Go语言系列之反射

Posted 2021-02-18 zhangyafei

变量的内在机制

Go语言中的变量是分为两部分的:

• 类型信息：预先定义好的元信息。
• 值信息：程序运行过程中可动态变化的。

反射介绍

反射是指在程序运行期对程序本身进行访问和修改的能力。程序在编译时，变量被转换为内存地址，变量名不会被编译器写入到可执行部分。在运行程序时，程序无法获取自身的信息。

支持反射的语言可以在程序编译期将变量的反射信息，如字段名称、类型信息、结构体信息等整合到可执行文件中，并给程序提供接口访问反射信息，这样就可以在程序运行期获取类型的反射信息，并且有能力修改它们。

Go程序在运行期使用reflect包访问程序的反射信息。

在上一篇博客中我们介绍了空接口。 空接口可以存储任意类型的变量，那我们如何知道这个空接口保存的数据是什么呢？ 反射就是在运行时动态的获取一个变量的类型信息和值信息。

reflect包

在Go语言的反射机制中，任何接口值都由是一个具体类型和具体类型的值两部分组成的(我们在上一篇接口的博客中有介绍相关概念)。 在Go语言中反射的相关功能由内置的reflect包提供，任意接口值在反射中都可以理解为由reflect.Type和reflect.Value两部分组成，并且reflect包提供了reflect.TypeOf和reflect.ValueOf两个函数来获取任意对象的Value和Type。

TypeOf

在Go语言中，使用reflect.TypeOf()函数可以获得任意值的类型对象（reflect.Type），程序通过类型对象可以访问任意值的类型信息。

package main

import (
	"fmt"
	"reflect"
)

func reflectType(x interface{}) {
	v := reflect.TypeOf(x)
	fmt.Printf("type:%v
", v)
}
func main() {
	var a float32 = 3.14
	reflectType(a) // type:float32
	var b int64 = 100
	reflectType(b) // type:int64
}

type name和type kind

在反射中关于类型还划分为两种：类型（Type）和种类（Kind）。因为在Go语言中我们可以使用type关键字构造很多自定义类型，而种类（Kind）就是指底层的类型，但在反射中，当需要区分指针、结构体等大品种的类型时，就会用到种类（Kind）。 举个例子，我们定义了两个指针类型和两个结构体类型，通过反射查看它们的类型和种类。

package main

import (
	"fmt"
	"reflect"
)

type myInt int64

func reflectType(x interface{}) {
	t := reflect.TypeOf(x)
	fmt.Printf("type:%v kind:%v
", t.Name(), t.Kind())
}

func main() {
	var a *float32 // 指针
	var b myInt    // 自定义类型
	var c rune     // 类型别名
	reflectType(a) // type: kind:ptr
	reflectType(b) // type:myInt kind:int64
	reflectType(c) // type:int32 kind:int32

	type person struct {
		name string
		age  int
	}
	type book struct{ title string }
	var d = person{
		name: "沙河小王子",
		age:  18,
	}
	var e = book{title: "《跟小王子学Go语言》"}
	reflectType(d) // type:person kind:struct
	reflectType(e) // type:book kind:struct
}

Go语言的反射中像数组、切片、Map、指针等类型的变量，它们的.Name()都是返回空。

在reflect包中定义的Kind类型如下：

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
)

ValueOf

reflect.ValueOf()返回的是reflect.Value类型，其中包含了原始值的值信息。reflect.Value与原始值之间可以互相转换。

reflect.Value类型提供的获取原始值的方法如下：

方法	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

通过反射获取值

func reflectValue(x interface{}) {
	v := reflect.ValueOf(x)
	k := v.Kind()
	switch k {
	case reflect.Int64:
		// v.Int()从反射中获取整型的原始值，然后通过int64()强制类型转换
		fmt.Printf("type is int64, value is %d
", int64(v.Int()))
	case reflect.Float32:
		// v.Float()从反射中获取浮点型的原始值，然后通过float32()强制类型转换
		fmt.Printf("type is float32, value is %f
", float32(v.Float()))
	case reflect.Float64:
		// v.Float()从反射中获取浮点型的原始值，然后通过float64()强制类型转换
		fmt.Printf("type is float64, value is %f
", float64(v.Float()))
	}
}
func main() {
	var a float32 = 3.14
	var b int64 = 100
	reflectValue(a) // type is float32, value is 3.140000
	reflectValue(b) // type is int64, value is 100
	// 将int类型的原始值转换为reflect.Value类型
	c := reflect.ValueOf(10)
	fmt.Printf("type c :%T
", c) // type c :reflect.Value
}

通过反射设置变量的值

想要在函数中通过反射修改变量的值，需要注意函数参数传递的是值拷贝，必须传递变量地址才能修改变量值。而反射中使用专有的Elem()方法来获取指针对应的值。

package main

import (
	"fmt"
	"reflect"
)

func reflectSetValue1(x interface{}) {
	v := reflect.ValueOf(x)
	if v.Kind() == reflect.Int64 {
		v.SetInt(200) //修改的是副本，reflect包会引发panic
	}
}
func reflectSetValue2(x interface{}) {
	v := reflect.ValueOf(x)
	// 反射中使用 Elem()方法获取指针对应的值
	if v.Elem().Kind() == reflect.Int64 {
		v.Elem().SetInt(200)
	}
}
func main() {
	var a int64 = 100
	// reflectSetValue1(a) //panic: reflect: reflect.Value.SetInt using unaddressable value
	reflectSetValue2(&a)
	fmt.Println(a)
}

isNil()和isValid()

isNil()

func (v Value) IsNil() bool

IsNil()报告v持有的值是否为nil。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。

isValid()

func (v Value) IsValid() bool

IsValid()返回v是否持有一个值。如果v是Value零值会返回假，此时v除了IsValid、String、Kind之外的方法都会导致panic。

举个例子

IsNil()常被用于判断指针是否为空；IsValid()常被用于判定返回值是否有效。

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())
}