1. 前言

个人觉得,反射讲得最透彻的还是官方博客。官方博客略显晦涩,多读几遍就慢慢理解了。本文既是学习笔记,也是总结。官方博客地址:https://blog.golang.org/laws-of-reflection

2. 反射概念

官方对此有个非常简明的介绍,两句话耐人寻味:

  1. 反射提供一种让程序检查自身结构的能力
  2. 反射是困惑的源泉

第1条,再精确点的描述是“反射是一种检查interface变量的底层类型和值的机制”。第2条,很有喜感的自嘲,不过往后看就笑不出来了,因为你很可能产生困惑.

想深入了解反射,必须深入理解类型和接口概念。下面开始复习一下这些基础概念。

2.1 关于静态类型

你肯定知道Go是静态类型语言,比如”int”、”float32”、”[]byte”等等。每个变量都有一个静态类型,且在编译时就确定了。那么考虑一下如下一种类型声明:

  1. type Myint int
  2. var i int
  3. var j Myint

Q: i 和j 类型相同吗?A:i 和j类型是不同的。 二者拥有不同的静态类型,没有类型转换的话是不可以互相赋值的,尽管二者底层类型是一样的。

2.2 特殊的静态类型interface

interface类型是一种特殊的类型,它代表方法集合。 它可以存放任何实现了其方法的值。

经常被拿来举例的是io包里的这两个接口类型:

  1. // Reader is the interface that wraps the basic Read method.
  2. type Reader interface {
  3. Read(p []byte) (n int, err error)
  4. }
  5. // Writer is the interface that wraps the basic Write method.
  6. type Writer interface {
  7. Write(p []byte) (n int, err error)
  8. }

任何类型,比如某struct,只要实现了其中的Read()方法就被认为是实现了Reader接口,只要实现了Write()方法,就被认为是实现了Writer接口,不过方法参数和返回值要跟接口声明的一致。

接口类型的变量可以存储任何实现该接口的值。

2.3 特殊的interface类型

最特殊的interface类型为空interface类型,即interface {},前面说了,interface用来表示一组方法集合,所有实现该方法集合的类型都被认为是实现了该接口。那么空interface类型的方法集合为空,也就是说所有类型都可以认为是实现了该接口。

一个类型实现空interface并不重要,重要的是一个空interface类型变量可以存放所有值,记住是所有值,这才是最最重要的。 这也是有些人认为Go是动态类型的原因,这是个错觉。

2.4 interface类型是如何表示的

前面讲了,interface类型的变量可以存放任何实现了该接口的值。还是以上面的io.Reader为例进行说明,io.Reader是一个接口类型,os.OpenFile()方法返回一个File结构体类型变量,该结构体类型实现了io.Reader的方法,那么io.Reader类型变量就可以用来接收该返回值。如下所示:

  1. var r io.Reader
  2. tty, err := os.OpenFile("/dev/tty", os.O_RDWR, 0)
  3. if err != nil {
  4. return nil, err
  5. }
  6. r = tty

那么问题来了。Q: r的类型是什么?A: r的类型始终是io.Readerinterface类型,无论其存储什么值。

Q:那File类型体现在哪里?A:r保存了一个(value, type)对来表示其所存储值的信息。 value即为r所持有元素的值,type即为所持有元素的底层类型

Q:如何将r转换成另一个类型结构体变量?比如转换成io.WriterA:使用类型断言,如w = r.(io.Writer). 意思是如果r所持有的元素如果同样实现了io.Writer接口,那么就把值传递给w。

3. 反射三定律

前面之所以讲类型,是为了引出interface,之所以讲interface是想说interface类型有个(value,type)对,而反射就是检查interface的这个(value, type)对的。具体一点说就是Go提供一组方法提取interface的value,提供另一组方法提取interface的type.

官方提供了三条定律来说明反射,比较清晰,下面也按照这三定律来总结。

反射包里有两个接口类型要先了解一下.

  • reflect.Type 提供一组接口处理interface的类型,即(value, type)中的type
  • reflect.Value提供一组接口处理interface的值,即(value, type)中的value

下面会提到反射对象,所谓反射对象即反射包里提供的两种类型的对象。

  • reflect.Type 类型对象
  • reflect.Value类型对象

3.1 反射第一定律:反射可以将interface类型变量转换成反射对象

下面示例,看看是如何通过反射获取一个变量的值和类型的:

  1. package main
  2. import (
  3. "fmt"
  4. "reflect"
  5. )
  6. func main() {
  7. var x float64 = 3.4
  8. t := reflect.TypeOf(x) //t is reflext.Type
  9. fmt.Println("type:", t)
  10. v := reflect.ValueOf(x) //v is reflext.Value
  11. fmt.Println("value:", v)
  12. }

程序输出如下:

  1. type: float64
  2. value: 3.4

注意:反射是针对interface类型变量的,其中TypeOf()ValueOf()接受的参数都是interface{}类型的,也即x值是被转成了interface传入的。

除了reflect.TypeOf()reflect.ValueOf(),还有其他很多方法可以操作,本文先不过多介绍,否则一不小心会会引起困惑。

3.2 反射第二定律:反射可以将反射对象还原成interface对象

之所以叫’反射’,反射对象与interface对象是可以互相转化的。看以下例子:

  1. package main
  2. import (
  3. "fmt"
  4. "reflect"
  5. )
  6. func main() {
  7. var x float64 = 3.4
  8. v := reflect.ValueOf(x) //v is reflext.Value
  9. var y float64 = v.Interface().(float64)
  10. fmt.Println("value:", y)
  11. }

对象x转换成反射对象v,v又通过Interface()接口转换成interface对象,interface对象通过.(float64)类型断言获取float64类型的值。

3.3 反射第三定律:反射对象可修改,value值必须是可设置的

通过反射可以将interface类型变量转换成反射对象,可以使用该反射对象设置其持有的值。在介绍何谓反射对象可修改前,先看一下失败的例子:

  1. package main
  2. import (
  3. "reflect"
  4. )
  5. func main() {
  6. var x float64 = 3.4
  7. v := reflect.ValueOf(x)
  8. v.SetFloat(7.1) // Error: will panic.
  9. }

如下代码,通过反射对象v设置新值,会出现panic。报错如下:

  1. panic: reflect: reflect.Value.SetFloat using unaddressable value

错误原因即是v是不可修改的。

反射对象是否可修改取决于其所存储的值,回想一下函数传参时是传值还是传址就不难理解上例中为何失败了。

上例中,传入reflect.ValueOf()函数的其实是x的值,而非x本身。即通过v修改其值是无法影响x的,也即是无效的修改,所以golang会报错。

想到此处,即可明白,如果构建v时使用x的地址就可实现修改了,但此时v代表的是指针地址,我们要设置的是指针所指向的内容,也即我们想要修改的是*v。 那怎么通过v修改x的值呢?

reflect.Value提供了Elem()方法,可以获得指针向指向的value。看如下代码:

  1. package main
  2. import (
  3. "reflect"
  4. "fmt"
  5. )
  6. func main() {
  7. var x float64 = 3.4
  8. v := reflect.ValueOf(&x)
  9. v.Elem().SetFloat(7.1)
  10. fmt.Println("x :", v.Elem().Interface())
  11. }

输出为:

  1. x : 7.1

4. 总结

结合官方博客及本文,至少可以对反射理解个大概,还有很多方法没有涉及。对反射的深入理解,个人觉得还需要继续看的内容:

  • 参考业界,尤其是开源框架中是如何使用反射的
  • 研究反射实现原理,探究其性能优化的手段