Golang反射深入理解

基本了解

在 Go 语言中，大多数时候值/类型/函数非常直接，要的话，定义一个。你想要个 Struct

type Foo struct {
    A int 
    B string
}

你想要一个值，你定义出来

var x Foo

你想要一个函数，你定义出来

func DoSomething(f Foo) {
  fmt.Println(f.A, f.B)
}

但是有些时候，你需要搞一些运行时才能确定的东西，比如你要从文件或者网络中获取一些字典数据。又或者你要搞一些不同类型的数据。在这种情况下， reflection 就有用啦。 reflection能够让你拥有以下能力

• 在运行时检查type
• 在运行时检查/修改/创建 值/函数/结构
  总的来说，go的 reflection 围绕者三个概念 Types , Kinds , Values 。 所有关于反射的操作都在 reflect 包里面

反射的Power

Type的Power

首先，我们看看如何通过反射来获取值得类型。

varType := reflect.TypeOf(var)

从反射接口可以看到有一大堆得函数等着我们去用。可以从注释里面看到。反射包默认我们知道我们要干啥子，比如 varType.Elem() 就会 panic 。因为Elem()只有 Array, Chan, Map, Ptr, or Slice. 这些类型才有这个方法。具体可以查看测试代码。通过运行以下代码可查看所有reflect函数的示例

package main

import (
    "fmt"
    "reflect"
)

type FooIF interface {
    DoSomething()
    DoSomethingWithArg(a string)
    DoSomethingWithUnCertenArg(a ... string)
}

type Foo struct {
    A int
    B string
    C struct {
        C1 int
    }
}

func (f *Foo) DoSomething() {
    fmt.Println(f.A, f.B)
}

func (f *Foo) DoSomethingWithArg(a string) {
    fmt.Println(f.A, f.B, a)
}

func (f *Foo) DoSomethingWithUnCertenArg(a ... string) {
    fmt.Println(f.A, f.B, a[0])
}

func (f *Foo) returnOneResult() int {
    return 2
}

func main() {
    var simpleObj Foo
    var pointer2obj = &simpleObj
    var simpleIntArray = [3]int{1, 2, 3}
    var simpleMap = map[string]string{
        "a": "b",
    }
    var simpleChan = make(chan int, 1)
    var x uint64
    var y uint32

    varType := reflect.TypeOf(simpleObj)
    varPointerType := reflect.TypeOf(pointer2obj)

    // 对齐之后要多少容量
    fmt.Println("Align: ", varType.Align())
    // 作为结构体的`field`要对其之后要多少容量
    fmt.Println("FieldAlign: ", varType.FieldAlign())
    // 叫啥
    fmt.Println("Name: ", varType.Name())
    // 绝对引入路径
    fmt.Println("PkgPath: ", varType.PkgPath())
    // 实际上用了多少内存
    fmt.Println("Size: ", varType.Size())
    // 到底啥类型的
    fmt.Println("Kind: ", varType.Kind())

    // 有多少函数
    fmt.Println("NumMethod: ", varPointerType.NumMethod())

    // 通过名字获取一个函数
    m, success := varPointerType.MethodByName("DoSomethingWithArg")
    if success {
        m.Func.Call([]reflect.Value{
            reflect.ValueOf(pointer2obj),
            reflect.ValueOf("sad"),
        })
    }

    // 通过索引获取函数
    m = varPointerType.Method(1)
    m.Func.Call([]reflect.Value{
        reflect.ValueOf(pointer2obj),
        reflect.ValueOf("sad2"),
    })

    // 是否实现了某个接口
    fmt.Println("Implements:", varPointerType.Implements(reflect.TypeOf((*FooIF)(nil)).Elem()))

    //  看看指针多少bit
    fmt.Println("Bits: ", reflect.TypeOf(x).Bits())

    // 查看array, chan, map, ptr, slice的元素类型
    fmt.Println("Elem: ", reflect.TypeOf(simpleIntArray).Elem().Kind())

    // 查看Array长度
    fmt.Println("Len: ", reflect.TypeOf(simpleIntArray).Len())

    // 查看结构体field
    fmt.Println("Field", varType.Field(1))

    // 查看结构体field
    fmt.Println("FieldByIndex", varType.FieldByIndex([]int{2, 0}))

    // 查看结构提field
    fi, success2 := varType.FieldByName("A")
    if success2 {
        fmt.Println("FieldByName", fi)
    }

