基于反射的动态Prolog到Java接口

### 基于反射的动态Prolog到Java接口 #### 1. 接口基础 在Prolog与Java的交互中，我们会定义Prolog谓词名（prologName）和对应的Java类名（javaName）。创建一个名为javaName的类，它继承自FunBuiltin（FunBuiltin是Term的子类，用于表示Prolog函子，即复合项）。该类的构造函数接受一个字符串（函子名）和一个整数（元数）。 当调用Builtins类适当子类的register方法时，会生成一个新的哈希表条目，其中prologName和元数作为键，javaName作为值。这样，当调用具有适当元数的Prolog谓词prologName时，就能在常量时间内查找出实际在Java中实现该内置谓词exec方法的类（javaName）。每个扩展Builtins类的组件都会引入新的此类谓词，并通过上述机制将它们添加到继承的哈希表中，从而可以像使用Jinni 2000内核的一部分那样使用这些Prolog内置谓词。 #### 2. 内置执行机制 - FunBuiltin类的子类实现传递参数的内置谓词，而ConstBuiltin类的子类实现无参数的内置谓词。 - FunBuiltin和ConstBuiltin都有一个抽象方法exec，需要由子类javaName类来实现。这个方法实际上映射到具有prologName的Prolog内置谓词，并在执行该谓词时被调用。 - javaName类实现的exec方法会使用getArg方法从谓词实例中获取参数（Term及其子类），并通过专门的方法发现它们的动态类型。获取参数并知道其类型后，就可以进行所需的处理。 - putArg方法用于返回或检查值，它使用Terms及其子类的unify方法与实际的（可能是变量的）谓词参数进行通信。如果成功，该方法返回1。如果putArg对任何参数都没有失败，exec方法返回1，Prolog将其解释为成功；如果至少有一个统一失败，则返回0，Prolog将其解释为失败。我们称这种映射为常规内置谓词，因为从Prolog的角度来看，它就像一个内置谓词，在编译时已知，并且可以看作是Prolog内核的一部分。 #### 3. 基于反射的Jinni 2000 Java接口API 基于反射的Jinni 2000 Java接口API通过数量惊人少的常规Jinni内置谓词提供。这一特性与基于C的Prolog到Java的JIPL接口相同。这种相似性最终源于Java的反射包为Java提供的视图与JNI（Java本地接口）为C函数提供的视图相同。 以下是几个重要的内置谓词： - `new java class(+’ClassName’,-Class)`：第一个参数是类名常量。如果找到具有该名称的类，则加载该类，并将该类的句柄作为JavaObject包装在第二个参数中返回。这个句柄可用于实例化对象。 - `new java obj(+Class,-Obj):-new java obj(Class,new,Obj)` 和 `new java obj(+Class,+new(parameters),-Obj)`：第一个参数是包装在JavaObject中的Java类。对于带参数的构造函数，第二个参数由new和构造函数的参数（Prolog数字或字符串常量或包装为JavaObjects的其他对象）组成。与普通方法一样，会搜索并调用与参数类型对应的（最具体的构造函数）。该谓词在最后一个参数中返回新创建对象的句柄，同样包装在JavaObject中。如果第二个参数缺失，则调用无参构造函数。返回的句柄可用于调用方法。 - `invoke java method( +Object, +methodname(parameters), -ReturnValue)`：第一个参数是Java类的实例化对象（包装在JavaObject中），第二个参数是方法名和参数（可以是数字、字符串常量或包装为JavaObjects的对象）。如果为给定对象找到这样一个（可访问且明确最具体的）方法，则调用该方法，并将返回值放在最后一个参数中。如果返回值是数字或字符串常量，则作为Prolog数字或常量返回，否则作为JavaObject包装返回。如果要调用静态方法，第一个参数需要是包装在JavaObject中的类，否则调用机制相同。 Java和Prolog之间的数据类型映射如下表所示： | Java | Prolog | | ---- | ---- | | int | maybe (short,long) Integer | | double | maybe (float) Real | | java.lang.String | Const | | any other Object | JavaObject is a bound variable, which unifies only with itself | #### 4. 