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2024-07-18
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反射

# 一、反射 reflect

# 1、反射介绍

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。

# 2、Type 和 Value

我们一般用到的包是 reflect 包。

// 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
func ValueOf(i interface{}) Value {...}

// 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
func TypeOf(i interface{}) Type {...}

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())
}

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：

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
)

# 二、reflect 对象获取接口变量信息

# 1、反射的规则

其实反射的操作步骤非常的简单，就是通过实体对象获取反射对象(Value、Type)，然后操作相应的方法即可。

反射 API 的分类总结如下：

1) 从实例到 Value

通过实例获取 Value 对象，直接使用 reflect.ValueOf() 函数。例如：

func ValueOf(i interface {}) Value

2) 从实例到 Type

通过实例获取反射对象的 Type，直接使用 reflect.TypeOf() 函数。例如：

func TypeOf(i interface{}) Type

3) 从 Type 到 Value

Type 里面只有类型信息，所以直接从一个 Type 接口变量里面是无法获得实例的 Value 的，但可以通过该 Type 构建一个新实例的 Value。reflect 包提供了两种方法，示例如下：

//New 返回的是一个 Value，该 Value 的 type 为 PtrTo(typ)，即 Value 的 Type 是指定 typ 的指针类型
func New(typ Type) Value
//Zero 返回的是一个 typ 类型的零佳，注意返回的 Value 不能寻址，位不可改变
func Zero(typ Type) Value

如果知道一个类型值的底层存放地址，则还有一个函数是可以依据 type 和该地址值恢复出 Value 的。例如：

func NewAt(typ Type, p unsafe.Pointer) Value

4) 从 Value 到 Type

从反射对象 Value 到 Type 可以直接调用 Value 的方法，因为 Value 内部存放着到 Type 类型的指针。例如：

func (v Value) Type() Type

5) 从 Value 到实例

Value 本身就包含类型和值信息，reflect 提供了丰富的方法来实现从 Value 到实例的转换。例如：

//该方法最通用，用来将 Value 转换为空接口，该空接口内部存放具体类型实例
//可以使用接口类型查询去还原为具体的类型
func (v Value) Interface() （i interface{})

//Value 自身也提供丰富的方法，直接将 Value 转换为简单类型实例，如果类型不匹配，则直接引起 panic
func (v Value) Bool () bool
func (v Value) Float() float64
func (v Value) Int() int64
func (v Value) Uint() uint64

6) 从 Value 的指针到值

从一个指针类型的 Value 获得值类型 Value 有两种方法，示例如下。

//如果 v 类型是接口，则 Elem() 返回接口绑定的实例的 Value，如采 v 类型是指针，则返回指针值的 Value，否则引起 panic
func (v Value) Elem() Value
//如果 v 是指针，则返回指针值的 Value，否则返回 v 自身，该函数不会引起 panic
func Indirect(v Value) Value

7) Type 指针和值的相互转换

指针类型 Type 到值类型 Type。例如：

//t 必须是 Array、Chan、Map、Ptr、Slice，否则会引起 panic
//Elem 返回的是其内部元素的 Type
t.Elem() Type

值类型 Type 到指针类型 Type。例如：

//PtrTo 返回的是指向 t 的指针型 Type
func PtrTo(t Type) Type

8) Value 值的可修改性

Value 值的修改涉及如下两个方法：

//通过 CanSet 判断是否能修改
func (v Value ) CanSet() bool
//通过 Set 进行修改
func (v Value ) Set(x Value)

Value 值在什么情况下可以修改？我们知道实例对象传递给接口的是一个完全的值拷贝，如果调用反射的方法 reflect.ValueOf() 传进去的是一个值类型变量， 则获得的 Value 实际上是原对象的一个副本，这个 Value 是无论如何也不能被修改的。

根据 Go 官方关于反射的博客，反射有三大定律：

第一条是最基本的：反射可以从接口值得到反射对象。

反射是一种检测存储在 interface 中的类型和值机制。这可以通过 TypeOf 函数和 ValueOf 函数得到。

第二条实际上和第一条是相反的机制，反射可以从反射对象获得接口值。

它将 ValueOf 的返回值通过 Interface()函数反向转变成 interface 变量。

前两条就是说 接口型变量和 反射类型对象可以相互转化，反射类型对象实际上就是指的前面说的 reflect.Type 和 reflect.Value。

第三条不太好懂：如果需要操作一个反射变量，则其值必须可以修改。

反射变量可设置的本质是它存储了原变量本身，这样对反射变量的操作，就会反映到原变量本身；反之，如果反射变量不能代表原变量，那么操作了反射变量，不会对原变量产生任何影响，这会给使用者带来疑惑。所以第二种情况在语言层面是不被允许的。

