Go语言备忘录：反射的原理与使用详解

本文内容是本人对Go语言的反射原理与使用的备忘录，记录了关键的相关知识点，以供翻查。 文中如有错误的地方请大家指出，以免误导！转摘本文也请注明出处：Go语言备忘录（2）：反射的原理与使用详解，多谢！ 参考书籍《The Go Programming Language》、《Go In Action》、《Go语言学习笔记》等

目录：

1. 预备知识
2. reflect.Typeof、reflect.ValueOf
3. Value、Type
4. 动态调用
5. 通过反射可以修改原对象
6. 实现类似“泛型”的功能

 

1.预备知识：

• Go的变量都是静态类型（声明时指定的类型），它也有底层类型（定义类型时指定的基础类型，即：它是以什么形式存储的）；
• 一个接口变量存储了一对（value, type）：赋值给这个接口变量的具体值value、以及这个值的类型描述符type；
• Go的接口变量都是静态类型化的：一个接口类型变量总是保持同一个静态类型（即声明时指定的接口类型），即使在运行时它保存的值的类型发生变化，这些值总是满足这个接口。
• 接口的静态类型决定了能用接口变量调用哪些方法（接口中定义的方法，它们是保存的值的方法集的子集）；
• 反射是一种检查存储在接口变量中的（value, type）对的机制，反射操作所需的全部信息都源自接口变量（通过把变量转换为空接口变量，从而获得了该变量的value、type，这样就可以进行一系列的“反射操作”）；
• reflect包中的两个类型：Type和Value，这两种类型提供了访问一个接口变量中所包含的（value, type）对的途径；

2.反射由reflect包提供支持，主要方法：

• func TypeOf ( i interface{} ) Type：
  如 reflect.Typeof(x) ，形参x被保存为一个接口值并作为参数传递（复制），方法内部会把该接口值拆包恢复出x的类型信息保存为reflect.Type并返回；
• func ValueOf ( i interface{} ) Value：
  如 reflect.ValueOf(x) ，形参被保存为一个接口值并作为参数传递（复制）, 方法内部把该接口值的值恢复出来保存为reflect.Value并返回；

3.reflect包的两个主要类型Value、Type：这两种类型都提供了大量的方法让我们可以检查和操作这两种类型

• Type 接口：可以表示一个Go类型
• Kind() 将返回一个常量，表示具体类型的底层类型
• Elem()方法返回指针、数组、切片、map、通道的基类型；
• 可用反射提取struct tag，还能自动分解，常用于ORM映射、数据验证等；
• 辅助判断方法Implements()、ConvertibleTo()、AssignableTo()
• Value 结构体：可以持有一个任意类型的值
• 调用 Value 的 Type() 将返回具体类型所对应的 reflect.Type（静态类型）
• 调用 Value 的 Kind() 将返回一个常量，表示具体类型的底层类型
• Interface方法是ValueOf方法的逆，它把一个reflect.Value恢复成一个接口值：把Value中保存的类型和值的信息打包成一个接口表示并返回；如：
  y,ok := v.Interface().(float64) // y 的类型被断言为 float64
  fmt.Println(y)
  以上可简写为这样：
  fmt.Println(v.Interface()) //fmt.Println会把它恢复出来
• 通道类型的反射对象：有TrySend()、TryRecv()方法；
• IsNil()方法判断反射对象保存的值是否为nil；

4.通过反射可以动态调用原对象的导出方法：

v := reflect.ValueOf(&x)
m := v.MethodByName("Show")
in := []reflect.Value{
    reflect.ValueOf(23),
    reflect.ValueOf(323),
}
out := m.Call(in)  //对于变参可用CallSlice方法

 

5.通过反射可以修改原对象：

• 原理：
• 因为给Go的函数、方法传递的都是形参的副本，同样的，反射一个对象时，形参被保存为一个接口对象并作为参数传递（复制），该接口变量是non-settable的，返回的Value也是non-settable的，对它调用Set方法会出现错误；
• Value的CanSet方法用于测试一个Value的Settablity性质，它有点像unaddressability，但是更加严格，描述的是一个反射对象能够修改创造它的那个实际存储的值的能力。settability由反射对象是否保存原始项而决定。
• 所以，如果想通过反射来修改对象，必须先把该对象的指针传给reflect.ValueOf(&x)，这样得到的Value对象内部就保存了原对象指针的副本，只有找到该指针指向的值才能修改原始对象，通过Elem()方法就可以获得一个保存了原对象的Value对象，此时的Value对象就是settable的；

