Golang的反射reflect深入理解和示例 编程语言中反射的概念

在计算机科学领域，反射是指一类应用，它们能够自描述和自控制。也就是说，这类应用通过采用某种机制来实现对自己行为的描述（self-representation）和监测（examination），并能根据自身行为的状态和结果，调整或修改应用所描述行为的状态和相关的语义。

每种语言的反射模型都不同，并且有些语言根本不支持反射。Golang语言实现了反射，反射机制就是在运行时动态的调用对象的方法和属性，官方自带的reflect包就是反射相关的，只要包含这个包就可以使用。

多插一句，Golang的gRPC也是通过反射实现的。

interface 和 反射

反射主要与Golang的interface类型相关, 只有interface类型才有反射一说。

在Golang的实现中，每个interface变量都有一个对应pair，pair中记录了实际变量的值和类型。

一个interface{}类型的变量包含了2个指针，一个指针指向值的类型，另外一个指针指向实际的值。

例如，创建类型为*os.File的变量，然后将其赋给一个接口变量r：

接口变量r的pair中将记录如下信息：(tty, *os.File)，这个pair在接口变量的连续赋值过程中是不变的，将接口变量r赋给另一个接口变量w:

接口变量w的pair与r的pair相同，都是:(tty, *os.File)，即使w是空接口类型，pair也是不变的。

interface及其pair的存在，是Golang中实现反射的前提，理解了pair，就更容易理解反射。反射就是用来检测存储在接口变量内部(值value；类型concrete type) pair对的一种机制。

Golang的反射reflect

reflect的基本功能TypeOf和ValueOf

既然反射就是用来检测存储在接口变量内部(值value；类型concrete type) pair对的一种机制。

那么在Golang的reflect反射包中有什么样的方式可以让我们直接获取到变量内部的信息呢？ 它提供了两种类型（或者说两个方法）让我们可以很容易的访问接口变量内容，分别是reflect.ValueOf() 和 reflect.TypeOf()，看看官方的解释

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 {...}

翻译一下：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

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 {...}

翻译一下：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

reflect.TypeOf()是获取pair中的type，reflect.ValueOf()获取pair中的value，示例如下：

说明 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

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

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

从relfect.Value中获取接口interface的信息

当执行reflect.ValueOf(interface)之后，就得到了一个类型为”relfect.Value”变量，可以通过它本身的Interface()方法获得接口变量的真实内容，然后可以通过类型判断进行转换，转换为原有真实类型。不过，我们可能是已知原有类型，也有可能是未知原有类型，因此，下面分两种情况进行说明。

  1. 已知原有类型【进行“强制转换”】
  2. 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：

示例如下：

说明:

  1. 转换的时候，如果转换的类型不完全符合，比如把float64写成float32，则直接报panic错误，

panic: interface conversion: interface {} is float64, not float32 类型要求非常严格！

  1. 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. 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:

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

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”

struct 或者 struct 的嵌套都是一样的判断处理方式

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。

示例如下：

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

panic: reflect: call of reflect.Value.Elem on float64 Value

  1. . 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。
  2. 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，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】

struct 或者 struct 的嵌套都是一样的判断处理方式

通过reflect.ValueOf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、如果重新设置新值。

但是在工程应用中，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

示例如下：

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.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。

本来可以用u.ReflectCallFuncXXX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

Golang通过reflect对struct进行赋值
  1. 通过getType.Kind()判断是reflect.Ptr或reflect.Struct，struct必须传递Ptr
  2. 如果参数为Prt，通过获取Elem来获取结果
  3. 需要保证类型要统一，如果类型不统一，可以通过convert转换类型之后赋值，如果无法转换，直接panic
  4. 通过Set进行赋值
Golang的反射reflect性能

Golang的反射很慢，这个和它的API设计有关。

这里取出来的 field 对象是 reflect.StructField 类型，但是它没有办法用来取得对应对象上的值。如果要取值，得用另外一套对object，而不是type的反射

这里取出来的 fieldValue 类型是 reflect.Value，它是一个具体的值，而不是一个可复用的反射对象了，每次反射都需要malloc这个reflect.Value结构体，并且还涉及到GC。

小结 Golang reflect慢主要有两个原因

  1. 涉及到内存分配以及后续的GC；
  2. reflect实现里面有大量的枚举，也就是for循环，比如类型之类的。

总结

上述详细说明了Golang的反射reflect的各种功能和用法，都附带有相应的示例，相信能够在工程应用中进行相应实践，总结一下就是：

  1. 反射可以大大提高程序的灵活性，使得interface{}有更大的发挥余地
  2. 反射必须结合interface才玩得转
  3. 变量的type要是concrete type的（也就是interface变量）才有反射一说
  4. 反射可以将“接口类型变量”转换为“反射类型对象”
  5. 反射使用 TypeOf 和 ValueOf 函数从接口中获取目标对象信息
  6. 反射可以将“反射类型对象”转换为“接口类型变量
  7. reflect.value.Interface().(已知的类型)
  8. 遍历reflect.Type的Field获取其Field
  9. 反射可以修改反射类型对象，但是其值必须是“addressable”
  10. 想要利用反射修改对象状态，前提是 interface.data 是 settable,即pointer-interface
  11. 通过反射可以“动态”调用方法
  12. 因为Golang本身不支持模板，因此在以往需要使用模板的场景下往往就需要使用反射(reflect)来实现

本文为删减修订版，主要是加上了个人理解，建议大家阅读原文。