# 2、反射的使用

1、已知原有类型

已知类型后转换为其对应的类型的做法如下，直接通过 Interface 方法然后强制转换，如下：

realValue := value.Interface().(已知的类型)

示例代码：

package main

import (
    "fmt"
    "reflect"
)

func main() {
    var num float64 = 1.2345

    pointer := reflect.ValueOf(&num)
    value := reflect.ValueOf(num)

    // 可以理解为“强制转换”，但是需要注意的时候，转换的时候，如果转换的类型不完全符合，则直接panic
    // Golang 对类型要求非常严格，类型一定要完全符合
    // 如下两个，一个是*float64，一个是float64，如果弄混，则会panic
    convertPointer := pointer.Interface().(*float64)
    convertValue := value.Interface().(float64)

    fmt.Println(convertPointer)
    fmt.Println(convertValue)
}

说明

  1. 转换的时候，如果转换的类型不完全符合，则直接 panic，类型要求非常严格！
  2. 转换的时候，要区分是指针还是指
  3. 也就是说反射可以将“反射类型对象”再重新转换为“接口类型变量”

2、未知原有类型

很多情况下，我们可能并不知道其具体类型，那么这个时候，该如何做呢？需要我们进行遍历探测其 Filed 来得知，示例如下:

package main

import (
    "fmt"
    "reflect"
)

type Person struct {
    Name string
    Age int
    Sex string
}

func (p Person)Say(msg string)  {
    fmt.Println("hello，",msg)
}
func (p Person)PrintInfo()  {
    fmt.Printf("姓名：%s,年龄：%d，性别：%s\n",p.Name,p.Age,p.Sex)
}

func main() {
    p1 := Person{"王二狗",30,"男"}

    DoFiledAndMethod(p1)

}

// 通过接口来获取任意参数
func DoFiledAndMethod(input interface{}) {

    getType := reflect.TypeOf(input) //先获取input的类型
    fmt.Println("get Type is :", getType.Name()) // Person
    fmt.Println("get Kind is : ", getType.Kind()) // struct

    getValue := reflect.ValueOf(input)
    fmt.Println("get all Fields is:", getValue) //{王二狗 30 男}

    // 获取方法字段
    // 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获取其Field
    // 3. 最后通过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("字段名称:%s, 字段类型:%s, 字段数值:%v \n", field.Name, field.Type, value)
    }

    // 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. 再公国reflect.Type的Method获取其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)
    }
}

说明

通过运行结果可以得知获取未知类型的 interface 的具体变量及其类型的步骤为：

  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 获取其 Field
  3. 最后通过 Field 的 Interface()得到对应的 value

通过运行结果可以得知获取未知类型的 interface 的所属方法（函数）的步骤为：

  1. 先获取 interface 的 reflect.Type，然后通过 NumMethod 进行遍历
  2. 再分别通过 reflect.Type 的 Method 获取对应的真实的方法（函数）
  3. 最后对结果取其 Name 和 Type 得知具体的方法名
  4. 也就是说反射可以将“反射类型对象”再重新转换为“接口类型变量”
  5. struct 或者 struct 的嵌套都是一样的判断处理方式

# 三、通过 reflect.Value 设置实际变量的值

reflect.Value 是通过 reflect.ValueOf(X)获得的，只有当 X 是指针的时候，才可以通过 reflec.Value 修改实际变量 X 的值，即：要修改反射类型的对象就一定要保证其值是“addressable”的。

也就是说：要想修改一个变量的值，那么必须通过该变量的指针地址 , 取消指针的引用 。通过 refPtrVal := reflect.Valueof( &var )的方式获取指针类型，你使用 refPtrVal.elem( ).set（一个新的 reflect.Value）来进行更改，传递给 set()的值也必须是一个 reflect.value。

