Go 语言接口反射详解

by · 2018年04月11日 · 8070 Words · ~17min reading time | Improve on

接口
一个非常非常重要的接口类型是空接口，即：interface{} 它代表一个空集，没有定义任何方法。
由于任何具体的值都有零或更多个方法，因此类型为 interface{} 的变量能够存储任何值。
接口赋值
tty, _ := os.OpenFile("/dev/tty", os.O_RDWR, 0)
直接赋值:
var r io.Reader = tty // r是一个 io.Reader 接口
断言赋值:
var w io.Writer = r.(io.Writer) // r是一个io.Reader 接口,但tty也实现了io.Writer接口,所以采用断言赋值,强制转换为 io.Writer 接口,

const ptrSize = 4 << (^uintptr(0) >> 63) // unsafe.Sizeof(uintptr(0)) but an ideal const
反射
对任何变量来说,都包括（type, value）两种属性,
type 包括 static type 和 concrete type.
简单来说 static type是你在编码是看见的类型(如int、string)，concrete type是runtime系统看见的类型

类型断言能否成功，取决于变量的concrete type，而不是static type. 因此，一个 reader变量如果它的concrete type也实现了write方法的话，它也可以被类型断言为writer.

在讲反射之前，先来看看Golang关于类型设计的一些原则

变量包括（type, value）两部分

理解这一点就知道为什么nil != nil了

type 包括 static type和concrete type. 简单来说 static type是你在编码是看见的类型(如int、string)，concrete type是runtime系统看见的类型

接下来要讲的反射，就是建立在类型之上的，Golang的指定类型的变量的类型是静态的（也就是指定int、string这些的变量，它的type是static type），在创建变量的时候就已经确定，反射主要与Golang的interface类型相关（它的type是concrete type），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:
(value, type)
复制代码value是实际变量值，type是实际变量的类型。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【对应concrete type】，另外一个指针指向实际的值【对应value】。
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：
tty, err := os.OpenFile("/dev/tty", os.O_RDWR, 0)

var r io.Reader
r = tty
复制代码接口变量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:
var w io.Writer
w = r.(io.Writer)
复制代码接口变量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。

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
反射必须结合interface才玩得转
变量的type要是concrete type的（也就是interface变量）才有反射一说
反射可以将“接口类型变量”转换为“反射类型对象”
反射使用 TypeOf 和 ValueOf 函数从接口中获取目标对象信息
反射可以将“反射类型对象”转换为“接口类型变量

reflect.value.Interface().(已知的类型)
遍历reflect.Type的Field获取其Field
反射可以修改反射类型对象，但是其值必须是“addressable”

想要利用反射修改对象状态，前提是 interface.data 是 settable,即 pointer-interface
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

                  .Typeof()  .Kind()

接口 -- Type、Value -- 具体类型 -- 底层类型

                   concrete    static

reflect 包的两个主要类型 Type、Value：

这两种类型都提供了大量的方法让我们可以检查和操作这两种类型

Type 是一个接口：可以表示任意Go类型
    .Kind() 将返回一个常量，表示具体类型的底层类型
    .Elem()方法返回指针、数组、切片、map、通道的基类型；
    可用反射提取struct tag，还能自动分解，常用于ORM映射、数据验证等；
    辅助判断方法Implements()、ConvertibleTo()、AssignableTo()
Value 是一个结构体：可以持有一个任意类型的值
    调用 Value 的 .Type() 将返回具体类型所对应的 reflect.Type（静态类型）
    调用 Value 的 .Kind() 将返回一个常量，表示具体类型的底层类型

    Interface方法是ValueOf方法的逆，它把一个reflect.Value恢复成一个接口值：把Value中保存的类型和值的信息打包成一个接口表示并返回；如：
    `y,ok := v.Interface().(float64)` // y 的类型被断言为 float64
    通道类型的反射对象：有TrySend()、TryRecv()方法；
    IsNil()方法判断反射对象保存的值是否为nil；

