Golang的反射reflect深刻理解和示例

时间 2019-11-06

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Golang的反射reflect深刻理解和示例

【记录于2018年2月】golang

编程语言中反射的概念

在计算机科学领域，反射是指一类应用，它们可以自描述和自控制。也就是说，这类应用经过采用某种机制来实现对本身行为的描述（self-representation）和监测（examination），并能根据自身行为的状态和结果，调整或修改应用所描述行为的状态和相关的语义。编程

每种语言的反射模型都不一样，而且有些语言根本不支持反射。Golang语言实现了反射，反射机制就是在运行时动态的调用对象的方法和属性，官方自带的reflect包就是反射相关的，只要包含这个包就可使用。segmentfault

多插一句，Golang的gRPC也是经过反射实现的。bash

interface 和反射

在讲反射以前，先来看看Golang关于类型设计的一些原则微信

变量包括（type, value）两部分框架
- 理解这一点就知道为何nil != nil了
type 包括 static type和concrete type. 简单来讲 static type是你在编码是看见的类型(如int、string)，concrete type是runtime系统看见的类型编程语言
类型断言可否成功，取决于变量的concrete type，而不是static type. 所以，一个 reader变量若是它的concrete type也实现了write方法的话，它也能够被类型断言为writer.函数

接下来要讲的反射，就是创建在类型之上的，Golang的指定类型的变量的类型是静态的（也就是指定int、string这些的变量，它的type是static type），在建立变量的时候就已经肯定，反射主要与Golang的interface类型相关（它的type是concrete type），只有interface类型才有反射一说。性能

在Golang的实现中，每一个interface变量都有一个对应pair，pair中记录了实际变量的值和类型:

(value, type)
复制代码

value是实际变量值，type是实际变量的类型。一个interface{}类型的变量包含了2个指针，一个指针指向值的类型【对应concrete type】，另一个指针指向实际的值【对应value】。

例如，建立类型为*os.File的变量，而后将其赋给一个接口变量r：

tty, err := os.OpenFile("/dev/tty", os.O_RDWR, 0)

var r io.Reader
r = tty
复制代码

接口变量r的pair中将记录以下信息：(tty, *os.File)，这个pair在接口变量的连续赋值过程当中是不变的，将接口变量r赋给另外一个接口变量w:

var w io.Writer
w = r.(io.Writer)
复制代码

接口变量w的pair与r的pair相同，都是:(tty, *os.File)，即便w是空接口类型，pair也是不变的。

interface及其pair的存在，是Golang中实现反射的前提，理解了pair，就更容易理解反射。反射就是用来检测存储在接口变量内部(值value；类型concrete type) pair对的一种机制。

Golang的反射reflect

reflect的基本功能TypeOf和ValueOf

既然反射就是用来检测存储在接口变量内部(值value；类型concrete type) pair对的一种机制。那么在Golang的reflect反射包中有什么样的方式可让咱们直接获取到变量内部的信息呢？它提供了两种类型（或者说两个方法）让咱们能够很容易的访问接口变量内容，分别是reflect.ValueOf() 和 reflect.TypeOf()，看看官方的解释

// ValueOf returns a new Value initialized to the concrete value
// stored in the interface i.  ValueOf(nil) returns the zero 
func ValueOf(i interface{}) Value {...}

翻译一下：ValueOf用来获取输入参数接口中的数据的值，若是接口为空则返回0


// TypeOf returns the reflection Type that represents the dynamic type of i.
// If i is a nil interface value, TypeOf returns nil.
func TypeOf(i interface{}) Type {...}

翻译一下：TypeOf用来动态获取输入参数接口中的值的类型，若是接口为空则返回nil

复制代码

reflect.TypeOf()是获取pair中的type，reflect.ValueOf()获取pair中的value，示例以下：

package main

import (
	"fmt"
	"reflect"
)

func main() {
	var num float64 = 1.2345

	fmt.Println("type: ", reflect.TypeOf(num))
	fmt.Println("value: ", reflect.ValueOf(num))
}

