編程語(yǔ)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(lèi)應(yīng)用，它們能夠自描述和自控制。也就是說(shuō)，這類(lèi)應(yīng)用通過(guò)采用某種機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)自己行為的描述（self-representation）和監(jiān)測(cè)（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(yǔ)義。

每種語(yǔ)言的反射模型都不同，并且有些語(yǔ)言根本不支持反射。Golang語(yǔ)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(duì)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(guò)反射實(shí)現(xiàn)的。

interface 和 反射

在講反射之前，先來(lái)看看Golang關(guān)于類(lèi)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(jiǎn)單來(lái)說(shuō) static type是你在編碼是看見(jiàn)的類(lèi)型(如int、string)，concrete type是runtime系統(tǒng)看見(jiàn)的類(lèi)型

• 類(lèi)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(huà)，它也可以被類(lèi)型斷言為writer.

接下來(lái)要講的反射，就是建立在類(lèi)型之上的，Golang的指定類(lèi)型的變量的類(lèi)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(lèi)型相關(guān)（它的type是concrete type），只有interface類(lèi)型才有反射一說(shuō)。

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

(value, type)

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

例如，創(chuàng)建類(lèi)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(guò)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(lèi)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(lái)檢測(cè)存儲(chǔ)在接口變量?jī)?nèi)部(值value；類(lèi)型concrete type) pair對(duì)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(lái)檢測(cè)存儲(chǔ)在接口變量?jī)?nèi)部(值value；類(lèi)型concrete type) pair對(duì)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?jī)?nèi)部的信息呢？ 它提供了兩種類(lèi)型（或者說(shuō)兩個(gè)方法）讓我們可以很容易的訪(fǎng)問(wèn)接口變量?jī)?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(lái)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(lái)動(dòng)態(tài)獲取輸入?yún)?shù)接口中的值的類(lèi)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(shuō)明

• reflect.TypeOf： 直接給到了我們想要的type類(lèi)型，如float64、int、各種pointer、struct 等等真實(shí)的類(lèi)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(lèi)似&{1 "Allen.Wu" 25} 這樣的結(jié)構(gòu)體struct的值

• 也就是說(shuō)明反射可以將“接口類(lèi)型變量”轉(zhuǎn)換為“反射類(lèi)型對(duì)象”，反射類(lèi)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(lèi)型為”relfect.Value”變量，可以通過(guò)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(guò)類(lèi)型判斷進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為原有真實(shí)類(lèi)型。不過(guò)，我們可能是已知原有類(lèi)型，也有可能是未知原有類(lèi)型，因此，下面分兩種情況進(jìn)行說(shuō)明。

已知原有類(lèi)型【進(jìn)行“強(qiáng)制轉(zhuǎn)換”】

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

realValue := value.Interface().(已知的類(lèi)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(lèi)型不完全符合，則直接panic
	// Golang 對(duì)類(lèi)型要求非常嚴(yán)格，類(lèi)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(shuō)明

• 轉(zhuǎn)換的時(shí)候，如果轉(zhuǎn)換的類(lèi)型不完全符合，則直接panic，類(lèi)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(shuō)反射可以將“反射類(lèi)型對(duì)象”再重新轉(zhuǎn)換為“接口類(lèi)型變量”

未知原有類(lèi)型【遍歷探測(cè)其Filed】

很多情況下，我們可能并不知道其具體類(lèi)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(cè)其Filed來(lái)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(guò)接口來(lái)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(guò)NumField進(jìn)行遍歷
	// 2. 再通過(guò)reflect.Type的Field獲取其Field
	// 3. 最后通過(guò)Field的Interface()得到對(duì)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(guò).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(shuō)明

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

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

通過(guò)運(yùn)行結(jié)果可以得知獲取未知類(lèi)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(guò)NumMethod進(jìn)行遍歷
• 再分別通過(guò)reflect.Type的Method獲取對(duì)應(yīng)的真實(shí)的方法（函數(shù)）
• 最后對(duì)結(jié)果取其N(xiāo)ame和Type得知具體的方法名
• 也就是說(shuō)反射可以將“反射類(lèi)型對(duì)象”再重新轉(zhuǎn)換為“接口類(lèi)型變量”
• struct 或者 struct 的嵌套都是一樣的判斷處理方式

