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Go_反射

时间:2020-02-03 12:15:15      阅读:74      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

标签:使用   keyword   无法   第一个   重要   dev   float   本质   不能   

一、引入

不同语言的反射模型不尽相同,有些语言还不支持反射。《Go 语言圣经》中是这样定义反射的:

Go 语言提供了一种机制在运行时更新变量和检查它们的值、调用它们的方法,但是在编译时并不知道这些变量的具体类型,这称为反射机制。

为什么要用反射

需要反射的 2 个常见场景:

  1. 有时你需要编写一个函数,但是并不知道传给你的参数类型是什么,可能是没约定好;也可能是传入的类型很多,这些类型并不能统一表示。这时反射就会用的上了。

  2. 有时候需要根据某些条件决定调用哪个函数,比如根据用户的输入来决定。这时就需要对函数和函数的参数进行反射,在运行期间动态地执行函数。

但是对于反射,还是有几点不太建议使用反射的理由:

  1. 与反射相关的代码,经常是难以阅读的。在软件工程中,代码可读性也是一个非常重要的指标。

  2. Go 语言作为一门静态语言,编码过程中,编译器能提前发现一些类型错误,但是对于反射代码是无能为力的。所以包含反射相关的代码,很可能会运行很久,才会出错,这时候经常是直接 panic,可能会造成严重的后果。

  3. 反射对性能影响还是比较大的,比正常代码运行速度慢一到两个数量级。所以,对于一个项目中处于运行效率关键位置的代码,尽量避免使用反射特性。

二、相关基础

反射是如何实现的?我们以前学习过 interface,它是 Go 语言实现抽象的一个非常强大的工具。当向接口变量赋予一个实体类型的时候,接口会存储实体的类型信息,反射就是通过接口的类型信息实现的,反射建立在类型的基础上。

Go 语言在 reflect 包里定义了各种类型,实现了反射的各种函数,通过它们可以在运行时检测类型的信息、改变类型的值。在进行更加详细的了解之前,我们需要重新温习一下Go语言相关的一些特性,所谓温故知新,从这些特性中了解其反射机制是如何使用的。

特点说明
go语言是静态类型语言。 编译时类型已经确定,比如对已基本数据类型的再定义后的类型,反射时候需要确认返回的是何种类型。
空接口interface{} go的反射机制是要通过接口来进行的,而类似于Java的Object的空接口可以和任何类型进行交互,因此对基本数据类型等的反射也直接利用了这一特点

Go语言的类型:

  • 变量包括(type, value)两部分

    理解这一点就知道为什么nil != nil了

  • type 包括 static type和concrete type. 简单来说 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

  • 类型断言能否成功,取决于变量的concrete type,而不是static type。因此,一个 reader变量如果它的concrete type也实现了write方法的话,它也可以被类型断言为writer。

Go是静态类型语言。每个变量都拥有一个静态类型,这意味着每个变量的类型在编译时都是确定的:int,float32, *AutoType, []byte, chan []int 诸如此类。

在反射的概念中, 编译时就知道变量类型的是静态类型;运行时才知道一个变量类型的叫做动态类型。

  • 静态类型 静态类型就是变量声明时的赋予的类型。比如:

 type MyInt int // int 就是静态类型
 ?
 type A struct{
     Name string  // string就是静态
 }
 var i *int  // *int就是静态类型
  • 动态类型 动态类型:运行时给这个变量赋值时,这个值的类型(如果值为nil的时候没有动态类型)。一个变量的动态类型在运行时可能改变,这主要依赖于它的赋值(前提是这个变量是接口类型)。

 var A interface{} // 静态类型interface{}
 A = 10            // 静态类型为interface{}  动态为int
 A = "String"      // 静态类型为interface{}  动态为string
 var M *int
 A = M             // A的值可以改变

Go语言的反射就是建立在类型之上的,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),在创建变量的时候就已经确定,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。

在Golang的实现中,每个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)

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】,另外一个指针指向实际的值【对应value】。

例如,创建类型为*os.File的变量,然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

接口变量r的pair中将记录如下信息:(tty, *os.File),这个pair在接口变量的连续赋值过程中是不变的,将接口变量r赋给另一个接口变量w:

 var w io.Writer
 w = r.(io.Writer)

接口变量w的pair与r的pair相同,都是:(tty, *os.File),即使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。