运行结果:
type:  float64
value:  1.2345
复制代码

说明

reflect.TypeOf：直接给到了咱们想要的type类型，如float6四、int、各类pointer、struct 等等真实的类型
reflect.ValueOf：直接给到了咱们想要的具体的值，如1.2345这个具体数值，或者相似&{1 "Allen.Wu" 25} 这样的结构体struct的值
也就是说明反射能够将“接口类型变量”转换为“反射类型对象”，反射类型指的是reflect.Type和reflect.Value这两种

从relfect.Value中获取接口interface的信息

当执行reflect.ValueOf(interface)以后，就获得了一个类型为”relfect.Value”变量，能够经过它自己的Interface()方法得到接口变量的真实内容，而后能够经过类型判断进行转换，转换为原有真实类型。不过，咱们多是已知原有类型，也有多是未知原有类型，所以，下面分两种状况进行说明。

已知原有类型【进行“强制转换”】

已知类型后转换为其对应的类型的作法以下，直接经过Interface方法而后强制转换，以下：

realValue := value.Interface().(已知的类型)
复制代码

示例以下：

package main

import (
	"fmt"
	"reflect"
)

func main() {
	var num float64 = 1.2345

	pointer := reflect.ValueOf(&num)
	value := reflect.ValueOf(num)

	// 能够理解为“强制转换”，可是须要注意的时候，转换的时候，若是转换的类型不彻底符合，则直接panic
	// Golang 对类型要求很是严格，类型必定要彻底符合
	// 以下两个，一个是*float64，一个是float64，若是弄混，则会panic
	convertPointer := pointer.Interface().(*float64)
	convertValue := value.Interface().(float64)

	fmt.Println(convertPointer)
	fmt.Println(convertValue)
}

运行结果：
0xc42000e238
1.2345
复制代码

说明

转换的时候，若是转换的类型不彻底符合，则直接panic，类型要求很是严格！
转换的时候，要区分是指针仍是指
也就是说反射能够将“反射类型对象”再从新转换为“接口类型变量”

未知原有类型【遍历探测其Filed】

不少状况下，咱们可能并不知道其具体类型，那么这个时候，该如何作呢？须要咱们进行遍历探测其Filed来得知，示例以下:

package main

import (
	"fmt"
	"reflect"
)

type User struct {
	Id   int
	Name string
	Age  int
}

func (u User) ReflectCallFunc() {
	fmt.Println("Allen.Wu ReflectCallFunc")
}

func main() {

	user := User{1, "Allen.Wu", 25}

	DoFiledAndMethod(user)

}

// 经过接口来获取任意参数，而后一一揭晓
func DoFiledAndMethod(input interface{}) {

	getType := reflect.TypeOf(input)
	fmt.Println("get Type is :", getType.Name())

	getValue := reflect.ValueOf(input)
	fmt.Println("get all Fields is:", getValue)

	// 获取方法字段
	// 1. 先获取interface的reflect.Type，而后经过NumField进行遍历
	// 2. 再经过reflect.Type的Field获取其Field
	// 3. 最后经过Field的Interface()获得对应的value
	for i := 0; i < getType.NumField(); i++ {
		field := getType.Field(i)
		value := getValue.Field(i).Interface()
		fmt.Printf("%s: %v = %v\n", field.Name, field.Type, value)
	}

	// 获取方法
	// 1. 先获取interface的reflect.Type，而后经过.NumMethod进行遍历
	for i := 0; i < getType.NumMethod(); i++ {
		m := getType.Method(i)
		fmt.Printf("%s: %v\n", m.Name, m.Type)
	}
}

运行结果：
get Type is : User
get all Fields is: {1 Allen.Wu 25}
Id: int = 1
Name: string = Allen.Wu
Age: int = 25
ReflectCallFunc: func(main.User)

复制代码

说明

经过运行结果能够得知获取未知类型的interface的具体变量及其类型的步骤为：

先获取interface的reflect.Type，而后经过NumField进行遍历
再经过reflect.Type的Field获取其Field
最后经过Field的Interface()获得对应的value

