型，（開了 GHC 擴展的）Haskell 就大量使用了運行時的類型信息

大的方面來說:

Java的泛型是 type erasure, 所有類型信息在運行時都丟失了，所以java 范型主要能做的就是帶來了 type safety, 僅此而已。

C# 的泛型是 type reification, reification的過程簡單來說就是把一個abstract的東西根據定義變成一個concrete的東西，比如根據List& 和 int, 生成 List&。所有范型的定義會維護在運行時的內存中。因為類型信息一直保持著，除了有了type safety外，所有相關工具鏈都可以獲取type parameter的信息，帶來的好處有例如使用primitive類型時不需要boxing等。

C++ template 的泛型則完全是編譯期的事情，不用對運行時帶來任何額外開銷，弊端就是二進位代碼膨脹。

個人認為，這些都是各種語言根據歷史局限對各種范型實現技術的取捨，說白了，還是tradeoff。有個八卦好像是說當年 java 1.5時增加范型支持之所以選擇 type erasure 是因為不想導致需要改變現有的.class文件的format，後來發現因為別的原因還是需要對.class format做修改。。。

有興趣的可以詳細看看以下兩個鏈接：

Comparing Java and C# Generics - Jonathan Pryors web log

What is reification?

題主說的都是錯的。

C++的模板並不是和Java/C#的泛型基本是差不多的功能。

聽說C#的泛型也沒有更進一步。

泛型和反射都可以是編譯期行為，不需要依賴運行時。

C++當然可以有反射，我在 GacUI ( https://github.com/vczh-libraries ) 就做過。原理很簡單，如果你使用GacUI的時候顯式聲明了要反射，那編譯完你的exe就會多出10M，我把反射需要的代碼都給你添加進去了。然後你就可以

用字元串new類
用字元串調用函數、屬性、成員變數和事件
動態創建一個類多重繼承自C++的幾個允許被你動態繼承的類，還能互相cast，delete的時候等於一起delete

題主可以把玩把玩。

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C#的更進一步表現在虛函數也可以是模板的，然後反射又可以創建沒有出現過的實例化組合，所以C#的這個對runtime的要求是肯定的。其他語言都可以不需要runtime。

1.JAVA編譯和運行相對獨立，java編譯止步於生成*.class文件。後續運行時由虛擬機提供，所以就有了JAVA的口號一次編譯多處運行。因為*.class是與平台無關的，很可能在A機器上編譯的*.class放到B機器上的虛擬機運行，這就要求虛擬機知道它該知道的關於源碼的所有信息，而這些信息以非常格式化的形式文檔化，詳細可參見The Java? Language Specification：

ClassFile { u4 magic; u2 minor_version; u2 major_version; u2 constant_pool_count; cp_info constant_pool[constant_pool_count-1]; u2 access_flags; u2 this_class; u2 super_class; u2 interfaces_count; u2 interfaces[interfaces_count]; u2 fields_count; field_info fields[fields_count]; u2 methods_count; method_info methods[methods_count]; u2 attributes_count; attribute_info attributes[attributes_count]; }

基本上所有的信息都能存在於這個中間表示中，所以java才有那麼強大的反射能力，可以知道方法名，欄位名，介面名，棧幀布局...唔..自己看看jvm specification吧

2. C++不能實現像java一樣強大的反射。C++編譯鏈接得到的是與平台相關的程序，所以你不能把在Windows*上編譯鏈接生成的程序放到Linux上運行。上述這些信息在C++ release中是tan90°的，很多信息都在編譯期抹去了，比如你在運行時不可能知道成員變數的名字，而且每個編譯器關於類的內存布局和name mangling也不相同，沒有一個規範，寫不出通用反射庫。

3.C++的模板和JAVA的泛型差遠了，差多少？差半個太陽系

4.C#不了解

泛型不一定需要， C++/D 都有，不需要以來運行時的、、

反射：靜態反射不需要： C++ / D

動態反射需要： C#/JAVA/go

看起來題主可能對運行時有些誤解。

整個c#代碼將被編譯成il（中間語言）。等程序運行的時候，由運行時負責解釋執行il。

所以我感覺題主像是在問：電視換台必須用電嗎？

答案是：是的，不止換台，整個電視運行都是用電的。

C#的泛型不了解，單說反射。

我們來探索下維基百科。根據詞條Reflection (computer programming)，反射特指程序運行時獲取或修改自身程序結構的能力。有趣的是，詞條Compile-time reflection直接被重定向到了前面的Reflection (computer programming)。而根據詞條Metaprogramming - Wikipedia，如果一個語言的元編程語言是自身，那麼這種能力就叫反射。

