編程語(yǔ)言中反射的概念
在計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域，反射是指一類應(yīng)用，它們能夠自描述和自控制。也就是說(shuō)，這類應(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)的類型(如int、string)，concrete type是runtime系統(tǒng)看見(jiàn)的類型
- 類型斷言能否成功，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，它也可以被類型斷言為writer.
接下來(lái)要講的反射，就是建立在類型之上的，Golang的指定類型的變量的類型是靜態(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類型相關(guān)（它的type是concrete type），只有interface類型才有反射一說(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)際變量的值和類型:
(value, type)
復(fù)制代碼
value是實(shí)際變量值，type是實(shí)際變量的類型。一個(gè)interface{}類型的變量包含了2個(gè)指針，一個(gè)指針指向值的類型【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
復(fù)制代碼
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)
復(fù)制代碼
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？ 它提供了兩種類型（或者說(shuō)兩個(gè)方法）讓我們可以很容易的訪問(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)接口中的值的類型，如果接口為空則返回nil
復(fù)制代碼
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
復(fù)制代碼
說(shuō)明
- reflect.TypeOf： 直接給到了我們想要的type類型，如float64、int、各種pointer、struct 等等真實(shí)的類型
- 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“接口類型變量”轉(zhuǎn)換為“反射類型對(duì)象”，反射類型指的是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)類型判斷進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為原有真實(shí)類型。不過(guò)，我們可能是已知原有類型，也有可能是未知原有類型，因此，下面分兩種情況進(jìn)行說(shuō)明。
已知原有類型【進(jìn)行“強(qiáng)制轉(zhuǎn)換”】
已知類型后轉(zhuǎn)換為其對(duì)應(yīng)的類型的做法如下，直接通過(guò)Interface方法然后強(qiáng)制轉(zhuǎn)換，如下：
realValue := value.Interface().(已知的類型)
復(fù)制代碼
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)換的類型不完全符合，則直接panic
// Golang 對(duì)類型要求非常嚴(yán)格，類型一定要完全符合
// 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
復(fù)制代碼
說(shuō)明
- 轉(zhuǎn)換的時(shí)候，如果轉(zhuǎn)換的類型不完全符合，則直接panic，類型要求非常嚴(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“反射類型對(duì)象”再重新轉(zhuǎn)換為“接口類型變量”
未知原有類型【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)
復(fù)制代碼
說(shuō)明
通過(guò)運(yùn)行結(jié)果可以得知獲取未知類型的interface的具體變量及其類型的步驟為：
- 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Name和Type得知具體的方法名
- 也就是說(shuō)反射可以將“反射類型對(duì)象”再重新轉(zhuǎn)換為“接口類型變量”
- 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
復(fù)制代碼
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)類型、變量的幾種反射的用法，包括如何獲取其值、其類型、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)展讓用戶能夠自定義呢？關(guān)鍵點(diǎn)在于用戶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
復(fù)制代碼
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);
復(fù)制代碼
這個(gè)取得的反射對(duì)象類型是 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")
復(fù)制代碼
這里取出來(lái)的 field 對(duì)象是 reflect.StructField 類型，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")
復(fù)制代碼
這里取出來(lái)的 fieldValue 類型是 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)，比如類型之類的。
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“接口類型變量”轉(zhuǎn)換為“反射類型對(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“反射類型對(duì)象”轉(zhuǎn)換為“接口類型變量
- reflect.value.Interface().(已知的類型)
- 遍歷reflect.Type的Field獲取其Field
- 反射可以修改反射類型對(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)