这里需要一个方法：

func (Value)Elem

如果你的变量是一个指针、map、slice、channel、Array。那么你可以使用 reflect.Typeof(v).Elem()来确定包含的类型。

package main

import (
    "fmt"
    "reflect"
)

func main() {

    var num float64 = 1.2345
    fmt.Println("num的数值:", num)

    //需要操作指针
    //通过reflect.ValueOf获取num中的reflect.Value，注意，参数必须是指针才能修改其值
    pointer := reflect.ValueOf(&num)
    newValue := pointer.Elem()

    fmt.Println("类型 :", newValue.Type()) //float64
    fmt.Println("是否可以修改:", newValue.CanSet())

    // 重新赋值
    newValue.SetFloat(77)
    fmt.Println("新的数值:", num)

    ////////////////////

    // 如果reflect.ValueOf的参数不是指针，会如何？

    //尝试直接修改
    //value := reflect.ValueOf(num)
    //value.SetFloat(6.28) //panic: reflect: reflect.Value.SetFloat using unaddressable value
    //fmt.Println(value.CanSet()) //false

    //pointer = reflect.ValueOf(num)
    //newValue = value.Elem() // 如果非指针，这里直接panic，“panic: reflect: call of reflect.Value.Elem on float64 Value”
}

运行结果：

num的数值: 1.2345
类型 : float64
是否可以修改: true
新的数值: 77

说明

  1. 需要传入的参数是* float64 这个指针，然后可以通过 pointer.Elem()去获取所指向的 Value，注意一定要是指针。
  2. 如果传入的参数不是指针，而是变量，那么
    • 通过 Elem 获取原始值对应的对象则直接 panic
    • 通过 CanSet 方法查询是否可以设置返回 false
  3. newValue.CantSet()表示是否可以重新设置其值，如果输出的是 true 则可修改，否则不能修改，修改完之后再进行打印发现真的已经修改了。
  4. reflect.Value.Elem() 表示获取原始值对应的反射对象，只有原始对象才能修改，当前反射对象是不能修改的
  5. 也就是说如果要修改反射类型对象，其值必须是“addressable”【对应的要传入的是指针，同时要通过 Elem 方法获取原始值对应的反射对象】
  6. struct 或者 struct 的嵌套都是一样的判断处理方式

尝试修改结构体中的字段数值：

package main

import (
    "reflect"
    "fmt"
)

type Student struct {
    Name string
    Age int
    School string
}
func main()  {
    /*
    通过反射，来更改对象的数值：前提是数据可以被更改
     */
    s1:=Student{"王二狗",19,"千锋教育"}
    fmt.Printf("%T\n",s1) //main.Student
    p1:=&s1
    fmt.Printf("%T\n",p1) //*main.Student
    fmt.Println(s1.Name)
    fmt.Println((*p1).Name,p1.Name)

    v1:= reflect.ValueOf(&s1) // value

    if v1.Kind()==reflect.Ptr{
        fmt.Println(v1.Elem().CanSet())
        v1 = v1.Elem()
    }

    f1:=v1.FieldByName("Name")
    f1.SetString("韩茹")
    f3:=v1.FieldByName("School")
    f3.SetString("幼儿园")
    fmt.Println(s1)

}

运行结果：

main.Student
*main.Student
王二狗
王二狗 王二狗
true
{韩茹 19 幼儿园}

# 四、通过 reflect.Value 来进行方法的调用

这算是一个高级用法了，前面我们只说到对类型、变量的几种反射的用法，包括如何获取其值、其类型、以及如何重新设置新值。但是在项目应用中，另外一个常用并且属于高级的用法，就是通过 reflect 来进行方法【函数】的调用。比如我们要做框架工程的时候，需要可以随意扩展方法，或者说用户可以自定义方法，那么我们通过什么手段来扩展让用户能够自定义呢？关键点在于用户的自定义方法是未可知的，因此我们可以通过 reflect 来搞定。