Kind() 方法是对reflect.Value,和reflect.Type类型使用的, 它会返回底层27种数据的类型 reflect.Int

Interface 变量存储一对值：赋给该变量的具体的值、值类型的描述符。(value, type)。
更准确一点来说，值Value就是实现该接口的底层数据，类型Type是底层数据类型的描述。
需要注意的一点是，(value, type) 对中的 type 必须是具体的类型（struct 或基本类型），不能是接口类型。
接口类型不能存储接口变量。

reflect.Type和reflec.Value有许多方法让我们检查和修改它们。一个比较重要的方法是Value有一个能够返回reflect.Value的类型的方法Type。另外一个比较重要的是Type和Value都提供一个Kind方法，该方法能够返回存储数据项的字长(Uini,Floatr64,Slice等等)。同样Value方法也提供一些叫做Int、Float的方法让我们修改存储在内部的值。

    var f float64 = 13.44444
    v := reflect.ValueOf(f)
    fmt.Println(v)        //13.444444444444445
    fmt.Println(v.Type()) // float64
    fmt.Println(v.Kind()) // float64
    fmt.Println(v.Float()) //13.444444444444445

五、反射对象 Value 还原

通过 reflect.ValueOf() 可以把任意类型对象转换为 Value 类型对象，也可以通过 Value 类型的方法 Interface() 把 Value 类型对象还原为原始数据类型对象。
// Value 转原始类型
if u1, ok := v.Interface().(User); ok {

fmt.Println("after:", u1.Name, u1.Age)

}

简介

Reflection（反射）在计算机中表示程序能够检查自身结构的能力，尤其是类型。它是元编程的一种形式，也是最容易让人迷惑的一部分。

本文中，我们将解释 Go 语言中反射的运作机制。每个编程语言的反射模型不大相同，很多语言索性就不支持反射（C、C++）。由于本文是介绍 Go 语言的，所以当我们谈到 “反射” 时，默认为是 Go 语言中的反射。

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本文中，我们将解释 Go 语言中反射的运作机制。每个编程语言的反射模型不大相同，很多语言索性就不支持反射（C、C++）。

由于本文是介绍 Go 语言的，所以当我们谈到 “反射” 时，默认为是 Go 语言中的反射。

虽然 Go 语言没有继承的概念，但为了便于理解，如果一个 struct A 实现了 interface B 的所有方法时，我们称之为“继承”。

类型和接口

反射建立在类型系统之上，因此我们从类型基础知识说起。

Go 是静态类型语言。每个变量都有且只有一个静态类型，在编译时就已经确定。比如 int、float32、*MyType、[]byte。如果我们做出如下声明：

type MyInt int

var i int
var j MyInt

上面的代码中，变量 i 的类型是 int，j 的类型是 MyInt。所以，尽管变量 i 和 j 具有共同的底层类型 int，但它们的静态类型并不一样。不经过类型转换直接相互赋值时，编译器会报错。

关于类型，一个重要的分类是接口类型（interface），每个接口类型都代表固定的方法集合。一个接口变量就可以存储（或“指向”，接口变量类似于指针）任何类型的具体值，只要这个值实现了该接口类型的所有方法。一组广为人知的例子是 io.Reader 和 io.Writer， Reader 和 Writer 类型来源于 io 包，声明如下：

// Reader is the interface that wraps the basic Read method.
type Reader interface {
    Read(p []byte) (n int, err error)
}

// Writer is the interface that wraps the basic Write method.
type Writer interface {
    Write(p []byte) (n int, err error)
}

任何实现了 Read（Write）方法的类型，我们都称之为继承了 io.Reader（io.Writer）接口。换句话说，一个类型为 io.Reader 的变量可以指向（接口变量类似于指针）任何类型的变量，只要这个类型实现了 Read 方法：

var r io.Reader
r = os.Stdin
r = bufio.NewReader(r)
r = new(bytes.Buffer)
// and so on

要时刻牢记：不管变量 r 指向的具体值是什么，它的类型永远是 io.Reader。再重复一次：Go 语言是静态类型语言，变量 r 的静态类型是 io.Reader。

一个非常非常重要的接口类型是空接口，即：

interface{}

它代表一个空集，没有任何方法。由于任何具体的值都有零或更多个方法，因此类型为 interface{} 的变量能够存储任何值。

有人说，Go 的接口是动态类型的。这个说法是错的！接口变量也是静态类型的，它永远只有一个相同的静态类型。如果在运行时它存储的值发生了变化，这个值也必须满足接口类型的方法集合。

由于反射和接口两者的关系很密切，我们必须澄清这一点。

接口变量的表示

Russ Cox 在 2009 年写了一篇文章介绍 Go 中接口变量的表示形式，具体参考文章末尾的链接“Go 语言接口的表示”。这里我们不需要重复所有的细节，只做一个简单的总结。

