GO语言入门指南:基础语法和常用特性解析(反射) | 青训营

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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。

1. 为什么要用反射

需要反射的 2 个常见场景:

  • 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。
  • 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。

2. 反射的实现

interface,它是 Go 语言实现抽象的一个非常强大的工具。当向接口变量赋予一个实体类型的时候,接口会存储实体的类型信息,反射就是通过接口的类型信息实现的,反射建立在类型的基础上。

Go 语言在 reflect 包里定义了各种类型,实现了反射的各种函数,通过它们可以在运行时检测类型的信息、改变类型的值。

Go 语言中,每个变量都有一个静态类型,在编译阶段就确定了的,比如 int, float64, []int 等等。注意,这个类型是声明时候的类型,不是底层数据类型。

type MyInt int

var i int
var j MyInt

尽管 i,j 的底层类型都是 int,但我们知道,他们是不同的静态类型,除非进行类型转换,否则,i 和 j 不能同时出现在等号两侧。j 的静态类型就是 MyInt。 reflect包的详细信息:pkg.go.dev/reflect

3. 反射基础

go 的 interface 是的存储

详细的讲解: go interface 设计与实现, 这里不再赘述。但还是简单说一下,go 的接口是由两部分组成的,一部分是类型信息,另一部分是数据信息,如:

go
复制代码
var a = 1
var b interface{} = a

对于这个例子,b 的类型信息是 int,数据信息是 1,这两部分信息都是存储在 b 里面的。b 的内存结构如下:

reflect_1.png

在上图中,b 的类型实际上是 eface,它是一个空接口,它的定义如下:

go
复制代码
type eface struct {
    _type *_type
    data  unsafe.Pointer
}

也就是说,一个 interface{} 中实际上既包含了变量的类型信息,也包含了类型的数据。 正因为如此,我们才可以通过反射来获取到变量的类型信息,以及变量的数据信息。

4. 反射的使用

reflect 包里定义了一个接口和一个结构体,即 reflect.Type 和 reflect.Value,它们提供很多函数来获取存储在接口里的类型信息。

4.1 reflect.Type

reflect 包中提供了的关于反射的函数来获取上述的接口

func TypeOf(i interface{}) Type {}

TypeOf 函数用来提取一个接口中值的类型信息。由于它的输入参数是一个空的 interface{},调用此函数时,实参会先被转化为 interface{} 类型。这样,实参的类型信息、方法集、值信息都存储到 interface{} 变量里了。

注意,返回值 Type 实际上是一个接口,定义了很多方法,用来获取类型相关的各种信息。

type Type interface {
    // 所有的类型都可以调用下面这些函数
    
    // 此类型的变量对齐后所占用的字节数
    Align() int

    // 如果是 struct 的字段,对齐后占用的字节数
    FieldAlign() int

    // 返回类型方法集里的第 `i` (传入的参数)个方法
    Method(int) Method

    // 通过名称获取方法
    MethodByName(string) (Method, bool)

    // 获取类型方法集里导出的方法个数
    NumMethod() int

    // 类型名称
    Name() string

    // 返回类型所在的路径,如:encoding/base64
    PkgPath() string

    // 返回类型的大小,和 unsafe.Sizeof 功能类似
    Size() uintptr

    // 返回类型的字符串表示形式
    String() string

    // 返回类型的类型值
    Kind() Kind

    // 类型是否实现了接口 u
    Implements(u Type) bool

    // 是否可以赋值给 u
    AssignableTo(u Type) bool

    // 是否可以类型转换成 u
    ConvertibleTo(u Type) bool

    // 类型是否可以比较
    Comparable() bool

    // 下面这些函数只有特定类型可以调用
    // 如:Key, Elem 两个方法就只能是 Map 类型才能调用

    // 类型所占据的位数
    Bits() int

    // 返回通道的方向,只能是 chan 类型调用
    ChanDir() ChanDir

    // 返回类型是否是可变参数,只能是 func 类型调用
    // 比如 t 是类型 func(x int, y ... float64)
    // 那么 t.IsVariadic() == true
    IsVariadic() bool

    // 返回内部子元素类型,只能由类型 Array, Chan, Map, Ptr, or Slice 调用
    Elem() Type

    // 返回结构体类型的第 i 个字段,只能是结构体类型调用
    // 如果 i 超过了总字段数,就会 panic
    Field(i int) StructField

    // 返回嵌套的结构体的字段
    FieldByIndex(index []int) StructField

    // 通过字段名称获取字段
    FieldByName(name string) (StructField, bool)

    // FieldByNameFunc returns the struct field with a name
    // 返回名称符合 func 函数的字段
    FieldByNameFunc(match func(string) bool) (StructField, bool)

    // 获取函数类型的第 i 个参数的类型
    In(i int) Type

    // 返回 map 的 key 类型,只能由类型 map 调用
    Key() Type

    // 返回 Array 的长度,只能由类型 Array 调用
    Len() int

    // 返回类型字段的数量,只能由类型 Struct 调用
    NumField() int

    // 返回函数类型的输入参数个数
    NumIn() int

    // 返回函数类型的返回值个数
    NumOut() int

    // 返回函数类型的第 i 个值的类型
    Out(i int) Type

    // 返回类型结构体的相同部分
    common() *rtype

    // 返回类型结构体的不同部分
    uncommon() *uncommonType
}

4.2 reflect.Vlaue

reflect 包中提供了ValueOf函数来获取reflect.Vlaue结构体

func ValueOf(i interface{}) Value {}

返回值 reflect.Value 表示 interface{} 里存储的实际变量,它能提供实际变量的各种信息。相关的方法常常是需要结合类型信息和值信息。

Value 结构体定义了很多方法,通过这些方法可以直接操作 Value 字段 ptr 所指向的实际数据:

// 设置切片的 len 字段,如果类型不是切片,就会panic
 func (v Value) SetLen(n int)

 // 设置切片的 cap 字段
 func (v Value) SetCap(n int)

 // 设置字典的 kv
 func (v Value) SetMapIndex(key, val Value)

 // 返回切片、字符串、数组的索引 i 处的值
 func (v Value) Index(i int) Value

 // 根据名称获取结构体的内部字段值
 func (v Value) FieldByName(name string) Value

// 用来获取 int 类型的值
func (v Value) Int() int64

// 用来获取结构体字段(成员)数量
func (v Value) NumField() int

// 尝试向通道发送数据(不会阻塞)
func (v Value) TrySend(x reflect.Value) bool

// 通过参数列表 in 调用 v 值所代表的函数(或方法
func (v Value) Call(in []Value) (r []Value) 

// 调用变参长度可变的函数
func (v Value) CallSlice(in []Value) []Value

4.3 总结

另外,通过 Type() 方法和 Interface() 方法可以打通 interfaceTypeValue 三者。Type() 方法也可以返回变量的类型信息,与 reflect.TypeOf() 函数等价。Interface() 方法可以将 Value 还原成原来的 interface。

5. 用反射的弊端

  • 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。
  • 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。
  • 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。