編程語言中反射的概念

在計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域，反射是指一類應(yīng)用，它們能夠自描述和自控制。也就是說，這類應(yīng)用通過采用某種機(jī)制來實(shí)現(xiàn)對自己行為的描述（self-representation）和監(jiān)測（examination），并能根據(jù)自身行為的狀態(tài)和結(jié)果，調(diào)整或修改應(yīng)用所描述行為的狀態(tài)和相關(guān)的語義。

每種語言的反射模型都不同，并且有些語言根本不支持反射。Golang語言實(shí)現(xiàn)了反射，反射機(jī)制就是在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)的調(diào)用對象的方法和屬性，官方自帶的reflect包就是反射相關(guān)的，只要包含這個(gè)包就可以使用。

多插一句，Golang的gRPC也是通過反射實(shí)現(xiàn)的。

interface 和 反射

在講反射之前，先來看看Golang關(guān)于類型設(shè)計(jì)的一些原則

• 變量包括（type, value）兩部分
  • 理解這一點(diǎn)就知道為什么nil != nil了

• type 包括 static type和concrete type. 簡單來說 static type是你在編碼是看見的類型(如int、string)，concrete type是runtime系統(tǒng)看見的類型

• 類型斷言能否成功，取決于變量的concrete type，而不是static type. 因此，一個(gè) reader變量如果它的concrete type也實(shí)現(xiàn)了write方法的話，它也可以被類型斷言為writer.

接下來要講的反射，就是建立在類型之上的，Golang的指定類型的變量的類型是靜態(tài)的（也就是指定int、string這些的變量，它的type是static type），在創(chuàng)建變量的時(shí)候就已經(jīng)確定，反射主要與Golang的interface類型相關(guān)（它的type是concrete type），只有interface類型才有反射一說。

在Golang的實(shí)現(xiàn)中，每個(gè)interface變量都有一個(gè)對應(yīng)pair，pair中記錄了實(shí)際變量的值和類型:

(value, type)

value是實(shí)際變量值，type是實(shí)際變量的類型。一個(gè)interface{}類型的變量包含了2個(gè)指針，一個(gè)指針指向值的類型【對應(yīng)concrete type】，另外一個(gè)指針指向?qū)嶋H的值【對應(yīng)value】。

例如，創(chuàng)建類型為*os.File的變量，然后將其賦給一個(gè)接口變量r：

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

var r io.Reader
r = tty

接口變量r的pair中將記錄如下信息：(tty, *os.File)，這個(gè)pair在接口變量的連續(xù)賦值過程中是不變的，將接口變量r賦給另一個(gè)接口變量w:

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

接口變量w的pair與r的pair相同，都是:(tty, *os.File)，即使w是空接口類型，pair也是不變的。

interface及其pair的存在，是Golang中實(shí)現(xiàn)反射的前提，理解了pair，就更容易理解反射。反射就是用來檢測存儲(chǔ)在接口變量內(nèi)部(值value；類型concrete type) pair對的一種機(jī)制。

Golang的反射reflect

reflect的基本功能TypeOf和ValueOf

既然反射就是用來檢測存儲(chǔ)在接口變量內(nèi)部(值value；類型concrete type) pair對的一種機(jī)制。那么在Golang的reflect反射包中有什么樣的方式可以讓我們直接獲取到變量內(nèi)部的信息呢？ 它提供了兩種類型（或者說兩個(gè)方法）讓我們可以很容易的訪問接口變量內(nèi)容，分別是reflect.ValueOf() 和 reflect.TypeOf()，看看官方的解釋

// 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 {...}

翻譯一下：ValueOf用來獲取輸入?yún)?shù)接口中的數(shù)據(jù)的值，如果接口為空則返回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 {...}

翻譯一下：TypeOf用來動(dòng)態(tài)獲取輸入?yún)?shù)接口中的值的類型，如果接口為空則返回nil

reflect.TypeOf()是獲取pair中的type，reflect.ValueOf()獲取pair中的value，示例如下：

package main

import (
	"fmt"
	"reflect"
)

func main() {
	var num float64 = 1.2345

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

運(yùn)行結(jié)果:
type:  float64
value:  1.2345

說明

• reflect.TypeOf： 直接給到了我們想要的type類型，如float64、int、各種pointer、struct 等等真實(shí)的類型

• reflect.ValueOf：直接給到了我們想要的具體的值，如1.2345這個(gè)具體數(shù)值，或者類似&{1 "Allen.Wu" 25} 這樣的結(jié)構(gòu)體struct的值