实现细节 ##### 4.1 创建类 反射包使用Java反射API在运行时加载Java类、实例化对象并调用类和对象的方法。使用Java反射的`Class.forName(”classname”)`方法在运行时创建类。如果发生异常，会打印出说明异常的错误消息，并返回0，Prolog将其解释为失败。可以使用标志来开启或关闭错误消息打印。 通过常规的内置扩展机制与Prolog接口，将第一个参数作为Prolog常量传递给Java，Java将其视为字符串。之后进行Java端的处理，获取所需类的句柄，最后将这个句柄包装为JavaObject并在第二个参数中返回。 示例： ```plaintext new java class(’java.lang.String’,S) Output: S=JavaObject(java.lang.Class 623467) ``` ##### 4.2 实例化对象 - 首先，将构造函数的参数转换为列表，然后在Prolog中解析并作为JavaObjects提供给Java，再逐个提取。 - 如果参数列表为空，则传递一个特殊标记而不是JavaObject，告诉程序使用无参构造函数从类中实例化一个新对象，通过调用给定类的`newInstance()`方法实现。 - 如果参数列表不为空，使用`getClass()`方法确定参数列表中对象的类（动态类型），并存储在数组中。使用该数组通过`getConstructor(parameterTypes)`方法搜索给定类所需的构造函数。获取构造函数后，调用其`newInstance(parameterList)`方法获取所需对象。异常处理机制与创建新类时相同。 该过程也使用常规的内置扩展机制与Java接口，对象被包装为JavaObjects。Prolog整数映射到Java的int，Prolog的Real类型变为Java的double。从Java的反向映射略有不同，long、int、short映射到Prolog的Int（其数据存储在long字段中），float和double类型映射到Prolog的Real（其数据存储在double字段中）。Java字符串与Prolog常量相互映射。 示例： ```plaintext new java obj(S,new(hello),Mystring) Output: MyString=JavaObject(java.lang.String 924598) ``` ##### 4.3 调用方法 方法调用机制与对象实例化机制非常相似。数据类型映射保持不变，异常处理机制也与构造对象和类时完全相同。 - 首先确定给定对象的类，使用`getMethod(methodName, parameterTypes)`方法（与`getConstructor`方法类似，但第一个参数是方法名）确定方法。 - 确定方法后，使用`getReturnType().getName()`确定其返回类型，以进行Prolog和Java数据类型的映射。如果返回类型是void，返回给Prolog的值将是常量’void’。 - 调用所需方法时，调用获取到的方法的`invoke.(Object, parameterList)`方法，并在转换后返回该方法的返回值。 - 要调用静态方法，首先确定作为第一个参数传递的对象是否是Class类的实例。如果是，则将其视为要搜索方法的类，调用`invoke.(null, parameterList)`。 示例： ```plaintext invoke java method(Mystring,length,R) Output: R=5 invoke java method(Mystring,toString,NewR) Output: NewR=hello ``` #### 5. 反射的局限性 反射机制的一个重要局限性是，在使用给定参数类型为给定类搜索方法或构造函数时，反射包会寻找精确匹配。例如，如果有一个Sub类的对象，并将其传递给一个接受Super类对象（Sub的超类）作为参数的方法，在普通Java中可以调用该方法，但在反射的情况下，搜索该方法会失败，无法调用该方法。对于接受接口方法的情况也是如此，实际上意味着接受实现该接口的所有对象。这个问题的根源在于方法可能会重载，而Java在编译时决定调用哪个重载方法，而不是在运行时。 #### 6. Java编译时解决方案 确定调用哪个方法的步骤如下： ##### 6.1 查找适用的方法 适用的方法具有以下两个属性： - 方法名与调用的方法名相同，且参数数量与方法调用中的参数数量相同。 - 每个参数