第001节:反射reflect

一、引入

先看官方Doc中Rob Pike给出的关于反射的定义:

Reflection in computing is the ability of a program to examine its own structure, particularly through types; it’s a form of metaprogramming. It’s also a great source of confusion.
(在计算机领域,反射是一种让程序——主要是通过类型——理解其自身结构的一种能力。它是元编程的组成之一,同时它也是一大引人困惑的难题。)

维基百科中的定义:

在计算机科学中,反射是指计算机程序在运行时(Run time)可以访问、检测和修改它本身状态或行为的一种能力。用比喻来说,反射就是程序在运行的时候能够“观察”并且修改自己的行为。

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)。

```go
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

示例代码:

package main

import (
    "fmt"
    "reflect"
)

func main() {
    //反射操作:通过反射,可以获取一个接口类型变量的 类型和数值
    var x float64 =3.4

    fmt.Println("type:",reflect.TypeOf(x)) //type: float64
    fmt.Println("value:",reflect.ValueOf(x)) //value: 3.4

    fmt.Println("-------------------")
    //根据反射的值,来获取对应的类型和数值
    v := reflect.ValueOf(x)
    fmt.Println("kind is float64: ",v.Kind() == reflect.Float64)
    fmt.Println("type : ",v.Type())
    fmt.Println("value : ",v.Float())
}

运行结果:

type: float64
value: 3.4
-------------------
kind is float64:  true
type :  float64
value :  3.4

说明

  1. reflect.TypeOf: 直接给到了我们想要的type类型,如float64、int、各种pointer、struct 等等真实的类型
  2. reflect.ValueOf:直接给到了我们想要的具体的值,如1.2345这个具体数值,或者类似&{1 "Allen.Wu" 25} 这样的结构体struct的值
  3. 也就是说明反射可以将“接口类型变量”转换为“反射类型对象”,反射类型指的是reflect.Type和reflect.Value这两种

Type 和 Value 都包含了大量的方法,其中第一个有用的方法应该是 Kind,这个方法返回该类型的具体信息:Uint、Float64 等。Value 类型还包含了一系列类型方法,比如 Int(),用于返回对应的值。以下是Kind的种类:


// A Kind represents the specific kind of type that a Type represents.
// The zero Kind is not a valid kind.
type Kind uint

const (
    Invalid Kind = iota
    Bool
    Int
    Int8
    Int16
    Int32
    Int64
    Uint
    Uint8
    Uint16
    Uint32
    Uint64
    Uintptr
    Float32
    Float64
    Complex64
    Complex128
    Array
    Chan
    Func
    Interface
    Map
    Ptr
    Slice
    String
    Struct
    UnsafePointer
)

本文参照:

http://www.sohu.com/a/313420275_657921

https://studygolang.com/articles/12348?fr=sidebar

http://c.biancheng.net/golang/

原创文章,Golang中国出品,文章对应源码下载:https://www.qfgolang.com/?page_id=1973

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