搜狗百科: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。
在Java中,反射机制是在运行状态中,对于任意一个类,都能够知道这个类的所有属性和方法;对于任意一个对象,都能够调用它的任意一个方法和属性;这种动态获取的信息以及动态调用对象的方法的功能称为java语言的反射机制。
反射主要是指程序可以访问、检测和修改它本身的状态或行为的一种能力。一些框架采用反射机制,是为了让框架更加通用和更加开放,可以对一些不确定的类型进行处理。 在Go语言中反射机制也实现了在运行时动态调用对象的方法和属性的功能。标准库中的reflect
包就是与反射相关的包,只要导入reflect
包就可以使用反射。Go语言中的gRPC框架也是通过反射机制实现的。
反射机制主要提供了以下功能:
Golang在类型设计中,任意一个变量都是由两部分组成:
在Go中,判断两个值相等,一方面要判断他们的类型是否相等,另一方需要判断他们的值是否相等,只有二者都相等,两个变量才是相等的。所以,如果两个变量的值相等,比如一个[]int
类型的变量和一个[]string
类型的变量的值都是nil,由于它们的类型不相同,因此两个变量不相等,所以Go中有nil != nil
另外,
例如:
tty, err := os.OpenFile("/dev/tty", os.O_RDWR, 0)
var r io.Reader
r = tty
_, ok := r.(io.Reader)
fmt.Println(ok)
_, ok = r.(*os.File)
fmt.Println(ok)
_, ok = r.(io.Writer)
fmt.Println(ok)
# 输出
# true
# true
# true
在Golang的实现中,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【对应concrete type】,另外一个指针指向实际的值【对应value】。
nterface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。
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:
func main() {
var num float64 = 1.2345
fmt.Println("type: ", reflect.TypeOf(num))
fmt.Println("value: ", reflect.ValueOf(num))
}
运行结果:
type: float64
value: 1.2345
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
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。
已知类型后转换为其对应的类型的做法如下,可以直接通过Interface方法然后强制转换,如下:
realValue := value.Interface().(已知的类型)
示例如下:
package main
import (
"fmt"
"reflect"
)
func main() {
var num float64 = 1.2345
pointer := reflect.ValueOf(&num)
value := reflect.ValueOf(num)
fmt.Println(reflect.TypeOf(pointer))
fmt.Println(reflect.TypeOf(value))
// 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)
fmt.Println(reflect.TypeOf(convertPointer))
fmt.Println(reflect.TypeOf(convertValue))
}
运行结果:
reflect.Value
reflect.Value
0xc42000e238
1.2345
*float64
float64
也就是说,reflect.ValueOf( i )
得到的类型是reflect.Value,并不是真正的类型,如果要将结果变成原类型,还需要利用value.Interface().(已知的类型)
强制转换。
但是,如果不能够提前知晓原有类型呢?
- 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!
- 转换的时候,要区分是指针还是指
- 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”
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 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)
}
// 通过接口来获取任意参数,然后一一揭晓
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)
// 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()
fmt.Printf("%s: %v = %v\n", field.Name, field.Type, value)
}
// 获取方法
// 1. 先获取interface的reflect.Type,然后通过.NumMethod进行遍历
for i := 0; i < getType.NumMethod(); i++ {
m := getType.Method(i)
fmt.Printf("%s: %v\n", m.Name, m.Type)
}
}
运行结果:
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)
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:
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:
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:
package main
import (
"fmt"
"reflect"
)
func main() {
var num float64 = 1.2345
fmt.Println("old value of pointer:", num)
// 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("type of pointer:", newValue.Type())
fmt.Println("settability of pointer:", newValue.CanSet())
// 重新赋值
newValue.SetFloat(77)
fmt.Println("new value of pointer:", num)
// 如果reflect.ValueOf的参数不是指针,会如何?
pointer = reflect.ValueOf(num)
//newValue = pointer.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:
old value of pointer: 1.2345
type of pointer: float64
settability of pointer: true
new value of pointer: 77
说明
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。
如果传入的参数不是指针,而是变量,那么
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。
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
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:
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")
}
// 如何通过反射来进行方法的调用?
// 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,然后通过反射调动mv.Call
func main() {
user := User{1, "Allen.Wu", 25}
// 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(user)
// 一定要指定参数为正确的方法名
// 2. 先看看带有参数的调用方法
methodValue := getValue.MethodByName("ReflectCallFuncHasArgs")
args := []reflect.Value{reflect.ValueOf("wudebao"), reflect.ValueOf(30)}
methodValue.Call(args)
// 一定要指定参数为正确的方法名
// 3. 再看看无参数的调用方法
methodValue = getValue.MethodByName("ReflectCallFuncNoArgs")
args = make([]reflect.Value, 0)
methodValue.Call(args)
}
运行结果:
ReflectCallFuncHasArgs name: wudebao , age: 30 and origal User.Name: Allen.Wu
ReflectCallFuncNoArgs
说明
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
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。
[]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。
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的反射设计:
type_ := reflect.TypeOf(obj)
field, _ := type_.FieldByName("hello")
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
type_ := reflect.ValueOf(obj)
fieldValue := type_.FieldByName("hello")
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
涉及到内存分配以及后续的GC;
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:
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
反射可以将“接口类型变量”转换为“反射类型对象”
反射可以将“反射类型对象”转换为“接口类型变量
反射可以修改反射类型对象,但是其值必须是“addressable”
通过反射可以“动态”调用方法
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
参考链接:
Golang的反射reflect深入理解和示例
官方reflect-Kind
Go语言的反射三定律
Go基础学习五之接口interface、反射reflection
提高 golang 的反射性能