golang/go语言Go语言之反射

Posted 2023-03-07 棉花糖灬

本文参考了李文周的博客——Go语言基础之反射。

一、反射初识

1. 什么是反射

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和行为的一种能力。用比喻来说，反射就是程序在运行的时候能够观察并修改自己的行为。

2. 使用场景

• 编写函数时，并不知道调用者传入的参数类型是什么，可能是没约定好，也可能是传入的类型很多，这些类型不能统一表示
• 有时候需要根据某些条件调用哪个函数，此时需要对函数和函数的参数进行反射，在运行期间动态的执行函数

3. 缺点

• 反射相关的代码难以阅读
• Go语言作为一门静态语言，在编码过程中可以发现一些类型错误，但对于反射代码则是无能为力的
• 反射对性能影响比较大，比正常代码运行速度慢一到两个数量级

二、reflect包

Go语言中的接口值都具有具体类型和具体类型的值两部分信息，而类型（Type）和值（Value）可以理解为定义在reflect包下的两个结构体reflect.Type和reflect.Value。

reflect包下有两个最基础的函数——TypeOf和ValueOf，分别用于获取对象的类型信息和值信息，也即reflect.Type和reflect.Value对象。

函数	说明
func TypeOf(i any) Type	获取对象的类型信息
func ValueOf(i any) Value	获取对象的值信息

1. refelect.TypeOf函数

(1) TypeOf函数

通过relect.TypeOf()函数我们可以获取任意对象的类型信息，即reflect.Type对象。

package main

import (
	"fmt"
	"reflect"
)

func main() 
	var x float64 = 3.4
	fmt.Println("type:",reflect.TypeOf(x)) //type: float64

(2) Type和Kind

反射中的类型可以分为类型（Type）和种类（Kind）两种。类型（Type）是在变量声明时被赋予的类型（静态类型）或者运行时的类型（动态类型，又称具体类型）。而种类（Kind）是指数据底层的类型，种类是有限可枚举的。reflect包下定义的Kind类型包含以下几种：

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
)

反射对象的Kind可以通过reflect.Value或reflect.Type类型对象的Kind()函数获取。reflect.Value或reflect.Type类型对象有很多同名函数，它们有些功能相同，有些在返回值有些许区别，本文后面对此有更多的例子。

2. reflect.ValueOf函数

(1) ValueOf函数

通过reflect.ValueOf()函数我们可以获取任意对象的值信息，即reflect.Value对象，其中包含了原始值的值信息。

package main

import (
	"fmt"
	"reflect"
)

func main() 
	var x float64 = 3.4
	fmt.Println("value:",reflect.ValueOf(x)) //value: 3.4

(2) Value转为原始值

除了可以通过ValueOf()函数将原始值转为reflect.Value对象外，还可以将reflect.Value对象转为原始值，reflect.Value类型提供的获取原始值的方法如下：

方法	说明
func (v Value) 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
func (v Value) 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
func (v Value) 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
func (v Value) 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
func (v Value) Bool() bool	将值以 bool 类型返回
func (v Value) Bytes() []bytes	将值以字节数组 []bytes 类型返回
func (v Value) String() string	将值以字符串类型返回

可以发现通过Interface方法获取原始值的方式是最为通用的一种。

3. isNil和isValid方法

由于函数参数传递是值拷贝，所以必须传递变量的地址才能修改变量的值。在反射中可以使用Elem()方法来获取指针对应的值。

(1) isNil方法

func (v Value) IsNil() bool

IsNil()报告v持有的值是否为nil，IsNil()常被用于判断指针是否为空。。v持有的值的分类必须是通道、函数、接口、映射、指针、切片之一；否则IsNil函数会导致panic。

(2) isValid方法

func (v Value) IsValid() bool

IsValid()返回v是否持有一个值，IsValid()常被用于判定返回值是否有效。

(3) 代码示例

func main() 
	// *int类型空指针
	var a *int
	fmt.Println("var a *int IsNil:", reflect.ValueOf(a).IsNil())
	// nil值
	fmt.Println("nil IsValid:", reflect.ValueOf(nil).IsValid())
	// 实例化一个匿名结构体
	b := struct
	// 尝试从结构体中查找"abc"字段
	fmt.Println("不存在的结构体成员:", reflect.ValueOf(b).FieldByName("abc").IsValid())
	// 尝试从结构体中查找"abc"方法
	fmt.Println("不存在的结构体方法:", reflect.ValueOf(b).MethodByName("abc").IsValid())
	// map
	c := map[string]int
	// 尝试从map中查找一个不存在的键
	fmt.Println("map中不存在的键：", reflect.ValueOf(c).MapIndex(reflect.ValueOf("娜扎")).IsValid())

三、结构体反射

如果反射对象的类型是结构体，反射类型reflect.Type和反射值reflect.Value对象提供了对应的方法，来获取结构体的字段信息和方法信息，并且可以通过反射来调用结构体的方法。

1. 与结构体字段、方法相关的方法

下表中所列举的方法，除了Call()函数之外，其他的都是reflect.Value和reflect.Type都有的，只不过reflect.Value的同名函数返回结果的类型都是reflect.Value对象。