对于一个settable的Value反射对象，如 d := reflect.ValueOf(&x).Elem()：

• d.CanAddr()方法：判断它是否可被取地址
• d.CanSet()方法：判断它是否可被取地址并可被修改

通过一个settable的Value反射对象来访问、修改其对应的变量的方式：

• 方式1：通过把反射对象转换回原对象类型的指针，然后直接修改该指针
• px := d.Addr().Interface().(*int)
• 第一步是调用Addr()方法，它返回一个Value，里面保存了指向变量的指针。
• 然后是在Value上调用Interface()方法，也就是返回一个interface{}，里面通用包含指向变量的指针。
• 最后，如果我们知道变量的类型，我们可以使用类型的断言机制将得到的interface{}类型的接口强制环为普通的类型指针。这样我们就可以通过这个普通指针来更新变量了
• 方式2：可直接通过Set()方法来修改
• d.Set(reflect.ValueOf(4))
• SetInt、SetUint、SetString和SetFloat等方法：d.SetInt(3)，注意：虽然如SetInt()等方法只要参数变量的底层数据类型是有符号整数就可以工作，但不能是一个引用interface{}类型的reflect.Value
• 小结：Value反射对象为了修改它们所表示的东西必须要有这些东西的地址

• 例子：

var x float64 = 3.4
p := reflect.ValueOf(&x) // 注意这里：把x地址传进去了！
fmt.Println(p.Type())  //*float64
fmt.Println(p.CanSet())  //false 这里的p只是指针，仍然是non-settable的
v := p.Elem() //此时的v保存了x
fmt.Println( v.CanSet()) //true
v.SetFloat(7.1)
fmt.Println(v.Interface()) //7.1
fmt.Println(x) //7.1

虽然反射可以越过Go语言的导出规则的限制读取结构体中未导出的成员，但不能修改这些未导出的成员。因为一个struct中只有被导出的字段才是settable的。

type T struct {
    A int
    B string
}
t := T{23, "skidoo"}
s := reflect.ValueOf(&t).Elem()
typeOfT := s.Type()//把s.Type()返回的Type对象复制给typeofT，typeofT也是一个反射。
for i := 0; i < s.NumField(); i++ {
    f := s.Field(i)//迭代s的各个域，注意每个域仍然是反射。
    fmt.Printf("%d: %s %s = %v\n", i,
        typeOfT.Field(i).Name, f.Type(), f.Interface())//提取了每个域的名字
}
//0: A int = 23
//1: B string = skidoo

s.Field(0).SetInt(77) //s.Field(0).Set(reflect.ValueOf(77))
s.Field(1).SetString("Sunset Strip")
fmt.Println("t is now", t)  //t is now {77 Sunset Strip}

 

6.反射库提供了内置函数make和new的对应操作，如reflect.MakeFunc()方法，通过它可以实现类似“泛型”的功能：

• 定义一个可适应不同数据类型的通用模板算法函数，然后用reflect.MakeFunc()方法，可以把任意函数类型变量绑定到通用模板算法函数（为一系列函数对象指定同一个函数体）；

package main

import (
	"reflect"
	"strings"
	"fmt"
)
//通用算法函数体模板
func add(args []reflect.Value) (results []reflect.Value) {
	if len(args) == 0 {
		return nil
	}
	var r reflect.Value
	switch args[0].Kind() {
	case reflect.Int:
		n:=0
		for _,a:=range args{
			n+=int(a.Int())
		}
		r = reflect.ValueOf(n)
	case reflect.String:
		ss := make([]string,0,len(args))
		for _,s:=range args{
			ss = append(ss,s.String())
		}
		r=reflect.ValueOf(strings.Join(ss,""))
	}
	results = append(results,r)
	return
}
func makeAdd(T interface{})  {
	fn:=reflect.ValueOf(T).Elem()
	v:=reflect.MakeFunc(fn.Type(),add) //把原始函数变量的类型和通用算法函数存到同一个Value中
	fn.Set(v)  //把原始函数指针变量指向v，这样它就获得了函数体
}
func main() {
    //定义函数变量，未定义函数体
	var intAdd func(x,y int) int
	var strAdd func(a,b string) string

	makeAdd(&intAdd)
	makeAdd(&strAdd)

	fmt.Println(intAdd(12,23))  //35
	fmt.Println(strAdd("hello, ","world!")) //hello, world!
}

 

 最后，反射对性能有一定的影响，如对性能要求较高，须谨慎使用反射！