所以狹義地說，反射就是運行時的東西。至於「編譯期反射」，如果硬要說有的話，我覺得宏和模板算是低配版的反射了吧。現在C++不是已經有「模板元編程」的說法了嗎？如果C++模板語法也算C++語言的一部分的話，那這就是反射了。

其實運行時反射的很大一部分基礎，就是保留到運行時的一些編譯期的信息。所以我的結論就是，反射並不是一定要依賴運行時，恰恰相反，反射非常依賴編譯時。

就C++來說，泛型主要還是依靠模板和類型推導，所以我認為它是不依賴於運行時的。

如果C++需要支持反射，我的理解還是需要運行時支持，因為C++的typeof和dynamic_cast是需要運行庫支持的，所以至少在這一塊是繞不開的。可能的實現是為每個類型生成meta data數據用於存放反射信息（比如根據名字得到類函數指針等），另外還需要為反射的實現生成相關的代碼。

如果真有興趣，完全可以利用libClang實現一個基於clang front-end的代碼生成工具，用以生成每個類的支持反射的代碼。

只能說上述的回答都只是對java的泛型而言是正確，對於C#而言，泛型是需要運行時支持的。

由於java的泛型是編譯期行為，泛型利用類型擦除實現，所以在java中以下語法是錯誤的

T t =new T（）;

而在C#下則可行，這一點確實是C#更進一步的表現。

我說3點。

1 就泛型和反射的基本思想來說，這倆功能的實現並不依賴於運行時。

例如C++而言，本身就支持泛型，如果需要支持反射，只需要添加相應的管理功能即可。

2 依賴運行時的語言支持泛型和反射技術需要依賴運行時是因為其任何代碼的執行都需要運行時。

例如你說的Java/C#是一次編譯成中間語言，然後在設備中在進一步的編譯/解釋。其任何代碼都在後一步需要runtime支持。

3 既然有了runtime支持，這些語言的泛型和反射技術自然可以多一些在沒有運行時搞不定的能力

例如動態的（類or方法）調用的確認，或者說重載，重寫。

建議題主你通過這條邏輯來理解。多聽聽其他回答中大佬們的話。(⊙o⊙)…

這些東西需要運行時的唯一原因是，所需信息只能在運行時獲取。

C++的模板並不是泛型，因為你沒辦法直接把模板編譯成obj文件之後將obj文件和頭文件單獨發布出去給別人用：無論如何，在編譯的時候都必須知道模板的具體實例，就像靜態數組那樣。

Java的泛型是編譯期語法糖，運行期會變成基類類型。於是相比C#，泛型lambda函數的使用有限制。甚至，從某種意義上來說，這根本就不是泛型，而只是基類型+強制實施的類型規範。

C#的泛型倒是真的泛型了，你完全可以用泛型寫一整個裝配件而且只發布那個裝配件，運行時貌似也可以反射到實例類型。

反射的話，有一種定義是，元編程中，源語言和目標語言相同。這種情況當然也可以是編譯期的。但是，即使是這種情況，也是要運行元編譯器的時候才能讀取到源源代碼（好拗口）中的類型，而不能直接寫死在元編譯器中，因此，也算是另一種運行時了。

目前我們用的反射，其實可以理解為在解釋器前面再套一個元解釋器的套路。當然，這個元解釋器也可以分成兩部分，一個對象模型parser和一個使用對象模型來做反射操作的真·解釋器。（舉個例子，用JS操作HTML的DOM，但是由於源語言和目標語言不同，這種情況並不是反射，只是單純的元編程）

不一定，許多語言對泛型的支持是因為編譯器對代碼進行了轉換，例如相同名字，不同參數類型的函數定義，在編譯期會轉換成不同名字的函數。

類型推斷系統，也能在編譯期獲取許多類型信息。

但其他的，例如在代碼中出現的獲取動態變數類型的代碼，就只能在運行時處理，當然運行時是否支持這種反射，就不一定都支持了。

C++的泛型是編譯期的