    // 查看结构体field
    fi, success2 = varType.FieldByNameFunc(func(fieldName string) bool {
        return fieldName == "A"
    })
    if success2 {
        fmt.Println("FieldByName", fi)
    }

    //  查看结构体数量
    fmt.Println("NumField", varType.NumField())

    // 查看map的key类型
    fmt.Println("Key: ", reflect.TypeOf(simpleMap).Key().Name())

    // 查看函数有多少个参数
    fmt.Println("NumIn: ", reflect.TypeOf(pointer2obj.DoSomethingWithUnCertenArg).NumIn())

    // 查看函数参数的类型
    fmt.Println("In: ", reflect.TypeOf(pointer2obj.DoSomethingWithUnCertenArg).In(0))

    // 查看最后一个参数，是否解构了
    fmt.Println("IsVariadic: ", reflect.TypeOf(pointer2obj.DoSomethingWithUnCertenArg).IsVariadic())

    // 查看函数有多少输出
    fmt.Println("NumOut: ", reflect.TypeOf(pointer2obj.DoSomethingWithUnCertenArg).NumOut())

    // 查看函数输出的类型
    fmt.Println("Out: ", reflect.TypeOf(pointer2obj.returnOneResult).Out(0))

    // 查看通道的方向, 3双向。
    fmt.Println("ChanDir: ", int(reflect.TypeOf(simpleChan).ChanDir()))

    // 查看该类型是否可以比较。不能比较的slice, map, func
    fmt.Println("Comparable: ", varPointerType.Comparable())

    // 查看类型是否可以转化成另外一种类型
    fmt.Println("ConvertibleTo: ", varPointerType.ConvertibleTo(reflect.TypeOf("a")))

    // 该类型的值是否可以另外一个类型
    fmt.Println("AssignableTo: ", reflect.TypeOf(x).AssignableTo(reflect.TypeOf(y)))
}

Value的Power

除了检查变量的类型，你可以通过 reflection 来读/写/新建一个值。不过首先先获取反射值类型

refVal := reflect.ValueOf(var)

如果你想要修改变量的值。你需要获取反射指向该变量的指针，具体原因后面解释

refPtrVal := reflect.ValueOf(&var)

当然你有了 reflect.Value ,通过 Type() 方法可以很容易的获取 reflect.Type 。如果要改变该变量的值用

refPtrVal.Elem().Set(newRefValue)

当然 Set 方法的参数必须也得是 reflect.Value
如果你想创建一个新的值，用以下下代码

newPtrVal := reflect.New(varType)

然后在用 Elem().Set() 来进行值的初始化。当然还有不同的value有一大堆的不同的方法。这里就不写了。我们重点看看下面这段官方例子

package main

import (
    "fmt"
    "reflect"
)

func main() {
    // swap is the implementation passed to MakeFunc.
    // It must work in terms of reflect.Values so that it is possible
    // to write code without knowing beforehand what the types
    // will be.
    swap := func(in []reflect.Value) []reflect.Value {
        return []reflect.Value{in[1], in[0]}
    }

    // makeSwap expects fptr to be a pointer to a nil function.
    // It sets that pointer to a new function created with MakeFunc.
    // When the function is invoked, reflect turns the arguments
    // into Values, calls swap, and then turns swap's result slice
    // into the values returned by the new function.
    makeSwap := func(fptr interface{}) {
        // fptr is a pointer to a function.
        // Obtain the function value itself (likely nil) as a reflect.Value
        // so that we can query its type and then set the value.
        fn := reflect.ValueOf(fptr).Elem()

        // Make a function of the right type.
        v := reflect.MakeFunc(fn.Type(), swap)

        // Assign it to the value fn represents.
        fn.Set(v)
    }

    // Make and call a swap function for ints.
    var intSwap func(int, int) (int, int)
    makeSwap(&intSwap)
    fmt.Println(intSwap(0, 1))

    // Make and call a swap function for float64s.
    var floatSwap func(float64, float64) (float64, float64)
    makeSwap(&floatSwap)
    fmt.Println(floatSwap(2.72, 3.14))