• 也就是說明反射可以將“接口類型變量”轉(zhuǎn)換為“反射類型對象”，反射類型指的是reflect.Type和reflect.Value這兩種

從relfect.Value中獲取接口interface的信息

當(dāng)執(zhí)行reflect.ValueOf(interface)之后，就得到了一個(gè)類型為”relfect.Value”變量，可以通過它本身的Interface()方法獲得接口變量的真實(shí)內(nèi)容，然后可以通過類型判斷進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為原有真實(shí)類型。不過，我們可能是已知原有類型，也有可能是未知原有類型，因此，下面分兩種情況進(jìn)行說明。

已知原有類型【進(jìn)行“強(qiáng)制轉(zhuǎn)換”】

已知類型后轉(zhuǎn)換為其對應(yīng)的類型的做法如下，直接通過Interface方法然后強(qiáng)制轉(zhuǎn)換，如下：

realValue := value.Interface().(已知的類型)

示例如下：

package main

import (
	"fmt"
	"reflect"
)

func main() {
	var num float64 = 1.2345

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

	// 可以理解為“強(qiáng)制轉(zhuǎn)換”，但是需要注意的時(shí)候，轉(zhuǎn)換的時(shí)候，如果轉(zhuǎn)換的類型不完全符合，則直接panic
	// Golang 對類型要求非常嚴(yán)格，類型一定要完全符合
	// 如下兩個(gè)，一個(gè)是*float64，一個(gè)是float64，如果弄混，則會(huì)panic
	convertPointer := pointer.Interface().(*float64)
	convertValue := value.Interface().(float64)

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

運(yùn)行結(jié)果：
0xc42000e238
1.2345

說明

• 轉(zhuǎn)換的時(shí)候，如果轉(zhuǎn)換的類型不完全符合，則直接panic，類型要求非常嚴(yán)格！
• 轉(zhuǎn)換的時(shí)候，要區(qū)分是指針還是指
• 也就是說反射可以將“反射類型對象”再重新轉(zhuǎn)換為“接口類型變量”

未知原有類型【遍歷探測其Filed】

很多情況下，我們可能并不知道其具體類型，那么這個(gè)時(shí)候，該如何做呢？需要我們進(jìn)行遍歷探測其Filed來得知，示例如下:

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)

}

// 通過接口來獲取任意參數(shù)，然后一一揭曉
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)

	// 獲取方法字段
	// 1. 先獲取interface的reflect.Type，然后通過NumField進(jìn)行遍歷
	// 2. 再通過reflect.Type的Field獲取其Field
	// 3. 最后通過Field的Interface()得到對應(yīng)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)
	}

	// 獲取方法
	// 1. 先獲取interface的reflect.Type，然后通過.NumMethod進(jìn)行遍歷
	for i := 0; i < getType.NumMethod(); i++ {
		m := getType.Method(i)
		fmt.Printf("%s: %v\n", m.Name, m.Type)
	}
}

運(yùn)行結(jié)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)

說明

通過運(yùn)行結(jié)果可以得知獲取未知類型的interface的具體變量及其類型的步驟為：

• 先獲取interface的reflect.Type，然后通過NumField進(jìn)行遍歷
• 再通過reflect.Type的Field獲取其Field
• 最后通過Field的Interface()得到對應(yīng)的value

通過運(yùn)行結(jié)果可以得知獲取未知類型的interface的所屬方法（函數(shù)）的步驟為：

• 先獲取interface的reflect.Type，然后通過NumMethod進(jìn)行遍歷
• 再分別通過reflect.Type的Method獲取對應(yīng)的真實(shí)的方法（函數(shù)）
• 最后對結(jié)果取其Name和Type得知具體的方法名
• 也就是說反射可以將“反射類型對象”再重新轉(zhuǎn)換為“接口類型變量”
• struct 或者 struct 的嵌套都是一樣的判斷處理方式

