《Go学习笔记 . 雨痕》反射

一、类型(Type)

反射（reflect）让我们能在运行期探知对象的类型信息和内存结构，这从一定程度上弥(mi)补了静态语言在动态行为上的不足。同时，反射还是实现元编程的重要手段。

和 C 数据结构一样，Go 对象头部并没有类型指针，通过其自身是无法在运行期获知任何类型相关信息的。反射操作所需要的全部信息都源自接口变量。接口变量除存储自身类型外，还会保存实际对象的类型数据。

func TypeOf(i interface{}) Type
func ValueOf(i interface{}) Value

这 两个 反射入口函数，会将任何传入的对象转换为接口类型。

在面对类型时，需要区分 Type 和 Kind。前者表示真实类型（静态类型），后者表示其基础结构（底层类型）类别 -- 基类型。

type X int

func main() {
	var a X = 100
	t := reflect.TypeOf(a)

	fmt.Println(t)
	fmt.Println(t.Name(), t.Kind())
}

输出：

X  int

所以在类型判断上，须选择正确的方式

type X int
type Y int

func main() {
	var a, b X = 100, 200
	var c Y = 300

	ta, tb, tc := reflect.TypeOf(a), reflect.TypeOf(b), reflect.TypeOf(c)

	fmt.Println(ta == tb, ta == tc)
	fmt.Println(ta.Kind() == tc.Kind())
}

除通过实际对象获取类型外，也可直接构造一些基础复合类型。

func main() {
	a := reflect.ArrayOf(10, reflect.TypeOf(byte(0)))
	m := reflect.MapOf(reflect.TypeOf(""), reflect.TypeOf(0))

	fmt.Println(a, m)
}

输出：

[10]uint8     map[string]int

传入对象 应区分 基类型 和 指针类型，因为它们并不属于同一类型。

func main() {
	x := 100

	tx, tp := reflect.TypeOf(x), reflect.TypeOf(&x)
	fmt.Println(tx, tp, tx == tp)

	fmt.Println(tx.Kind(), tp.Kind())
	fmt.Println(tx == tp.Elem())
}

输出：

int *int false
int ptr
true

方法 Elem() 返回 指针、数组、切片、字典（值）或 通道的 基类型。

func main() {
	fmt.Println(reflect.TypeOf(map[string]int{}).Elem())
	fmt.Println(reflect.TypeOf([]int32{}).Elem())
}

输出：

int
int32

只有在获取 结构体指针 的 基类型 后，才能遍历它的字段。

type user struct {
	name string
	age int
}

type manager struct {
	user
	title string
}

func main() {
	var m manager
	t := reflect.TypeOf(&m)

	if t.Kind() == reflect.Ptr {
		t = t.Elem()
	}

	for i := 0; i < t.NumField(); i++ {
		f := t.Field(i)
		fmt.Println(f.Name, f.Type, f.Offset)
		if f.Anonymous { // 输出匿名字段结构
			for x := 0; x < f.Type.NumField(); x++ {
				af := f.Type.Field(x)
				fmt.Println(" ", af.Name, af.Type)
			}
		}
	}
}

输出：

user main.user 0
  name string
  age int
title string 24

对于匿名字段，可用多级索引（按照定义顺序）直接访问。

type user struct {
	name string
	age  int
}

type manager struct {
	user
	title string
}

func main() {
	var m manager

	t := reflect.TypeOf(m)

	name, _ := t.FieldByName("name") // 按名称查找
	fmt.Println(name.Name, name.Type)

	age := t.FieldByIndex([]int{0, 1}) // 按多级索引查找
	fmt.Println(age.Name, age.Type)
}

输出：

name string
age int

FieldByName() 不支持多级名称，如有同名遮蔽，须通过匿名字段二次获取。

同样地，输出方法集时，一样区分 基类型 和 指针类型。

type A int

type B struct {
	A
}

func (A) av() {}
func (*A) ap() {}

func (B) bv() {}
func (*B) bp() {}

func main() {
	var b B

	t := reflect.TypeOf(&b)
	s := []reflect.Type{t, t.Elem()}

	for _, t2 := range s {
		fmt.Println(t2, ":")

		for i := 0; i < t2.NumMethod(); i++ {
			fmt.Println(" ", t2.Method(i))
		}
	}
}

输出：

*main.B :
    {ap main func(*main.B) <func(*main.B) Value> 0}
    {av main func(*main.B) <func(*main.B) Value> 1}
    {bp main func(*main.B) <func(*main.B) Value> 2}
    {bv main func(*main.B) <func(*main.B) Value> 3}      

main.B :
    {av main func(*main.B) <func(*main.B) Value> 0}
    {bv main func(*main.B) <func(*main.B) Value> 1}   

