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GoLang反射机制深入讲解

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反射

Go语言提供了reflect 包来访问程序的反射信息;定义了两个重要的类型Type和Value:

反射类型Type

Go语言程序中的类型(Type)指的是系统原生数据类型(如 int、string、bool、float32 等),以及使用 type 关键字定义的类型;而反射种类(Kind)是指对象的归属分类:

type Kind uint
const (
    Invalid Kind = iota  // 非法类型
    Bool                 // 布尔型
    Int                  // 有符号整型
    Int8                 // 有符号8位整型
    Int16                // 有符号16位整型
    Int32                // 有符号32位整型
    Int64                // 有符号64位整型
    Uint                 // 无符号整型
    Uint8                // 无符号8位整型
    Uint16               // 无符号16位整型
    Uint32               // 无符号32位整型
    Uint64               // 无符号64位整型
    Uintptr              // 指针
    Float32              // 单精度浮点数
    Float64              // 双精度浮点数
    Complex64            // 64位复数类型
    Complex128           // 128位复数类型
    Array                // 数组
    Chan                 // 通道
    Func                 // 函数
    Interface            // 接口
    Map                  // 映射
    Ptr                  // 指针
    Slice                // 切片
    String               // 字符串
    Struct               // 结构体
    UnsafePointer        // 底层指针
)

指针

对指针指向的对象,可通过reflect.Elem() 方法获取这个指针指向的元素类型(等效于对指针类型变量做了一个*操作)。

func reflectStruct() {
	type Cat struct {
	}
	aCat := &Cat{}
	// 获取结构体实例的反射类型对象
	typeOfCat := reflect.TypeOf(aCat)
	fmt.Printf("ptr name:'%v' kind:'%v'\n", typeOfCat.Name(), typeOfCat.Kind())
	// 取类型的元素
	typeOfCat = typeOfCat.Elem()
	fmt.Printf("element name: '%v', element kind: '%v'\n", typeOfCat.Name(), typeOfCat.Kind())
	typeOfCat = reflect.TypeOf(*aCat)
	fmt.Printf("*ptr name:'%v' kind:'%v'\n", typeOfCat.Name(), typeOfCat.Kind())
}
// ptr name:'' kind:'ptr'
// element name: 'Cat', element kind: 'struct'
// *ptr name:'Cat' kind:'struct'

结构体

对结构体对象,获取对象信息后,可通过NumField() 和 Field() 方法获得结构体成员的详细信息。

方法说明
Field(i int) StructField根据索引返回索引对应字段的信息
NumField() int返回结构体成员字段数量
FieldByName(name string) (StructField, bool)根据给定字符串返回字符串对应的结构体字段的信息,没有找到时 bool 返回 false
FieldByIndex(index []int) StructField多层成员访问时,根据 []int 提供的每个结构体的字段索引,返回字段的信息,没有找到时返回零值
FieldByNameFunc(match func(string) bool) (StructField,bool)根据匹配函数匹配需要的字段

字段信息中含有:

type StructField struct {
    Name string          // 字段名
    PkgPath string       // 字段在结构体中的路径
    Type      Type       // 字段的反射类型 reflect.Type
    Tag       StructTag  // 字段的结构体标签
    Offset    uintptr    // 字段在结构体中的相对偏移
    Index     []int      // FieldByIndex中的索引顺序
    Anonymous bool       // 是否为匿名字段
}

获取字段的名称与tag:

func reflectStructField()  {
	// 声明一个空结构体
	type Cat struct {
		Name string
		// 带有结构体tag的字段
		Type int `json:"type" id:"100"`
	}
	aCat := Cat{Name: "mimi", Type: 1}
	// 获取结构体实例的反射类型对象
	typeOfCat := reflect.TypeOf(aCat)
	// 遍历结构体所有成员
	for i := 0; i < typeOfCat.NumField(); i++ {
		fieldType := typeOfCat.Field(i)
		fmt.Printf("Field-%v: name: %v  tag: '%v'\n", i, fieldType.Name, fieldType.Tag)
	}
	// 通过字段名, 找到字段类型信息
	if catType, ok := typeOfCat.FieldByName("Type"); ok {
		fmt.Println("Field Tag: ", catType.Tag.Get("json"), catType.Tag.Get("id"))
	}
}
// Field-0: name: Name  tag: ''
// Field-1: name: Type  tag: 'json:"type" id:"100"'
// Field Tag:  type 100

反射值Value

通过下面几种方法从反射值对象 reflect.Value 中获取原值

方法名说 明
Interface() interface {}将值以 interface{} 类型返回,可以通过类型断言转换为指定类型
Int() int64将值以 int 类型返回,所有有符号整型均可以此方式返回
Uint() uint64将值以 uint 类型返回,所有无符号整型均可以此方式返回
Float() float64将值以双精度(float64)类型返回,所有浮点数(float32、float64)均可以此方式返回
Bool() bool将值以 bool 类型返回
Bytes() []bytes将值以字节数组 []bytes 类型返回
String() string将值以字符串类型返回