通過reflect.Value設(shè)置實(shí)際變量的值

reflect.Value是通過reflect.ValueOf(X)獲得的，只有當(dāng)X是指針的時(shí)候，才可以通過reflec.Value修改實(shí)際變量X的值，即：要修改反射類型的對象就一定要保證其值是“addressable”的。

示例如下：

package main

import (
	"fmt"
	"reflect"
)

func main() {

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

	// 通過reflect.ValueOf獲取num中的reflect.Value，注意，參數(shù)必須是指針才能修改其值
	pointer := reflect.ValueOf(&num)
	newValue := pointer.Elem()

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

	// 重新賦值
	newValue.SetFloat(77)
	fmt.Println("new value of pointer:", num)

	////////////////////
	// 如果reflect.ValueOf的參數(shù)不是指針，會(huì)如何？
	pointer = reflect.ValueOf(num)
	//newValue = pointer.Elem() // 如果非指針，這里直接panic，“panic: reflect: call of reflect.Value.Elem on float64 Value”
}

運(yùn)行結(jié)果：
old value of pointer: 1.2345
type of pointer: float64
settability of pointer: true
new value of pointer: 77

說明

• 需要傳入的參數(shù)是* float64這個(gè)指針，然后可以通過pointer.Elem()去獲取所指向的Value，注意一定要是指針。
• 如果傳入的參數(shù)不是指針，而是變量，那么
  • 通過Elem獲取原始值對應(yīng)的對象則直接panic
  • 通過CanSet方法查詢是否可以設(shè)置返回false
• newValue.CantSet()表示是否可以重新設(shè)置其值，如果輸出的是true則可修改，否則不能修改，修改完之后再進(jìn)行打印發(fā)現(xiàn)真的已經(jīng)修改了。
• reflect.Value.Elem() 表示獲取原始值對應(yīng)的反射對象，只有原始對象才能修改，當(dāng)前反射對象是不能修改的
• 也就是說如果要修改反射類型對象，其值必須是“addressable”【對應(yīng)的要傳入的是指針，同時(shí)要通過Elem方法獲取原始值對應(yīng)的反射對象】
• struct 或者 struct 的嵌套都是一樣的判斷處理方式

通過reflect.ValueOf來進(jìn)行方法的調(diào)用

這算是一個(gè)高級(jí)用法了，前面我們只說到對類型、變量的幾種反射的用法，包括如何獲取其值、其類型、如果重新設(shè)置新值。但是在工程應(yīng)用中，另外一個(gè)常用并且屬于高級(jí)的用法，就是通過reflect來進(jìn)行方法【函數(shù)】的調(diào)用。比如我們要做框架工程的時(shí)候，需要可以隨意擴(kuò)展方法，或者說用戶可以自定義方法，那么我們通過什么手段來擴(kuò)展讓用戶能夠自定義呢？關(guān)鍵點(diǎn)在于用戶的自定義方法是未可知的，因此我們可以通過reflect來搞定

示例如下：

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")
}

// 如何通過反射來進(jìn)行方法的調(diào)用？
// 本來可以用u.ReflectCallFuncXXX直接調(diào)用的，但是如果要通過反射，那么首先要將方法注冊，也就是MethodByName，然后通過反射調(diào)動(dòng)mv.Call

func main() {
	user := User{1, "Allen.Wu", 25}
	
	// 1. 要通過反射來調(diào)用起對應(yīng)的方法，必須要先通過reflect.ValueOf(interface)來獲取到reflect.Value，得到“反射類型對象”后才能做下一步處理
	getValue := reflect.ValueOf(user)

	// 一定要指定參數(shù)為正確的方法名
	// 2. 先看看帶有參數(shù)的調(diào)用方法
	methodValue := getValue.MethodByName("ReflectCallFuncHasArgs")
	args := []reflect.Value{reflect.ValueOf("wudebao"), reflect.ValueOf(30)}
	methodValue.Call(args)

	// 一定要指定參數(shù)為正確的方法名
	// 3. 再看看無參數(shù)的調(diào)用方法
	methodValue = getValue.MethodByName("ReflectCallFuncNoArgs")
	args = make([]reflect.Value, 0)
	methodValue.Call(args)
}