}

原理

认清楚type与interface

go是一个静态类型语言，每一个变量有 static type ，比如 int ， float ，何谓 static type ，我的理解是一定长度的二进制块与解释。比如同样的二进制块 00000001 在bool类型中意思是 true 。而在int类型中解释是 1 . 我们看看以下这个最简单的例子

type MyInt int
var i int
var j MyInt

i,j在内存中都是用int这一个底层类型来表示，但是在实际编码过程中，在编译的时候他们并非一个类型，你不能直接将i的值赋给j。是不是有点奇怪，你执行的时候编译器会告诉你，你不能将MyInt类型的值赋给int类型的值。这个 type 不是 class 也不是 python 的 type .

interface 作为一种特殊的 type , 表示方法的集合。一个 interface 的值可以存任何确定的值只要这个值实现了 interface 的方法。 interface{} 某些时候和 Java 的 Object 好想，实际上 interface 是有两部分内容组成的， 实际的值 和 值的具体类型 。这也可以解释为什么下面这段代码和其他语言都不一样。具体关于interface的原理可以参考 go data structures: interfaces 。

package main

import (
    "fmt"
)

type A interface {
    x(param int)
}

type B interface {
    y(param int)
}


type AB struct {

}

func (ab *AB) x(param int) {
    fmt.Printf("%p", ab)
    fmt.Println(param)
}

func (ab *AB) y(param int) {
    fmt.Printf("%p", ab)
    fmt.Println(param)
}


func printX(a A){
    fmt.Printf("%p", a)
    a.x(2)
}

func printY(b B){
    fmt.Printf("%p", b)
    b.y(3)
}



func main() {
    var ab = new(AB)
    printX(ab)
    printY(ab)


    var aInfImpl A
    var bInfImpl B

    aInfImpl = new(AB)
    //bInfImpl = aInfImpl  会报错
    bInfImpl = aInfImpl.(B)
    bInfImpl.y(2)
}

golang反射三定理

把一个 interface 值，拆分出反射对象

反射仅仅用于检查接口值的(Value, Type)。如上一章提到的两个方法 ValueOf 和 TypeOf 。通过 ValueOf 我门可以轻易的拿到 Type

package main

import (
    "fmt"
    "reflect"
)

func main() {
    var x float64 = 3.4
    fmt.Println("type:", reflect.TypeOf(x))
}

这段代码输出

type: float64

那么问题就来了，接口在哪里？只是申明了一个 float64 的变量。哪里来的 interface 。有的，答案就藏在 TypeOf 参数里面

func TypeOf(i interface{}) Type

当我们调用 reflect.TypeOf(x) , x首先被存在一个空的 interface 里面。然后在被当作参数传到函数执行栈内。** reflect.TypeOf 解开这个 interface 的 pair 然后恢复出类型信息**

把反射对象组合成一个接口值

就像镜面反射一样，go的反射是可逆的。给我一个 reflect.Value 。我们能够恢复出一个 interface 的值。事实上，以下函数干的事情就是将 Value 和 Type 组狠起来塞到 interface 里面去。所以我们可以

y := v.Interface().(float64) // y will have type float64.
fmt.Println(y)

接下来就是见证奇迹的时刻。 fmt.Println 和 fmt.Printf 的参数都是 interface{} 。我们真正都不需要将上面例子的 y 转化成明确的 float64 。我就可以去打印他比如

fmt.Println(v.Interface())

甚至我们的 interface 藏着的那个 type 是 float64 。我们可以直接用占位符来打印

fmt.Println("Value is %7.le\n", v.Interface())

再重复一边，没有必要将 v.Interface() 的类型强转到 float64 ;这个空的 interface{} 包含了 concrete type 。函数调用会恢复出来

要改变一个反射对象，其值必须是可设置的

第三条比较让你比较困惑。不过如果我们理解了第一条，那么这条其实非常好理解。先看一下下面这个例子

var x float64 = 3.4
v := reflect.ValueOf(x)
v.SetFloat(7.1) // Error: will panic.

如果执行这段代码，你会发现出现 panic 以下信息

panic: reflect.Value.SetFloat using unaddressable value

可设置性是一个好东西，但不是所有 reflect.Value 都有他...可以通过 CanSet 函数来获取是否可设置

var x float64 = 3.4
v := reflect.ValueOf(x)
fmt.Println("settability of v:", v.CanSet())

那么到底为什么要有一个可设置性呢？可寻址才可设置，我们在用 reflect.ValueOf 时候，实际上是函数传值。获取x的反射对象，实际上是另外一个 float64 的内存的反射对象。这个时候我们再去设置该反射对象的值，没有意义。这段内存并不是你申明的那个x。