通過(guò)reflect.Value設(shè)置實(shí)際變量的值

reflect.Value是通過(guò)reflect.ValueOf(X)獲得的，只有當(dāng)X是指針的時(shí)候，才可以通過(guò)reflec.Value修改實(shí)際變量X的值，即：要修改反射類(lèi)型的對(duì)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(guò)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(shuō)明

• 需要傳入的參數(shù)是* float64這個(gè)指針，然后可以通過(guò)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(guò)Elem獲取原始值對(duì)應(yīng)的對(duì)象則直接panic
  • 通過(guò)CanSet方法查詢(xún)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(duì)應(yīng)的反射對(duì)象，只有原始對(duì)象才能修改，當(dāng)前反射對(duì)象是不能修改的
• 也就是說(shuō)如果要修改反射類(lèi)型對(duì)象，其值必須是“addressable”【對(duì)應(yīng)的要傳入的是指針，同時(shí)要通過(guò)Elem方法獲取原始值對(duì)應(yīng)的反射對(duì)象】
• struct 或者 struct 的嵌套都是一樣的判斷處理方式

通過(guò)reflect.ValueOf來(lái)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(shuō)到對(duì)類(lèi)型、變量的幾種反射的用法，包括如何獲取其值、其類(lèi)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(guò)reflect來(lái)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(shuō)用戶(hù)可以自定義方法，那么我們通過(guò)什么手段來(lái)擴(kuò)展讓用戶(hù)能夠自定義呢？關(guān)鍵點(diǎn)在于用戶(hù)的自定義方法是未可知的，因此我們可以通過(guò)reflect來(lái)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(guò)反射來(lái)進(jìn)行方法的調(diào)用？
// 本來(lái)可以用u.ReflectCallFuncXXX直接調(diào)用的，但是如果要通過(guò)反射，那么首先要將方法注冊(cè)，也就是MethodByName，然后通過(guò)反射調(diào)動(dòng)mv.Call

func main() {
	user := User{1, "Allen.Wu", 25}
	
	// 1. 要通過(guò)反射來(lái)調(diào)用起對(duì)應(yīng)的方法，必須要先通過(guò)reflect.ValueOf(interface)來(lái)獲取到reflect.Value，得到“反射類(lèi)型對(duì)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(wú)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(shuō)明

• 要通過(guò)反射來(lái)調(diào)用起對(duì)應(yīng)的方法，必須要先通過(guò)reflect.ValueOf(interface)來(lái)獲取到reflect.Value，得到“反射類(lèi)型對(duì)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(duì)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(méi)有或者一個(gè)或者多個(gè)，根據(jù)實(shí)際參數(shù)來(lái)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(lái)可以用u.ReflectCallFuncXXX直接調(diào)用的，但是如果要通過(guò)反射，那么首先要將方法注冊(cè)，也就是MethodByName，然后通過(guò)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(lái)弄的。

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

這個(gè)取得的反射對(duì)象類(lèi)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(duì)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(lái)的 field 對(duì)象是 reflect.StructField 類(lèi)型，但是它沒(méi)有辦法用來(lái)取得對(duì)應(yīng)對(duì)象上的值。如果要取值，得用另外一套對(duì)object，而不是type的反射

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

這里取出來(lái)的 fieldValue 類(lèi)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(duì)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(lèi)型之類(lèi)的。

總結(jié)

上述詳細(xì)說(shuō)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(shuō)

• 反射可以將“接口類(lèi)型變量”轉(zhuǎn)換為“反射類(lèi)型對(duì)象”

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

• 反射可以將“反射類(lèi)型對(duì)象”轉(zhuǎn)換為“接口類(lèi)型變量

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

• 反射可以修改反射類(lèi)型對(duì)象，但是其值必須是“addressable”

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

• 通過(guò)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(chǎng)景下往往就需要使用反射(reflect)來(lái)實(shí)現(xiàn)

參考鏈接

The Go Blog : 其實(shí)看官方說(shuō)明就足以了！

官方reflect-Kind

Go語(yǔ)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(qǐng)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！

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