運(yùn)行結(jié)果：
ReflectCallFuncHasArgs name:  wudebao , age: 30 and origal User.Name: Allen.Wu
ReflectCallFuncNoArgs

說明

• 要通過反射來調(diào)用起對應(yīng)的方法，必須要先通過reflect.ValueOf(interface)來獲取到reflect.Value，得到“反射類型對象”后才能做下一步處理

• reflect.Value.MethodByName這.MethodByName，需要指定準(zhǔn)確真實(shí)的方法名字，如果錯(cuò)誤將直接panic，MethodByName返回一個(gè)函數(shù)值對應(yīng)的reflect.Value方法的名字。

• []reflect.Value，這個(gè)是最終需要調(diào)用的方法的參數(shù)，可以沒有或者一個(gè)或者多個(gè)，根據(jù)實(shí)際參數(shù)來定。

• reflect.Value的 Call 這個(gè)方法，這個(gè)方法將最終調(diào)用真實(shí)的方法，參數(shù)務(wù)必保持一致，如果reflect.Value'Kind不是一個(gè)方法，那么將直接panic。

• 本來可以用u.ReflectCallFuncXXX直接調(diào)用的，但是如果要通過反射，那么首先要將方法注冊，也就是MethodByName，然后通過反射調(diào)用methodValue.Call

Golang的反射reflect性能

Golang的反射很慢，這個(gè)和它的API設(shè)計(jì)有關(guān)。在 java 里面，我們一般使用反射都是這樣來弄的。

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

這個(gè)取得的反射對象類型是 java.lang.reflect.Field。它是可以復(fù)用的。只要傳入不同的obj，就可以取得這個(gè)obj上對應(yīng)的 field。

但是Golang的反射不是這樣設(shè)計(jì)的:

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

這里取出來的 field 對象是 reflect.StructField 類型，但是它沒有辦法用來取得對應(yīng)對象上的值。如果要取值，得用另外一套對object，而不是type的反射

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

這里取出來的 fieldValue 類型是 reflect.Value，它是一個(gè)具體的值，而不是一個(gè)可復(fù)用的反射對象了，每次反射都需要malloc這個(gè)reflect.Value結(jié)構(gòu)體，并且還涉及到GC。

小結(jié)

Golang reflect慢主要有兩個(gè)原因

• 涉及到內(nèi)存分配以及后續(xù)的GC；

• reflect實(shí)現(xiàn)里面有大量的枚舉，也就是for循環(huán)，比如類型之類的。

總結(jié)

上述詳細(xì)說明了Golang的反射reflect的各種功能和用法，都附帶有相應(yīng)的示例，相信能夠在工程應(yīng)用中進(jìn)行相應(yīng)實(shí)踐，總結(jié)一下就是：

• 反射可以大大提高程序的靈活性，使得interface{}有更大的發(fā)揮余地

  • 反射必須結(jié)合interface才玩得轉(zhuǎn)
  • 變量的type要是concrete type的（也就是interface變量）才有反射一說

• 反射可以將“接口類型變量”轉(zhuǎn)換為“反射類型對象”

  • 反射使用 TypeOf 和 ValueOf 函數(shù)從接口中獲取目標(biāo)對象信息

• 反射可以將“反射類型對象”轉(zhuǎn)換為“接口類型變量

  • reflect.value.Interface().(已知的類型)
  • 遍歷reflect.Type的Field獲取其Field

• 反射可以修改反射類型對象，但是其值必須是“addressable”

  • 想要利用反射修改對象狀態(tài)，前提是 interface.data 是 settable,即 pointer-interface

• 通過反射可以“動(dòng)態(tài)”調(diào)用方法

• 因?yàn)镚olang本身不支持模板，因此在以往需要使用模板的場景下往往就需要使用反射(reflect)來實(shí)現(xiàn)

參考鏈接

The Go Blog : 其實(shí)看官方說明就足以了！

官方reflect-Kind

Go語言的反射三定律

Go基礎(chǔ)學(xué)習(xí)五之接口interface、反射reflection

提高 golang 的反射性能

到此這篇關(guān)于深入理解Golang的反射reflect示例的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Golang 反射reflec內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！