Interface 变量存储一对值：赋给该变量的具体的值、值类型的描述符。更准确一点来说，值就是实现该接口的底层数据，类型是底层数据类型的描述。举个例子：

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

在这个例子中，变量 r 在结构上包含一个 (value, type) 对：(tty, os.File)。注意：类型 os.File 不仅仅实现了 Read 方法。虽然接口变量只提供 Read 函数的调用权，但是底层的值包含了关于这个值的所有类型信息。所以我们能够做这样的类型转换：

var w io.Writer
w = r.(io.Writer)

上面代码的第二行是一个类型断言，它断定变量 r 内部的实际值也继承了 io.Writer 接口，所以才能被赋值给 w。赋值之后，w 就指向了 (tty, *os.File) 对，和变量 r 指向的是同一个 (value, type) 对。不管底层具体值的方法集有多大，由于接口的静态类型限制，接口变量只能调用特定的一些方法。

我们继续往下看：

var empty interface{}
empty = w

这里的空接口变量 empty 也包含 (tty, *os.File) 对。这一点很容易理解：空接口变量可以存储任何具体值以及该值的所有描述信息。

细心的朋友可能会发现，这里没有使用类型断言，因为变量 w 满足空接口的所有方法（传说中的“无招胜有招”）。在前一个例子中，我们把一个具体值从 io.Reader 转换为 io.Writer 时，需要显式的类型断言，是因为 io.Writer 的方法集合不是 io.Reader 的子集。

另外需要注意的一点是，(value, type) 对中的 type 必须是具体的类型（struct 或基本类型），不能是接口类型。接口类型不能存储接口变量。

关于接口，我们就介绍到这里，下面我们看看 Go 语言的反射三定律。

反射第一定律：反射可以将 “接口类型变量” 转换为“反射类型对象 Type 和 value”。

注：这里反射类型指 reflect.Type 和 reflect.Value。

从用法上来讲，反射提供了一种机制，允许程序在运行时检查接口变量内部存储的 (value, type) 对。在最开始，我们先了解下 reflect 包的两种类型：Type 和 Value。这两种类型使访问接口内的数据成为可能。它们对应两个简单的方法，分别是 reflect.TypeOf 和 reflect.ValueOf，分别用来读取接口变量的 reflect.Type 和 reflect.Value 部分。当然，从 reflect.Value 也很容易获取到 reflect.Type。目前我们先将它们分开。

首先，我们下看 reflect.TypeOf：

package main

import (
    "fmt"
    "reflect"
)

func main() {
    var x float64 = 3.4
    fmt.Println("type:", reflect.TypeOf(x))
}

这段代码会打印出：

type: float64

你可能会疑惑：为什么没看到接口？这段代码看起来只是把一个 float64 类型的变量 x 传递给 reflect.TypeOf，并没有传递接口。事实上，接口就在那里。查阅一下 TypeOf 的文档，你会发现 reflect.TypeOf 的函数签名里包含一个空接口：

// TypeOf returns the reflection Type of the value in the interface{}.
func TypeOf(i interface{}) Type

我们调用 reflect.TypeOf(x) 时，x 被存储在一个空接口变量中被传递过去；然后 reflect.TypeOf 对空接口变量进行拆解，恢复其类型信息。

函数 reflect.ValueOf 也会对底层的值进行恢复（这里我们忽略细节，只关注可执行的代码）：

var x float64 = 3.4
fmt.Println("value:", reflect.ValueOf(x))

上面这段代码打印出：

value: 3.4

类型 reflect.Type 和 reflect.Value 都有很多方法，我们可以检查和使用它们。
这里我们举几个例子。

类型 reflect.Value 有一个方法 Type()，它会返回一个 reflect.Type 类型的对象。
Type 和 Value 都有一个名为 Kind 的方法，它会返回一个常量，表示底层数据的类型，常见值有：Uint、Float64、Slice 等。
Value 类型也有一些类似于 Int、Float 的方法，用来提取底层的数据。Int 方法用来提取 int64, Float 方法用来提取 float64，参考下面的代码：

var x float64 = 3.4
v := reflect.ValueOf(x)
fmt.Println("type:", v.Type())
fmt.Println("kind is float64:", v.Kind() == reflect.Float64)
fmt.Println("value:", v.Float())