所以我们要理解两个基本概念 Type 和 Value,它们也是 Go语言包中 reflect 空间里最重要的两个类型。

三、Type和Value

我们一般用到的包是reflect包。

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以让我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)让我们可以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,如果接口为空则返回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,如果接口为空则返回nil

reflect.TypeOf()是获取pair中的type,reflect.ValueOf()获取pair中的value。

首先需要把它转化成reflect对象(reflect.Type或者reflect.Value,根据不同的情况调用不同的函数。

 t := reflect.TypeOf(i) //得到类型的元数据,通过t我们能获取类型定义里面的所有元素
 v := reflect.ValueOf(i) //得到实际的值,通过v我们获取存储在里面的值,还可以去改变值

四、反射的规则

其实反射的操作步骤非常的简单,就是通过实体对象获取反射对象(Value、Type),然后操作相应的方法即可。

下图描述了实例、Value、Type 三者之间的转换关系:

技术图片

反射 API 的分类总结如下:

1) 从实例到 Value

通过实例获取 Value 对象,直接使用 reflect.ValueOf() 函数。例如:

 func ValueOf(i interface {}) Value

2) 从实例到 Type

通过实例获取反射对象的 Type,直接使用 reflect.TypeOf() 函数。例如:

 func TypeOf(i interface{}) Type

3) 从 Type 到 Value

Type 里面只有类型信息,所以直接从一个 Type 接口变量里面是无法获得实例的 Value 的,但可以通过该 Type 构建一个新实例的 Value。reflect 包提供了两种方法,示例如下:

 //New 返回的是一个 Value,该 Value 的 type 为 PtrTo(typ),即 Value 的 Type 是指定 typ 的指针类型
 func New(typ Type) Value
 //Zero 返回的是一个 typ 类型的零佳,注意返回的 Value 不能寻址,位不可改变
 func Zero(typ Type) Value

如果知道一个类型值的底层存放地址,则还有一个函数是可以依据 type 和该地址值恢复出 Value 的。例如:

 func NewAt(typ Type, p unsafe.Pointer) Value

4) 从 Value 到 Type

从反射对象 Value 到 Type 可以直接调用 Value 的方法,因为 Value 内部存放着到 Type 类型的指针。例如:

 func (v Value) Type() Type

5) 从 Value 到实例

Value 本身就包含类型和值信息,reflect 提供了丰富的方法来实现从 Value 到实例的转换。例如:

 //该方法最通用,用来将 Value 转换为空接口,该空接口内部存放具体类型实例
 //可以使用接口类型查询去还原为具体的类型
 func (v Value) Interface() (i interface{})
 ?
 //Value 自身也提供丰富的方法,直接将 Value 转换为简单类型实例,如果类型不匹配,则直接引起 panic
 func (v Value) Bool () bool
 func (v Value) Float() float64
 func (v Value) Int() int64
 func (v Value) Uint() uint64

6) 从 Value 的指针到值

从一个指针类型的 Value 获得值类型 Value 有两种方法,示例如下。

 //如果 v 类型是接口,则 Elem() 返回接口绑定的实例的 Value,如采 v 类型是指针,则返回指针值的 Value,否则引起 panic
 func (v Value) Elem() Value
 //如果 v 是指针,则返回指针值的 Value,否则返回 v 自身,该函数不会引起 panic
 func Indirect(v Value) Value

7) Type 指针和值的相互转换

指针类型 Type 到值类型 Type。例如:

 //t 必须是 Array、Chan、Map、Ptr、Slice,否则会引起 panic
 //Elem 返回的是其内部元素的 Type
 t.Elem() Type

值类型 Type 到指针类型 Type。例如:

 //PtrTo 返回的是指向 t 的指针型 Type
 func PtrTo(t Type) Type

8) Value 值的可修改性

Value 值的修改涉及如下两个方法:

 //通过 CanSet 判断是否能修改
 func (v Value ) CanSet() bool
 //通过 Set 进行修改
 func (v Value ) Set(x Value)

Value 值在什么情况下可以修改?我们知道实例对象传递给接口的是一个完全的值拷贝,如果调用反射的方法 reflect.ValueOf() 传进去的是一个值类型变量, 则获得的 Value 实际上是原对象的一个副本,这个 Value 是无论如何也不能被修改的。

根据 Go 官方关于反射的博客,反射有三大定律:

  1. Reflection goes from interface value to reflection object.

  2. Reflection goes from reflection object to interface value.

  3. To modify a reflection object, the value must be settable.

第一条是最基本的:反射可以从接口值得到反射对象。

反射是一种检测存储在 interface中的类型和值机制。这可以通过 TypeOf函数和 ValueOf函数得到。

第二条实际上和第一条是相反的机制,反射可以从反射对象获得接口值。

它将 ValueOf的返回值通过 Interface()函数反向转变成 interface变量。

前两条就是说 接口型变量和 反射类型对象可以相互转化,反射类型对象实际上就是指的前面说的 reflect.Type和 reflect.Value。

第三条不太好懂:如果需要操作一个反射变量,则其值必须可以修改。

反射变量可设置的本质是它存储了原变量本身,这样对反射变量的操作,就会反映到原变量本身;反之,如果反射变量不能代表原变量,那么操作了反射变量,不会对原变量产生任何影响,这会给使用者带来疑惑。所以第二种情况在语言层面是不被允许的。

五、反射的使用

5.1 从relfect.Value中获取接口interface的信息

当执行reflect.ValueOf(interface)之后,就得到了一个类型为”relfect.Value”变量,可以通过它本身的Interface()方法获得接口变量的真实内容,然后可以通过类型判断进行转换,转换为原有真实类型。不过,我们可能是已知原有类型,也有可能是未知原有类型,因此,下面分两种情况进行说明。

已知原有类型

已知类型后转换为其对应的类型的做法如下,直接通过Interface方法然后强制转换,如下:

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

示例代码:

 package main
 ?
 import (
     "fmt"
     "reflect"
 )
 ?
 func main() {
     var num float64 = 1.2345
 ?
     pointer := reflect.ValueOf(&num)
     value := reflect.ValueOf(num)
 ?
     // 可以理解为“强制转换”,但是需要注意的时候,转换的时候,如果转换的类型不完全符合,则直接panic
     // Golang 对类型要求非常严格,类型一定要完全符合
     // 如下两个,一个是*float64,一个是float64,如果弄混,则会panic
     convertPointer := pointer.Interface().(*float64)
     convertValue := value.Interface().(float64)
 ?
     fmt.Println(convertPointer)
     fmt.Println(convertValue)
 }

运行结果:

 0xc000098000
 1.2345

说明

  1. 转换的时候,如果转换的类型不完全符合,则直接panic,类型要求非常严格!

  2. 转换的时候,要区分是指针还是指

  3. 也就是说反射可以将“反射类型对象”再重新转换为“接口类型变量”

未知原有类型

很多情况下,我们可能并不知道其具体类型,那么这个时候,该如何做呢?需要我们进行遍历探测其Filed来得知,示例如下:

package main

import (
	"fmt"
	"reflect"
)

type Person struct {
	Name string
	Age  int
	Sex  string
}
func (p Person) Say(msg string) {
	fmt.Println("hello,", msg)
}
func (p Person) PrintInfo() {
	fmt.Printf("姓名:%s,年龄:%d,性别:%s\n", p.Name, p.Age, p.Sex)
}

func main() {
	p1 := Person{"王二狗", 30, "男"}
	GetMessage(p1)
}

//获取input的信息
func GetMessage(input interface{}) {
	//通过反射来获取input的类型
	getType := reflect.TypeOf(input)
	//类型名字
	fmt.Println("get Type is :", getType.Name()) //Person
	//种类 kind的范围比type大,比如结构体有student,teacher
	fmt.Println("get Kind is :", getType.Kind()) //struct

	getValue := reflect.ValueOf(input)
	fmt.Println("get all Fields is :", getValue) //{王二狗 30 男}

	//获取字段
	/*
	step1:先获取Type对象:reflect.Type,
		对象的方法:
			NumField()
			Field(index)
	step2:通过Filed()获取每一个Filed字段
	step3:Interface(),得到对应的Value
	 */
	for i := 0; i < getType.NumField(); i++ {
		filed := getType.Field(i)
		value := getValue.Field(i).Interface() //获取第一个数值
		fmt.Printf("字段名称:%s,字段类型:%s,字段数值:%v\n", filed.Name, filed.Type, value)
	}

	//获取方法
	for i := 0; i < getType.NumMethod(); i++ {
		method := getType.Method(i)
		fmt.Printf("方法名称:%s,方法类型:%v\n", method.Name, method.Type)
	}
}

说明

通过运行结果可以得知获取未知类型的interface的具体变量及其类型的步骤为:

  1. 先获取interface的reflect.Type,然后通过NumField进行遍历

  2. 再通过reflect.Type的Field获取其Field

  3. 最后通过Field的Interface()得到对应的value

通过运行结果可以得知获取未知类型的interface的所属方法(函数)的步骤为:

  1. 先获取interface的reflect.Type,然后通过NumMethod进行遍历

  2. 再分别通过reflect.Type的Method获取对应的真实的方法(函数)

  3. 最后对结果取其Name和Type得知具体的方法名

  4. 也就是说反射可以将“反射类型对象”再重新转换为“接口类型变量”

  5. struct 或者 struct 的嵌套都是一样的判断处理方式

如果是struct的话,可以使用Elem()

 tag := t.Elem().Field(0).Tag //获取定义在struct里面的Tag属性
 name := v.Elem().Field(0).String() //获取存储在第一个字段里面的值

5.2 通过reflect.Value设置实际变量的值

reflect.Value是通过reflect.ValueOf(X)获得的,只有当X是指针的时候,才可以通过reflec.Value修改实际变量X的值,即:要修改反射类型的对象就一定要保证其值是“addressable”的。 

解释起来就是:Elem返回接口v包含的值或指针v指向的值。如果v的类型不是interface或ptr,它会恐慌。如果v为零,则返回零值。

package main

import (
	"fmt"
	"reflect"
)

func main() {
	var num float64 = 1.23
	fmt.Println("num的数值是:", num) //1.23

	//需要操作指针
	//通过reflect.ValueOf() 获取num的Value对象
	pointer := reflect.ValueOf(&num) //注意参数必须是指针才能修改其值
	//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
	newValue := pointer.Elem()

	fmt.Println("类型:", newValue.Type())         //float64
	fmt.Println("是否可以修改数据:", newValue.CanSet()) //true

	//重新赋值
	newValue.SetFloat(3.14)
	fmt.Println(num)

	//如果reflect.ValueOf的参数不是指针?
	value := reflect.ValueOf(num) //3.14
	//value.SetFloat(6.28) //panic: reflect: reflect.Value.SetFloat using unaddressable value
	//是否能被修改
	fmt.Println(value.CanSet()) //false

	//value.Elem() //如果非指针,会直接panic,panic: reflect: call of reflect.Value.Elem on float64 Value
}

说明

  1. 需要传入的参数是* float64这个指针,然后可以通过pointer.Elem()去获取所指向的Value,注意一定要是指针

  2. 如果传入的参数不是指针,而是变量,那么

    • 通过Elem获取原始值对应的对象则直接panic

    • 通过CanSet方法查询是否可以设置返回false

  3. newValue.CantSet()表示是否可以重新设置其值,如果输出的是true则可修改,否则不能修改,修改完之后再进行打印发现真的已经修改了。

  4. 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

  5. 也就是说如果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,同时要通过Elem方法获取原始值对应的反射对象】

  6. struct 或者 struct 的嵌套都是一样的判断处理方式

通过反射修改结构体:

package main

import (
	"fmt"
	"reflect"
)

type Student struct {
	Name   string
	Age    int
	School string
}

func main() {
	s1 := Student{"王二狗", 19, "无"}
	//通过反射,更改对象的数值:前提也是数据可以被更改
	fmt.Printf("%T\n", s1) //main.Student
	p1 := &s1
	fmt.Printf("%T\n", p1) //*main.Student
	fmt.Println(s1.Name) //王二狗
	fmt.Println((*p1).Name, p1.Name) //王二狗 王二狗

	//改变数值
	value := reflect.ValueOf(&s1) //传地址
	if value.Kind() == reflect.Ptr { //reflect.Ptr指针类型 reflect包下.类型
		//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
		newValue := value.Elem()
		fmt.Println(newValue.CanSet()) //true

		//通过字段的名字来直接获取字段对象
		f1 := newValue.FieldByName("Name")
		f1.SetString("李小花")
		f3 := newValue.FieldByName("School")
		f3.SetString("幼儿园")
		fmt.Println(s1)
	}
}

5.3 通过reflect.Value来进行方法的调用

这算是一个高级用法了,前面我们只说到对类型、变量的几种反射的用法,包括如何获取其值、其类型、以及如何重新设置新值。但是在项目应用中,另外一个常用并且属于高级的用法,就是通过reflect来进行方法【函数】的调用。比如我们要做框架工程的时候,需要可以随意扩展方法,或者说用户可以自定义方法,那么我们通过什么手段来扩展让用户能够自定义呢?关键点在于用户的自定义方法是未可知的,因此我们可以通过reflect来搞定。

Call()方法:

通过反射,调用方法。

先获取结构体对象,然后

示例代码: 

package main

import (
	"fmt"
	"reflect"
)

type Person struct {
	Name string
	Age int
	Sex string
}
func (p Person) Say(msg string){
	fmt.Println("hello,",msg)
}
func (p Person) PrintInfo(){
	fmt.Printf("姓名:%s,年龄:%d,性别:%s\n",p.Name,p.Age,p.Sex)
}
func (p Person) Test(i,j int,s string){
	fmt.Println(i,j,s)
}

func main() {
	/*
	通过反射来进行方法的调用
	思路:
	step1:接口变量-->对象反射对象:Value
	step2:获取对应的方法对象:MethodByName()
	step3:将方法对象进行调用:Call()
	 */
	p1 := Person{"Ruby",20,"男"}
	value :=reflect.ValueOf(p1)
	fmt.Printf("kind : %s, type:%s\n",value.Kind(),value.Type()) //kind : struct, type:main.Person

	//获取方法
	methodValue1 :=value.MethodByName("PrintInfo")
	fmt.Printf("kind:%s,type:%s\n",methodValue1.Kind(),methodValue1.Type()) //kind:func,type:func()

	//没有参数,进行调用
	methodValue1.Call(nil) //没有参数,直接写nil
	//姓名:Ruby,年龄:20,性别:男

	//还可以传一个空的切片
	args1 := make([]reflect.Value,0) //或者创建一个空的切片也可以
	methodValue1.Call(args1)
	//姓名:Ruby,年龄:20,性别:男

	//有参数的方法
	methodValue2:=value.MethodByName("Say")
	fmt.Printf("kind:%s, type:%s\n",methodValue2.Kind(),methodValue2.Type()) //kind:func, type:func(string)
	//准备参数
	//反射对象value类型(reflect.Value)的切片
	//reflect.ValueOf("反射机制") //字符串转成反射对象
	args2:=[]reflect.Value{reflect.ValueOf("反射机制")}
	methodValue2.Call(args2)
	//hello, 反射机制

	//有参数的方法
	methodValue3:=value.MethodByName("Test")
	fmt.Printf("kind:%s,type:%s\n",methodValue3.Kind(),methodValue3.Type())//kind:func,type:func(int, int, string)
	args3:=[]reflect.Value{reflect.ValueOf(100),reflect.ValueOf(200),reflect.ValueOf("Hello World")}
	methodValue3.Call(args3)
	//100 200 Hello World
}

通过反射,调用函数。

首先我们要先确认一点,函数像普通的变量一样,之前的章节中我们在讲到函数的本质的时候,是可以把函数作为一种变量类型的,而且是引用类型。如果说Fun()是一个函数,那么f1 := Fun也是可以的,那么f1也是一个函数,如果直接调用f1(),那么运行的就是Fun()函数。

那么我们就先通过ValueOf()来获取函数的反射对象,可以判断它的Kind,是一个func,那么就可以执行Call()进行函数的调用。

示例代码:

package main
 ?
 import (
     "fmt"
     "reflect"
 )
 ?
 func main() {
     //函数的反射
     f1 := fun1
     value := reflect.ValueOf(f1)
     fmt.Printf("Kind : %s , Type : %s\n",value.Kind(),value.Type()) //Kind : func , Type : func()
 ?
     value2 := reflect.ValueOf(fun2)
     fmt.Printf("Kind : %s , Type : %s\n",value2.Kind(),value2.Type()) //Kind : func , Type : func(int, string)
 ?
 ?
     //通过反射调用函数
     value.Call(nil)
 ?
     value2.Call([]reflect.Value{reflect.ValueOf(100),reflect.ValueOf("hello")})
 ?
 }
 ?
 func fun1(){
     fmt.Println("我是函数fun1(),无参的。。")
 }
 ?
 func fun2(i int, s string){
     fmt.Println("我是函数fun2(),有参数。。",i,s)
 }
 ?

说明

  1. 要通过反射来调用起对应的方法,必须要先通过reflect.ValueOf(interface)来获取到reflect.Value,得到“反射类型对象”后才能做下一步处理

  2. reflect.Value.MethodByName这个MethodByName,需要指定准确真实的方法名字,如果错误将直接panic,MethodByName返回一个函数值对应的reflect.Value方法的名字。

  3. []reflect.Value,这个是最终需要调用的方法的参数,可以没有或者一个或者多个,根据实际参数来定。

  4. 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,如果reflect.Value.Kind不是一个方法,那么将直接panic。

  5. 本来可以用对象访问方法直接调用的,但是如果要通过反射,那么首先要将方法注册,也就是MethodByName,然后通过反射调用methodValue.Call

 

Go_反射

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