Call()方法：

func (Value)Call

通过反射，调用方法。

先获取结构体对象，然后

示例代码：

package main

import (
    "fmt"
    "reflect"
)

type Person struct {
    Name string
    Age int
    Sex string
}

func (p Person)Say(msg string)  {
    fmt.Println("hello，",msg)
}
func (p Person)PrintInfo()  {
    fmt.Printf("姓名：%s,年龄：%d，性别：%s\n",p.Name,p.Age,p.Sex)
}

func (p Person) Test(i,j int,s string){
    fmt.Println(i,j,s)
}

// 如何通过反射来进行方法的调用？
// 本来可以用结构体对象.方法名称()直接调用的，
// 但是如果要通过反射，
// 那么首先要将方法注册，也就是MethodByName，然后通过反射调动mv.Call

func main() {
    p2 := Person{"Ruby",30,"男"}
    // 1. 要通过反射来调用起对应的方法，必须要先通过reflect.ValueOf(interface)来获取到reflect.Value，
    // 得到“反射类型对象”后才能做下一步处理
    getValue := reflect.ValueOf(p2)

    // 2.一定要指定参数为正确的方法名
    // 先看看没有参数的调用方法

    methodValue1 := getValue.MethodByName("PrintInfo")
    fmt.Printf("Kind : %s, Type : %s\n",methodValue1.Kind(),methodValue1.Type())
    methodValue1.Call(nil) //没有参数，直接写nil

    args1 := make([]reflect.Value, 0) //或者创建一个空的切片也可以
    methodValue1.Call(args1)

    // 有参数的方法调用
    methodValue2 := getValue.MethodByName("Say")
    fmt.Printf("Kind : %s, Type : %s\n",methodValue2.Kind(),methodValue2.Type())
    args2 := []reflect.Value{reflect.ValueOf("反射机制")}
    methodValue2.Call(args2)

    methodValue3 := getValue.MethodByName("Test")
    fmt.Printf("Kind : %s, Type : %s\n",methodValue3.Kind(),methodValue3.Type())
    args3 := []reflect.Value{reflect.ValueOf(100), reflect.ValueOf(200),reflect.ValueOf("Hello")}

    methodValue3.Call(args3)
}

运行结果：

Kind : func, Type : func()
姓名：Ruby,年龄：30，性别：男
姓名：Ruby,年龄：30，性别：男
Kind : func, Type : func(string)
hello， 反射机制
Kind : func, Type : func(int, int, string)
100 200 Hello

通过反射，调用函数。

首先我们要先确认一点，函数像普通的变量一样，之前的章节中我们在讲到函数的本质的时候，是可以把函数作为一种变量类型的，而且是引用类型。如果说 Fun()是一个函数，那么 f1 := Fun 也是可以的，那么 f1 也是一个函数，如果直接调用 f1()，那么运行的就是 Fun()函数。

那么我们就先通过 ValueOf()来获取函数的反射对象，可以判断它的 Kind，是一个 func，那么就可以执行 Call()进行函数的调用。

示例代码：

package main

import (
    "fmt"
    "reflect"
)

func main() {
    //函数的反射
    f1 := fun1
    value := reflect.ValueOf(f1)
    fmt.Printf("Kind : %s , Type : %s\n",value.Kind(),value.Type()) //Kind : func , Type : func()

    value2 := reflect.ValueOf(fun2)
    fmt.Printf("Kind : %s , Type : %s\n",value2.Kind(),value2.Type()) //Kind : func , Type : func(int, string)

    //通过反射调用函数
    value.Call(nil)

    value2.Call([]reflect.Value{reflect.ValueOf(100),reflect.ValueOf("hello")})

}

func fun1(){
    fmt.Println("我是函数fun1()，无参的。。")
}

func fun2(i int, s string){
    fmt.Println("我是函数fun2()，有参数。。",i,s)
}

说明

  1. 要通过反射来调用起对应的方法，必须要先通过 reflect.ValueOf(interface)来获取到 reflect.Value，得到“反射类型对象”后才能做下一步处理
  2. reflect.Value.MethodByName 这个 MethodByName，需要指定准确真实的方法名字，如果错误将直接 panic，MethodByName 返回一个函数值对应的 reflect.Value 方法的名字。
  3. []reflect.Value，这个是最终需要调用的方法的参数，可以没有或者一个或者多个，根据实际参数来定。
  4. reflect.Value 的 Call 这个方法，这个方法将最终调用真实的方法，参数务必保持一致，如果 reflect.Value.Kind 不是一个方法，那么将直接 panic。
  5. 本来可以用对象访问方法直接调用的，但是如果要通过反射，那么首先要将方法注册，也就是 MethodByName，然后通过反射调用 methodValue.Call
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