上面这段代码会打印出：

type: float64
kind is float64: true
value: 3.4

还有一些用来修改数据的方法，比如 SetInt、SetFloat，在讨论它们之前，我们要先理解 “可修改性”（settability），这一特性会在“反射第三定律” 中进行详细说明。

反射库提供了很多值得列出来单独讨论的属性。首先是介绍下 Value 的 getter 和 setter 方法。为了保证 API 的精简，这两个方法操作的是某一组类型范围最大的那个。比如，处理任何含符号整型数，都使用 int64。也就是说 Value 类型的 Int 方法返回值为 int64 类型，SetInt 方法接收的参数类型也是 int64 类型。实际使用时，可能需要转化为实际的类型：

var x uint8 = 'x'
v := reflect.ValueOf(x)
fmt.Println("type:", v.Type())                            // uint8.
fmt.Println("kind is uint8:", v.Kind() == reflect.Uint8) // true.
x = uint8(v.Uint())                // v.Uint returns a uint64.

第二个属性是反射类型变量（reflection object）的 Kind 方法会返回底层数据的类型，而不是静态类型。如果一个反射类型对象包含一个用户定义的整型数，看代码：

type MyInt int
var x MyInt = 7
v := reflect.ValueOf(x)

上面的代码中，虽然变量 v 的静态类型是 MyInt，不是 int，Kind 方法仍然返回 reflect.Int。换句话说， Kind 方法不会像 Type 方法一样区分 MyInt 和 int。

反射第二定律：反射可以将 “反射类型对象” 转换为“接口类型变量”。

和物理学中的反射类似，Go 语言中的反射也能创造自己反面类型的对象。

根据一个 reflect.Value 类型的变量，我们可以使用 Interface 方法恢复其接口类型的值。事实上，这个方法会把 type 和 value 信息打包并填充到一个接口变量中，然后返回。其函数声明如下：

// Interface returns v's value as an interface{}.
func (v Value) Interface() interface{}

然后，我们可以通过断言，恢复底层的具体值：

y := v.Interface().(float64) // y will have type float64.
fmt.Println(y)

上面这段代码会打印出一个 float64 类型的值，也就是反射类型变量 v 所代表的值。

事实上，我们可以更好地利用这一特性。标准库中的 fmt.Println 和 fmt.Printf 等函数都接收空接口变量作为参数，fmt 包内部会对接口变量进行拆包（前面的例子中，我们也做过类似的操作）。因此，fmt 包的打印函数在打印 reflect.Value 类型变量的数据时，只需要把 Interface 方法的结果传给格式化打印程序：

fmt.Println(v.Interface())

你可能会问：问什么不直接打印 v ，比如 fmt.Println(v)？答案是 v 的类型是 reflect.Value，我们需要的是它存储的具体值。由于底层的值是一个 float64，我们可以格式化打印：

fmt.Printf("value is %7.1e\n", v.Interface())

上面代码的打印结果是：

3.4e+00

同样，这次也不需要对 v.Interface() 的结果进行类型断言。空接口值内部包含了具体值的类型信息，Printf 函数会恢复类型信息。

简单来说，Interface 方法和 ValueOf 函数作用恰好相反，唯一一点是，返回值的静态类型是 interface{}。

我们重新表述一下：Go 的反射机制可以将 “接口类型的变量” 转换为 “反射类型的对象”，然后再将“反射类型对象” 转换过去。

反射第三定律：如果要修改“反射类型对象”，其值必须是“可写的”（settable）。

这条定律很微妙，也很容易让人迷惑。但是如果你从第一条定律开始看，应该比较容易理解。

下面这段代码不能正常工作，但是非常值得研究：

var x float64 = 3.4
v := reflect.ValueOf(x)
v.SetFloat(7.1) // Error: will panic.