经过运行结果能够得知获取未知类型的interface的所属方法（函数）的步骤为：

先获取interface的reflect.Type，而后经过NumMethod进行遍历
再分别经过reflect.Type的Method获取对应的真实的方法（函数）
最后对结果取其Name和Type得知具体的方法名
也就是说反射能够将“反射类型对象”再从新转换为“接口类型变量”
struct 或者 struct 的嵌套都是同样的判断处理方式

经过reflect.Value设置实际变量的值

reflect.Value是经过reflect.ValueOf(X)得到的，只有当X是指针的时候，才能够经过reflec.Value修改实际变量X的值，即：要修改反射类型的对象就必定要保证其值是“addressable”的。

示例以下：

package main

import (
	"fmt"
	"reflect"
)

func main() {

	var num float64 = 1.2345
	fmt.Println("old value of pointer:", num)

	// 经过reflect.ValueOf获取num中的reflect.Value，注意，参数必须是指针才能修改其值
	pointer := reflect.ValueOf(&num)
	newValue := pointer.Elem()

	fmt.Println("type of pointer:", newValue.Type())
	fmt.Println("settability of pointer:", newValue.CanSet())

	// 从新赋值
	newValue.SetFloat(77)
	fmt.Println("new value of pointer:", num)

	////////////////////
	// 若是reflect.ValueOf的参数不是指针，会如何？
	pointer = reflect.ValueOf(num)
	//newValue = pointer.Elem() // 若是非指针，这里直接panic，“panic: reflect: call of reflect.Value.Elem on float64 Value”
}

运行结果：
old value of pointer: 1.2345
type of pointer: float64
settability of pointer: true
new value of pointer: 77
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说明

须要传入的参数是* float64这个指针，而后能够经过pointer.Elem()去获取所指向的Value，注意必定要是指针。
若是传入的参数不是指针，而是变量，那么
- 经过Elem获取原始值对应的对象则直接panic
- 经过CanSet方法查询是否能够设置返回false
newValue.CantSet()表示是否能够从新设置其值，若是输出的是true则可修改，不然不能修改，修改完以后再进行打印发现真的已经修改了。
reflect.Value.Elem() 表示获取原始值对应的反射对象，只有原始对象才能修改，当前反射对象是不能修改的
也就是说若是要修改反射类型对象，其值必须是“addressable”【对应的要传入的是指针，同时要经过Elem方法获取原始值对应的反射对象】
struct 或者 struct 的嵌套都是同样的判断处理方式

经过reflect.ValueOf来进行方法的调用

这算是一个高级用法了，前面咱们只说到对类型、变量的几种反射的用法，包括如何获取其值、其类型、若是从新设置新值。可是在工程应用中，另一个经常使用而且属于高级的用法，就是经过reflect来进行方法【函数】的调用。好比咱们要作框架工程的时候，须要能够随意扩展方法，或者说用户能够自定义方法，那么咱们经过什么手段来扩展让用户可以自定义呢？关键点在于用户的自定义方法是未可知的，所以咱们能够经过reflect来搞定

示例以下：

package main

import (
	"fmt"
	"reflect"
)

type User struct {
	Id   int
	Name string
	Age  int
}

func (u User) ReflectCallFuncHasArgs(name string, age int) {
	fmt.Println("ReflectCallFuncHasArgs name: ", name, ", age:", age, "and origal User.Name:", u.Name)
}

func (u User) ReflectCallFuncNoArgs() {
	fmt.Println("ReflectCallFuncNoArgs")
}

// 如何经过反射来进行方法的调用？
// 原本能够用u.ReflectCallFuncXXX直接调用的，可是若是要经过反射，那么首先要将方法注册，也就是MethodByName，而后经过反射调动mv.Call

func main() {
	user := User{1, "Allen.Wu", 25}
	
	// 1. 要经过反射来调用起对应的方法，必需要先经过reflect.ValueOf(interface)来获取到reflect.Value，获得“反射类型对象”后才能作下一步处理
	getValue := reflect.ValueOf(user)

	// 必定要指定参数为正确的方法名
	// 2. 先看看带有参数的调用方法
	methodValue := getValue.MethodByName("ReflectCallFuncHasArgs")
	args := []reflect.Value{reflect.ValueOf("wudebao"), reflect.ValueOf(30)}
	methodValue.Call(args)

