虚幻的反射

反射是虚幻引擎中的基础技术，虚幻中的细节面板、序列化、垃圾回收、蓝图与C++交互等功能都依赖于反射。但原生C++并不支持反射，因此虚幻拥有一套自己的反射系统。

本文将对虚幻的反射机制进行浅析，更多信息可以查看工程文件中的generated和Marcos源码文件，里面有对反射更详细的解释。

反射的简要机制

Unreal Build Tool(UBT)和Unreal Header Tool(UHT)两个协同工作来生成运行时反射需要的数据。UBT通过扫描头文件，记录任何至少有一个反射类型的头文件的模块。如果其中任意一个头文件从上一次编译起发生了变化，那么UHT就会被调用来利用和更新反射数据。UHT分析头文件，创建一系列反射数据，并且生成包含反射数据的C++代码,放到每一个模块的generated文件中，使用标记宏标记的数据编译后可以在generated文件中看到，使用了一些宏对数据进行包装。

用生成的C++代码来存储反射数据的一个最大好处就是，它可以保证跟二进制做到同步,不会加载陈旧或者过时的反射数据，因为它是跟引擎的其它代码同时编译的，并且它会在程序启动的时候使用C++表达式来计算成员偏移等，而不是通过针对特定平台/编译器/优化的组合中进行逆向工程。

反射数据的层次

属性系统的层次结构：

UStruct是聚合体的基础类型。
UClass继承自UStruct对应原生C++中的class，包括Property、Function、ChildClass等。
UScriptStruct对应原生C++中的struct，仅仅包括Property。
UFunction对应原生C++中的Function，同样仅仅包括Property。
UEnum对应原生C++中的enum
UProperty对应原生C++中的变量和函数参数

反射支持

UObject为反射系统的核心，每一个继承自UObject且支持反射系统的类型都有一个相对应的UClass类或其子类，如果要实现类支持反射，必须遵守相关的规则，比如使用UCLASS(),USTRUCT(),UENUM(),UPROPERTY(),FUNCTION()等标记宏进行标记，以便UHT可以根据宏生成支持反射的代码。

UCLASS的反射支持

分为两步完成：

1. 通过IMPLEMENT_CLASS()这个宏用于启动时注册这个类，包括生成UClass类以及注册C++原生函数。
2. 通过static FCompiledInDeter创建一个静态变量，向DeferredCompiledInRegistration这个静态数组中添加注册函数以初始化默认反射属性（包括Func，Property，metaData）。

USTRUCT的反射支持

同样是通过两步完成：

1. 通过static FCompiledInDeferStruct存储一个用于构建结构体的一个单例函数，用于在程序启动时调用。
2. 此外还会创建一个静态对象，这个对象在构造函数中调用UScriptStruct::DeferCppStructOps函数，它用来向这DeferredCppStructOps注册一个动态管理结构体构造析构的类。

UENUM的反射支持

枚举实现支持只有一步：
通过static FCompiledInDeferEnum创建一个静态变量存储一个用于构建枚举反射对象的单例函数，用于在程序启动时调用。

关于反射宏可以在ObjectMacros.h中查看。

注册

所有的注册内容都会在ProcessNewlyLoadedUObjects()函数中进行注册。

这个函数中包含以下内容：

UClassRegisterAllCompiledInClasses()用于注册所有要加载的类。
在IDE中源码解释为：Register all loaded classes

UObjectProcessRegistrants()用于处理自动注册的对象，并添加到UObject array中用于后期检索。
在IDE中源码解释为：Process the auto register objects adding them to the object array

UObjectLoadAllCompiledInStructs()用于注册结构体和玫瑰的反射信息。
在IDE中源码解释为：Call StaticStruct for each struct…this sets up the internal singleton and important works correctly with hot-reload
该函数还与热重载有关

UObjectLoadAllCompiledInDefaultProperties()用于注册类的反射信息并创建一个默认对象。
在IDE中源码解释为：Load any outstanding compiled in default properties

UClassReplaceHotReloadClass()用于完成C++的热重载。
在IDE中源码解释为:Re-instance all existing classes that have change during hot-reload

总结

虚幻的反射构建可分为以下四个阶段：
生成阶段：借助UHT生成UClass代码，包括UClass构造、注册属性以及函数。
收集阶段：利用Static自动注册的方式，在模块加载时将所有UClass登记并添加入array中管理。
注册阶段：在模块初始化时将array中所有UClass中的Function和Property注册。
链接阶段：生成动态链接库，编辑器加载该库。

更多内容可以查看官方文档：https://docs.unrealengine.com/5.2/zh-CN/reflection-system-in-unreal-engine/