如果你运行这段代码，它会抛出抛出一个奇怪的异常：

panic: reflect.Value.SetFloat using unaddressable value

这里问题不在于值 7.1 不能被寻址，而是因为变量 v 是 “不可写的”。“可写性” 是反射类型变量的一个属性，但不是所有的反射类型变量都拥有这个属性。

我们可以通过 CanSet 方法检查一个 reflect.Value 类型变量的“可写性”。对于上面的例子，可以这样写：

var x float64 = 3.4
v := reflect.ValueOf(x)
fmt.Println("settability of v:", v.CanSet()) //settability of v: false

对于一个不具有 “可写性” 的 Value 类型变量，调用 Set 方法会报出错误。首先，我们要弄清楚什么“可写性”。

“可写性”有些类似于寻址能力，但是更严格。它是反射类型变量的一种属性，赋予该变量修改底层存储数据的能力。“可写性”最终是由一个事实决定的：反射对象是否存储了原始值。举个代码例子：

var x float64 = 3.4
v := reflect.ValueOf(x)

这里我们传递给 reflect.ValueOf 函数的是变量 x 的一个拷贝，而非 x 本身。想象一下，如果下面这行代码能够成功执行：

v.SetFloat(7.1)

答案是：如果这行代码能够成功执行，它不会更新 x ，虽然看起来变量 v 是根据 x 创建的。相反，它会更新 x 存在于反射对象 v 内部的一个拷贝，而变量 x 本身完全不受影响。这会造成迷惑，并且没有任何意义，所以是不合法的。“可写性”就是为了避免这个问题而设计的。

这看起来很诡异，事实上并非如此，而且类似的情况很常见。考虑下面这行代码：

f(x)

上面的代码中，我们把变量 x 的一个拷贝传递给函数，因此不期望它会改变 x 的值。如果期望函数 f 能够修改变量 x，我们必须传递 x 的地址（即指向 x 的指针）给函数 f，如下：

f(&x)

你应该很熟悉这行代码，反射的工作机制是一样的。如果你想通过反射修改变量 x，就咬吧想要修改的变量的指针传递给反射库。

首先，像通常一样初始化变量 x，然后创建一个指向它的反射对象，名字为 p：

var x float64 = 3.4
p := reflect.ValueOf(&x) // Note: take the address of x.
fmt.Println("type of p:", p.Type()) //type of p: *float64
fmt.Println("settability of p:", p.CanSet()) //settability of p: false

反射对象 p 是不可写的，但是我们也不想修改 p，事实上我们要修改的是 *p。为了得到 p 指向的数据，可以调用 Value 类型的 Elem 方法。Elem 方法能够对指针进行“解引用”，然后将结果存储到反射 Value 类型对象 v 中：

v := p.Elem()
fmt.Println("settability of v:", v.CanSet()) //settability of v: true

在上面这段代码中，变量 v 是一个可写的反射对象，代码输出也验证了这一点：

settability of v: true

由于变量 v 代表 x，因此我们可以使用 v.SetFloat 修改 x 的值：

v.SetFloat(7.1)
fmt.Println(v.Interface())
fmt.Println(x)

上面代码的输出如下：

7.1
7.1

反射不太容易理解，reflect.Type 和 reflect.Value 会混淆正在执行的程序，但是它做的事情正是编程语言做的事情。你只需要记住：只要反射对象要修改它们表示的对象，就必须获取它们表示的对象的地址。

结构体（struct）

在前面的例子中，变量 v 本身并不是指针，它只是从指针衍生而来。把反射应用到结构体时，常用的方式是使用反射修改一个结构体的某些字段。只要拥有结构体的地址，我们就可以修改它的字段。

下面通过一个简单的例子对结构体类型变量 t 进行分析。

首先，我们创建了反射类型对象，它包含一个结构体的指针，因为后续会修改。

然后，我们设置 typeOfT 为它的类型，并遍历所有的字段。

注意：我们从 struct 类型提取出每个字段的名字，但是每个字段本身也是常规的 reflect.Value 对象。

type T struct {
    A int
    B string
}
t := T{23, "skidoo"}
s := reflect.ValueOf(&t).Elem()
typeOfT := s.Type()
for i := 0; i < s.NumField(); i++ {
    f := s.Field(i)
    fmt.Printf("%d: %s %s = %v\n", i,
        typeOfT.Field(i).Name, f.Type(), f.Interface())
}

上面这段代码的输出如下：

0: A int = 23
1: B string = skidoo

这里还有一点需要指出：变量 T 的字段都是首字母大写的（暴露到外部），因为 struct 中只有暴露到外部的字段才是“可写的”。

由于变量 s 包含一个 “可写的” 反射对象，我们可以修改结构体的字段：

f.Interface())s.Field(0).SetInt(77)
s.Field(1).SetString("Sunset Strip")
fmt.Println("t is now", t)