	// 必定要指定参数为正确的方法名
	// 3. 再看看无参数的调用方法
	methodValue = getValue.MethodByName("ReflectCallFuncNoArgs")
	args = make([]reflect.Value, 0)
	methodValue.Call(args)
}


运行结果：
ReflectCallFuncHasArgs name:  wudebao , age: 30 and origal User.Name: Allen.Wu
ReflectCallFuncNoArgs

复制代码

说明

要经过反射来调用起对应的方法，必需要先经过reflect.ValueOf(interface)来获取到reflect.Value，获得“反射类型对象”后才能作下一步处理
reflect.Value.MethodByName这.MethodByName，须要指定准确真实的方法名字，若是错误将直接panic，MethodByName返回一个函数值对应的reflect.Value方法的名字。
[]reflect.Value，这个是最终须要调用的方法的参数，能够没有或者一个或者多个，根据实际参数来定。
reflect.Value的 Call 这个方法，这个方法将最终调用真实的方法，参数务必保持一致，若是reflect.Value'Kind不是一个方法，那么将直接panic。
原本能够用u.ReflectCallFuncXXX直接调用的，可是若是要经过反射，那么首先要将方法注册，也就是MethodByName，而后经过反射调用methodValue.Call

Golang的反射reflect性能

Golang的反射很慢，这个和它的API设计有关。在 java 里面，咱们通常使用反射都是这样来弄的。

Field field = clazz.getField("hello");
field.get(obj1);
field.get(obj2);
复制代码

这个取得的反射对象类型是 java.lang.reflect.Field。它是能够复用的。只要传入不一样的obj，就能够取得这个obj上对应的 field。

可是Golang的反射不是这样设计的:

type_ := reflect.TypeOf(obj)
field, _ := type_.FieldByName("hello")
复制代码

这里取出来的 field 对象是 reflect.StructField 类型，可是它没有办法用来取得对应对象上的值。若是要取值，得用另一套对object，而不是type的反射

type_ := reflect.ValueOf(obj)
fieldValue := type_.FieldByName("hello")
复制代码

这里取出来的 fieldValue 类型是 reflect.Value，它是一个具体的值，而不是一个可复用的反射对象了，每次反射都须要malloc这个reflect.Value结构体，而且还涉及到GC。

小结

Golang reflect慢主要有两个缘由

涉及到内存分配以及后续的GC；
reflect实现里面有大量的枚举，也就是for循环，好比类型之类的。

总结

上述详细说明了Golang的反射reflect的各类功能和用法，都附带有相应的示例，相信可以在工程应用中进行相应实践，总结一下就是：

反射能够大大提升程序的灵活性，使得interface{}有更大的发挥余地
- 反射必须结合interface才玩得转
- 变量的type要是concrete type的（也就是interface变量）才有反射一说
反射能够将“接口类型变量”转换为“反射类型对象”
- 反射使用 TypeOf 和 ValueOf 函数从接口中获取目标对象信息
反射能够将“反射类型对象”转换为“接口类型变量
- reflect.value.Interface().(已知的类型)
- 遍历reflect.Type的Field获取其Field
反射能够修改反射类型对象，可是其值必须是“addressable”
- 想要利用反射修改对象状态，前提是 interface.data 是 settable,即 pointer-interface
经过反射能够“动态”调用方法
由于Golang自己不支持模板，所以在以往须要使用模板的场景下每每就须要使用反射(reflect)来实现

参考连接

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Golang的反射reflect深刻理解和示例

Golang的反射reflect深刻理解和示例

编程语言中反射的概念

interface 和 反射

Golang的反射reflect

reflect的基本功能TypeOf和ValueOf

说明

从relfect.Value中获取接口interface的信息

已知原有类型【进行“强制转换”】

说明

未知原有类型【遍历探测其Filed】

说明

经过reflect.Value设置实际变量的值

说明

经过reflect.ValueOf来进行方法的调用

说明

Golang的反射reflect性能

小结

总结

参考连接

interface 和反射