有一点和想象的不同，反射能探知当前包或外包的非导出结构成员。

import (
	"net/http"
	"reflect"
	"fmt"
)

func main()  {
	var s http.Server
	t := reflect.TypeOf(s)

	for i := 0; i < t.NumField(); i++ {
		fmt.Println(t.Field(i).Name)
	}
}

输出：

Addr
Handler
ReadTimeout
WriteTimeout
TLSConfig
MaxHeaderBytes
TLSNextProto
ConnState
ErrorLog
disableKeepAlives
nextProtoOnce
nextProtoErr

相对 reflect 而言，当前包 和 外包 都是“外包”。

可用反射提取 struct tag，还能自动分解。其常用于 ORM 映射，或数据格式验证。

type user struct {
	name string `field:"name" type:"varchar(50)"`
	age  int `field:"age" type:"int"`
}

func main() {
	var u user
	t := reflect.TypeOf(u)

	for i := 0; i < t.NumField(); i++ {
		f := t.Field(i)
		fmt.Printf("%s: %s %s\n", f.Name, f.Tag.Get("field"), f.Tag.Get("type"))
	}
}

输出：

name: name varchar(50)
age: age int

辅助判断方法 Implements()、ConvertibleTo、AssignableTo() 都是运行期进行 动态调用 和 赋值 所必需的。

type X int

func (X) String() string {
	return ""
}

func main()  {
	var a X
	t := reflect.TypeOf(a)

	// Implements 不能直接使用类型作为参数，导致这种用法非常别扭
	st := reflect.TypeOf((*fmt.Stringer)(nil)).Elem()
	fmt.Println(t.Implements(st))

	it := reflect.TypeOf(0)
	fmt.Println(t.ConvertibleTo(it))

	fmt.Println(t.AssignableTo(st), t.AssignableTo(it))
}

输出：

true
true
true false

二、值(Value)

和 Type 获取类型信息不同，Value 专注于对象实例数据读写。

在前面章节曾提到过，接口变量会复制对象，且是 unaddressable 的，所以要想修改目标对象，就必须使用指针。

func main()  {
	a := 100
	va, vp := reflect.ValueOf(a), reflect.ValueOf(&a).Elem()

	fmt.Println(va.CanAddr(), va.CanSet())
	fmt.Println(vp.CanAddr(), vp.CanSet())
}

输出：

false false
true true

就算传入指针，一样需要通过 Elem() 获取目标对象。因为被接口存储的指针本身是不能寻址和进行设置操作的。

注意，不能对非导出字段直接进行设置操作，无论是当前包还是外包。

type User struct {
	Name string
	code int
}

func main() {
	p := new(User)
	v := reflect.ValueOf(p).Elem()

	name := v.FieldByName("Name")
	code := v.FieldByName("code")

	fmt.Printf("name: canaddr = %v, canset = %v\n", name.CanAddr(), name.CanSet())
	fmt.Printf("code: canaddr = %v, canset = %v\n", code.CanAddr(), code.CanSet())

	if name.CanSet() {
		name.SetString("Tom")
	}

	if code.CanAddr() {
		*(*int)(unsafe.Pointer(code.UnsafeAddr())) = 100
	}

	fmt.Printf("%+v\n", *p)
}

输出：

name: canaddr = true, canset = true
code: canaddr = true, canset = false
{Name:Tom code:100}

Value.Pointer 和 Value.Int 等方法类型，将 Value.data 存储的数据转换为指针，目标必须是指针类型。而 UnsafeAddr 返回任何 CanAddr Value.data 地址（相当于 & 取地址操作），比如 Elem() 后的 Value，以及字段成员地址。

