18.Go语言基础之反射

1.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。

2.反射介绍

在Python中，Java中，都有反射的概念。
反射是"指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，可以再程序编译期将变量的反射信息，如字段名称、类型信息、结构体信息等正和岛可执行文件中，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。
上面我们介绍过空接口，空接口可以存储任意类型的变量，那我们怎样知道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。"

3.reflect包

在Go语言的反射机制中，任何接口都由"一个具体类型"和"具体类型的值"两部分组成。
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。

3.1TypeOf

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\n",v)
}
func main() {
    var a float32 = 3.14
    reflectType(a)
    var b int32 = 100
    reflectType(b)
}

结果：
type:float32
type:int32

Process finished with exit code 0

3.2type 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，，在反射中，当需要区分int,map,指针，结构体等大品种的类型时，就会用到种类（Kind）。

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
)

定义两个指针类型和两个结构体类型，通过反射来看它们的类型和种类。
package main

import (
    "fmt"
    "reflect"
)
type Myint int64
func reflectType(x interface{})  {
    v := reflect.TypeOf(x)
    //Go语言的反射中，数组、切片、map、指针等类型的变量，它们的.Name都是返回空
    fmt.Printf("type:%v Kind:%v\n",v.Name(),v.Kind())
}
func main() {
    var a *float32 //指针
    var b map[string]string  //map
    var c Myint  //自定义类型
    var d rune  //类型别名
    type person struct {
        name string
    }
    reflectType(a) //type: Kind:ptr
    reflectType(b) //type: Kind:map
    reflectType(c) //type:Myint Kind:int64
    reflectType(d)//type:int32 Kind:int32
    var p = person{name:"lili"}
    reflectType(p) //type:person Kind:struct
}

结果：
type: Kind:ptr
type: Kind:map
type:Myint Kind:int64
type:int32 Kind:int32
type:person Kind:struct

Process finished with exit code 0

3.3ValueOf

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类型提供了获取原始值的方法如下：

3.4通过反射获取值

package main

import (
    "fmt"
    "reflect"
)

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\n", 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\n", 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\n", 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.Println("type c:%T\n",c)
}

结果：
type is float32, value is 3.140000
type is int64, value is 100
type c:%T
 10

Process finished with exit code 0

3.5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。
反射中使用Elem()方法获取指针对应的值。

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Element()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) //200
}

结果：
200

Process finished with exit code 0

3.6isNil()和isValid()

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。

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。

package main

import (
    "fmt"
    "reflect"
)

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())

}

结果：
var a *int IsNil: true
nil IsValid: false
不存在的结构体成员: false
不存在的结构体方法: false
map中不存在的键： false

Process finished with exit code 0

4.结构体反射

4.1与结构体相关的方法

任意值通过reflect.TypeOf()获得反射对象信息后，如果他的类型时结构体，可以通过反射值对象reflect.type的NumField()和Field()方法获得结构体成员的详细信息。
reflect.Type中，与结构体成员相关的方法如下:

4.2StructField类型

上面介绍的方法中，有的返回值类型中含有StructField类型
StructField类型用来描述结构体中的字段信息。

type StructField struct {
    // Name是字段的名字。PkgPath是非导出字段的包路径，对导出字段该字段为""。
    // 参见http://golang.org/ref/spec#Uniqueness_of_identifiers
    Name    string
    PkgPath string
    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时的索引切片
    Anonymous bool      // 是否匿名字段
}

4.3结构体反射示例

当我们使用反射得到一个结构体数据之后，可以通过索引依次获取其字段信息，也可以通过字段名去获取指定的字段信息。

package main

import (
    "fmt"
    "reflect"
)

type student struct {
    Name string `json:"name"`
    Score int `json:"score"`
}
func main() {
    stu1 := student{
        Name:  "lili",
        Score: 98,
    }
    t:=reflect.TypeOf(stu1)
    fmt.Println(t.Name(),t.Kind())

    //使用for循环遍历结构体的所有字段信息
    for i:=0;i<t.NumField();i++{
        field := t.Field(i)
        fmt.Printf("name:%s index:%d type:%v json tag:%v\n", field.Name, field.Index, field.Type, field.Tag.Get("json"))
    }
    // 通过字段名获取指定结构体字段信息
    if scoreField, ok := t.FieldByName("Score"); ok {
        fmt.Printf("name:%s index:%d type:%v json tag:%v\n", scoreField.Name, scoreField.Index, scoreField.Type, scoreField.Tag.Get("json"))
    }
}

结果：
student struct
name:Name index:[0] type:string json tag:name
name:Score index:[1] type:int json tag:score
name:Score index:[1] type:int json tag:score

Process finished with exit code 0

package main

import (
    "fmt"
    "reflect"
)

type student struct {
    Name string `json:"name"`
    Score int `json:"score"`
}

// 给student添加两个方法 Study和Sleep(注意首字母大写)
func (s student) Study() string {
    msg := "好好学习，天天向上。"
    fmt.Println(msg)
    return msg
}

func (s student) Sleep() string {
    msg := "好好睡觉，快快长大。"
    fmt.Println(msg)
    return msg
}

func printMethod(x interface{}) {
    t := reflect.TypeOf(x)
    v := reflect.ValueOf(x)

    fmt.Println(t.NumMethod())
    for i := 0; i < v.NumMethod(); i++ {
        methodType := v.Method(i).Type()
        fmt.Printf("method name:%s\n", t.Method(i).Name)
        fmt.Printf("method type:%s\n", methodType)
        // 通过反射调用方法传递的参数必须是 []reflect.Value 类型
        var args = []reflect.Value{}
        v.Method(i).Call(args)
    }
}
func main() {
    var stu1 student
    printMethod(stu1)
}

结果：
2
method name:Sleep
method type:func() string
好好睡觉，快快长大。
method name:Study
method type:func() string
好好学习，天天向上。

Process finished with exit code 0

反射是一个强大并富有表现力的工具，能让我们写出更灵活的代码。但是反射不应该被滥用，原因有以下三个。

1.基于反射的代码是极其脆弱的，反射中的类型错误会在真正运行的时候才会引发panic，那很可能是在代码写完的很长时间之后。
2.大量使用反射的代码通常难以理解。
3.反射的性能低下，基于反射实现的代码通常比正常代码运行速度慢一到两个数量级。

5.练习

编写代码利用反射实现一个ini文件的解析器程序。

来源：51CTO

作者：DevOperater

链接：https://blog.51cto.com/10983441/2469689