方法	说明
func (t Type) Field(i int) StructField	根据索引，返回索引对应的结构体字段的信息。
func (t Type) NumField() int	返回结构体成员字段数量。
func (t Type) 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。
func (t Type) 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。
func (t Type) FieldByNameFunc(match func(string) bool) (StructField,bool)	根据传入的匹配函数匹配需要的字段。
func (t Type) NumMethod() int	返回该类型的方法集中方法的数目
func (t Type) Method(int) Method	返回该类型方法集中的第i个方法
func (t Type) MethodByName(string) (Method, bool)	根据方法名返回该类型方法集中的方法
func (v Value) Call([]Value) []Value	根据传参调用结构体的方法

2. 获取结构体字段信息

(1) StructField类型

在上表中，有些方法的返回值类型为StructField类型，它是用来描述结构体的一个字段信息的，其定义如下：

type StructField struct 
    Name    string      // 字段的名字
    PkgPath string      // 非导出字段的包路径，对于导出字段该字段值为""
    Type      Type      // 字段的类型
    Tag       StructTag // 字段的标签
    Offset    uintptr   // 字段在结构体中的字节偏移量
    Index     []int     // 用于Type.FieldByIndex时的索引
    Anonymous bool      // 是否匿名字段

(2) 获取结构体字段信息步骤

获取结构体字段信息可以分为以下几步：

• 先获取interface的reflect.Type，然后通过NumField进行遍历
• 再通过reflect.Type的Field方法根据下标获取其Field
• 最后通过reflect.Value的Field的Interface()得到对应的value

当然也可以使用FieldByName方法根据字段名获取字段信息。

2. 获取结构体方法信息

(1) Method类型

在上表中，有些方法的返回值类型为Method类型，它是用来描述结构体的一个方法信息的，其定义如下：

type Method struct 
	Name string    // 方法名称
	PkgPath string // 非导出方法的包路径，对于导出方法该字段值为""
	Type  Type     // 方法类型
	Func  Value    // 带有接收器作为第一个参数的方法
	Index int      // 用于Type.MethodByIndex时的索引

(2) 获取结构体方法信息步骤

获取结构体方法信息可以分为以下几步：

• 先获取interface的reflect.Type，然后通过NumMethod进行遍历
• 再通过reflect.Type的Method根据下标获取其Method
• 使用reflect.Value的Call函数调用结构体的Method

当然也可以使用MethodByName方法根据方法名获取方法信息。

3. 代码示例

package main

import (
	"fmt"
	"reflect"
)

// 定义一个结构体
type Person struct 
	Name string `json:"name"`
	Age  int    `json:"age"`
	Sex  string `json:"sex"`


// 注意，如果是指针 *Person 类型，则不算做是 Person 的Method
func (p Person) PrintInfo() 
	fmt.Printf("name：%s, age：%d, sex：%s\\n", p.Name, p.Age, p.Sex)


func (p Person) Say(msg string) 
	fmt.Println("hello,", msg)


func main() 
	p := Person
		Name: "zuzhiang",
		Age:  27,
		Sex:  "female",
	
	getFieldAndMethod(p)


// getFieldAndMethod 通过接口来获取任意参数，并打印结构体的字段和方法信息
func getFieldAndMethod(input interface) 
	getType := reflect.TypeOf(input)           // 获取input的类型
	fmt.Println("Type.Name: ", getType.Name()) // Person
	fmt.Println("Type.Kind: ", getType.Kind()) // struct

	getValue := reflect.ValueOf(input) // 获取input的值
	fmt.Println("Value:", getValue) // zuzhiang 27 female
  fmt.Println("----------------------------------------\\n")

	// 获取结构体字段
	// 1. 先获取interface的reflect.Type，然后通过NumField进行遍历
	// 2. 再通过reflect.Type的Field方法根据下标获取其Field
	// 3. 最后通过reflect.Value的Field的Interface()得到对应的value
	for i := 0; i < getType.NumField(); i++ 
		field := getType.Field(i)
		value := getValue.Field(i).Interface() //获取第i个值
		fmt.Printf("字段名: %s, 字段类型: %s, 字段索引: %d, json tag: %s, 字段值: %v \\n",
			field.Name, field.Type, field.Index, field.Tag.Get("json"), value)
	
  fmt.Println("----------------------------------------\\n")
	
  // 定义函数调用时的参数，Call函数的参数类型必须是[]reflect.Value
	msg := "zuzhiang"
	paramList := make([]reflect.Value, 0)
	paramList = append(paramList, reflect.ValueOf(msg))
	args := [][]reflect.Value
		nil,
		paramList,
	
  
  // 通过反射，操作方法
	// 1. 先获取interface的reflect.Type，然后通过NumMethod进行遍历
	// 2. 再通过reflect.Type的Method根据下标获取其Method
	// 3. 使用reflect.Value的Call函数调用结构体的Method
	for i := 0; i < getType.NumMethod(); i++ 
		method := getType.Method(i)
		fmt.Printf("方法名称: %s, 方法类型: %v \\n", method.Name, method.Type)
    // 函数的顺序按函数名字典序正序排列
		getValue.Method(i).Call(args[i])
		fmt.Println("")