以结构体里的指针类型字段为例，Pointer 返回该字段所保存的地址，而 UnsafeAddr 返回该字段自身的地址（结构对象地址 + 偏移量）。

可通过 Interface 方法进行类型 推荐 和 转换。

func main() {
	type user struct {
		Name string
		Age  int
	}

	u := user{
		"q.yuhen",
		60,
	}

	v := reflect.ValueOf(&u)

	if !v.CanInterface() {
		println("CanInterface: fail.")
		return
	}

	p, ok := v.Interface().(*user)

	if !ok {
		println("Interface: fail.")
		return
	}

	p.Age++
	fmt.Printf("%+v\n", u)
}

输出：

{Name:q.yuhen Age:61}

也可以直接使用 Value.Int、Bool 等方法进行类型转换，但失败时会引发 pani，且不支持 ok-idiom。

复合类型对象设置示例：

func main()  {
	c := make(chan int, 4)
	v := reflect.ValueOf(c)

	if v.TrySend(reflect.ValueOf(100)) {
		fmt.Println(v.TryRecv())
	}
}

输出：

100 true

接口有两种 nil 状态，这一直是个潜在麻烦。解决方法是用 IsNil() 判断值是否为 nil。

func main()  {
	var a interface{} = nil
	var b interface{} = (*int)(nil)

	fmt.Println(a == nil)
	fmt.Println(b == nil, reflect.ValueOf(b).IsNil())
}

输出：

true
false true

也可用 unsafe 转换后直接判断 iface.data 是否为零值。

func main()  {
	var b interface{} = (*int)(nil)
	iface := (*[2]uintptr)(unsafe.Pointer(&b))

	fmt.Println(iface, iface[1] == 0)
}

输出：

&[712160 0]  true

让人很无奈的是，Value 里的某些方法并未实现 ok-idom 或返回 error，所以得自行判断返回的是否为 Zero Value。

func main()  {
	v := reflect.ValueOf(struct {name string}{})

	println(v.FieldByName("name").IsValid())
	println(v.FieldByName("xxx").IsValid())
}

输出：

true
false

三、方法

动态调用方法，谈不上有多麻烦。只须按 In 列表准备好所需参数即可。

type X struct {}

func (X) Test(x, y int) (int, error)  {
	return x + y, fmt.Errorf("err: %d", x + y)
}

func main()  {
	var a X
	v := reflect.ValueOf(&a)
	m := v.MethodByName("Test")

	in := []reflect.Value{
		reflect.ValueOf(1),
		reflect.ValueOf(2),
	}

	out := m.Call(in)
	for _, v := range out {
		fmt.Println(v)
	}
}

输出：

3
err: 3

对于变参来说，用 CallSlice() 要更方便一些。

type X struct {}

func (X) Format(s string, a ...interface{}) string {
	return fmt.Sprintf(s, a...)
}

func main() {
	var a X
	v := reflect.ValueOf(&a)
	m := v.MethodByName("Format")

	out := m.Call([]reflect.Value{
		reflect.ValueOf("%s = %d"), // 所有参数都须处理
		reflect.ValueOf("x"),
		reflect.ValueOf(100),
	})

	fmt.Println(out)

	out = m.CallSlice([]reflect.Value{
		reflect.ValueOf("%s = %d"),
		reflect.ValueOf([]interface{}{"x", 100}),
	})

	fmt.Println(out)
}

输出：

[x = 100]
[x = 100]

无法调用非导出方法，甚至无法获取有效地址。

四、构建

反射库提供了内置函数 make() 和 new() 的对应操作，其中最有意思的就是 MakeFunc()。可用它实现通用模板，适应不同数据类型。

// 通用算法函数
func add(args []reflect.Value) (results []reflect.Value) {
	if len(args) == 0 {
		return nil
	}

	var ret reflect.Value

	switch args[0].Kind() {
	case reflect.Int:
		n := 0
		for _, a := range args {
			n += int(a.Int())
		}

		ret = reflect.ValueOf(n)
	case reflect.String:
		ss := make([]string, 0, len(args))
		for _, s := range args {
			ss = append(ss, s.String())
		}

		ret = reflect.ValueOf(strings.Join(ss, ""))
	}

	results = append(results, ret)
	return
}

// 将函数指针参数指向通用算法函数
func makeAdd(fptr interface{}) {
	fn := reflect.ValueOf(fptr).Elem()
	v := reflect.MakeFunc(fn.Type(), add) // 这是关键
	fn.Set(v)                             // 指向通用算法函数
}

func main() {
	var intAdd func(x, y int) int
	var strAdd func(a, b string) string

	makeAdd(&intAdd)
	makeAdd(&strAdd)

	println(intAdd(100, 200))
	println(strAdd("hello, ", "world!"))
}

输出：

300
hello, world!

如果语言支持泛型，自然不需要这么折腾