通过反射获取变量的值:

func reflectValue()  {
	var a int = 1024
	// 获取变量a的反射值对象
	valueOfA := reflect.ValueOf(a)
	// 获取interface{}类型的值, 通过类型断言转换
	var getA int = valueOfA.Interface().(int)
	// 获取64位的值, 强制类型转换为int类型
	var getA2 int = int(valueOfA.Int())
	fmt.Println(getA, getA2)
}
// 1024 1024

结构体

反射值对象(reflect.Value)提供对结构体访问的方法,通过这些方法可以完成对结构体任意值的访问:

方 法备 注
Field(i int) Value根据索引,返回索引对应的结构体成员字段的反射值对象
NumField() int返回结构体成员字段数量
FieldByName(name string) Value根据给定字符串返回字符串对应的结构体字段,没有找到时返回零值
FieldByIndex(index []int) Value多层成员访问时,根据 []int 提供的每个结构体的字段索引,返回字段的值; 没有找到时返回零值
FieldByNameFunc(match func(string) bool) Value根据匹配函数匹配需要的字段,没有找到时返回零值

空与有效性判断

反射值对象(reflect.Value)提供一系列方法进行零值和空判定:

方 法说 明
IsNil() bool是否为 nil,只对通道、函数、接口、map、指针或切片有效(否则会panic)
IsValid() bool是否有效,当值本身非法时(不包含任何值,或值为 nil),返回 false

修改值

通过反射修改变量值的前提条件之一:这个值必须可以被寻址,简单地说就是这个变量必须能被修改。结构体成员中,如果字段没有被导出,即便也可以被访问,也不能通过反射修改。

方法名备 注
Elem() Value取值指向的元素值(类似于*操作);对指针或接口时发生panic
Addr() Value对可寻址的值返回其地址(类似于&操作);当值不可寻址时发生panic
CanAddr() bool表示值是否可寻址
CanSet() bool返回值能否被修改;要求值可寻址且是导出的字段

修改结构体字段的值(需要结构体地址,与导出字段):

func reflectModifyValue()  {
	type Dog struct {
		LegCount int
	}
	// 获取dog实例地址的反射值对象
	valueOfDog := reflect.ValueOf(&Dog{})
	// 取出dog实例地址的元素
	valueOfDog = valueOfDog.Elem()
	vLegCount := valueOfDog.FieldByName("LegCount")
	vLegCount.SetInt(4)
	fmt.Println(vLegCount.Int())
}

函数调用

如果反射值对象(reflect.Value)为函数,可以通过Call()调用:参数使用反射值对象的切片[]reflect.Value构造后传入,返回值通过[]reflect.Value返回。

func add(a, b int) int {
	return a + b
}
func reflectFunction() {
	// 将函数包装为反射值对象
	funcValue := reflect.ValueOf(add)
	// 构造函数参数, 传入两个整型值
	paramList := []reflect.Value{reflect.ValueOf(10), reflect.ValueOf(20)}
	// 反射调用函数
	retList := funcValue.Call(paramList)
	// 获取第一个返回值, 取整数值
	fmt.Println(retList[0].Int())
}

反射三定律

官方提供了三条定律来说明反射:

var x float64 = 3.4
v := reflect.ValueOf(x) // v is reflext.Value
var y float64 = v.Interface().(float64)
fmt.Println("value:", y) // 3.4

值类型不能直接修改,可通过传递地址并通过Elem获取后修改:

var x float64 = 3.4
v := reflect.ValueOf(&x)
v.Elem().SetFloat(7.8)
fmt.Println("x :", v.Elem().Interface())	// 7.8

interface

interface是Go实现抽象的一个非常强大的工具;当向接口赋值时,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。

interface类型是一种特殊类型,代表方法集合;可存放任何实现了其方法的值(实际存放的是(value,type)对)。reflect包中实现了反射的各种函数:

空interface类型(interface{})的方法集为空,所以可认为任何类型都实现了该接口;因此其可存放任何值。

底层结构

interface底层结构分为iface和eface描述接口,其区别是eface为不包含任何方法的空接口。

iface

iface定义如下:

type iface struct {
	tab  *itab
	data unsafe.Pointer
}

itab结构:

type itab struct {
	inter  *interfacetype
	_type  *_type
	link   *itab
	hash   uint32
	bad    bool
	inhash bool
	unused [2]byte
	fun    [1]uintptr
}

iface结构全貌图:

eface

eface结构:只维护了一个 _type 字段,表示空接口所承载的具体的实体类型。

type eface struct {
    _type *_type
    data  unsafe.Pointer
}

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