reflect

编程语言中反射的概念

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已行为的描述(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。

每种语言的反射模型都不同，并且有些语言根本不支持反射。
golang语言实现了反射，反射机制就是在运行时动态的调用对象的方法和属性，官方自带的reflect包就是反射相关的，只要包含这个包就可以使用。

多插一句，golang的gRPC也是通过反射实现的。

interface和反射

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
• 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变量如果它是concrete type也实现了write方法的话，它也可以被类型断言为writer。

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)

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，然后将其赋值给一个接口变量r:

tty, err := os.OpenFile("/dev/tty",os.O_RDWR,0)
var r io.Reader
r = tty

接口变量r的pair中将记录如下信息: (tty, *os.File),即使w是空接口类型，pair也是不变的。
interface及其pair是存在，是Golang中实现反射的前提，理解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以的一种机制。

Golang的反射reflect

reflect的基本功能TypeOf和ValueOf

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.Type()是获取pair中的type，reflect.ValueOf()获取pair中的value，示例如下:

package main

import (
	"fmt"
	"reflect"
)

func main() {
	var num float64 = 1.2345
	fmt.Println("type: ", reflect.TypeOf(num))
	fmt.Println("value: ",reflect.ValueOf(num))
}

---
result:
type: float64
value: 1.2345

说明

• 1.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
• 2.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
• 3.也就是说明反射可以将"接口类型" 转换为 "反射类型对象"，反射类型指的是reflect.Type和reflect.Value这两种

从relfect.Value中获取接口interface的信息

当执行reflect.ValueOf(interface)之后，就得到一个类型为"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，我们可有是已知原有类型，也有可能是未知原有类型，因此，下面分两种情况进行说明。

已知原有类型[进行"强制转换"]

已知类型后转换为其对应的类型的做法如下，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)
	
	// 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)
}

---
result:
0xc42000e238
1.2345

说明

• 1.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！
• 2.转换的时候，要区分是指针还是值
• 3.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"

未知原有类型[遍历探测其filed]

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)
	}
}

---
result:
	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:

• 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

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:

• 1.先获取interface的reflect.Type，然后通过NumMethod进行遍历
• 2.再分别通过reflect.Type的Method获取对应的真实的方法(函数)
• 3.最后对结果取其Name和Type得知具体的方法名
• 4.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"
• 5.struct或者struct的嵌套都是一样的判断处理方式。

通过reflect.Value设置实际变量的值

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reflect.Value修改实际变量X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("settablility of pointer:", newValue.CanSet())
	
	
	// 重新赋值
	nweValue.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"
	*/
}

------
result:
	old value of pointer: 1.2345
    type of pointer: float64
    settability of pointer: true
    new value of pointer: 77

说明

• 1.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。
• 2.如果传入的参数不是指针，而是变量，那么
  a.通过Elem获取原始值对应的对象则直接panic
  b.通过CanSet方法查询是否可以设置返回false
• 3.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。
• 4.reflect.Value.Elme()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
• 5.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】
• 6.struct或者struct的嵌套都是一样的判断处理方式

通过reflect.ValueOf来进行方法调用

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

fucn 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"后才能做下一步处一
	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)
}

---
result:
	ReflectCallFuncHasArgs name:  wudebao , age: 30 and origal User.Name: Allen.Wu
    ReflectCallFuncNoArgs

说明

• 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
• 2.reflect.Value.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
• 3.[]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。
• 4.reflect.Value的Call这个方法，这个方法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。
• 5.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reflect性能

Golang的反射很慢，这个和它的API设计有关。在java里面，我们一般使用反射都是这样来弄的。

Field field = clazz.getField("hello");
field.get(obj1);
field.get(obj2);

这个取得的反射对象类型是 java.lang.reflect.Field。它是可以复用的。只要传入不同的obj，就可以取微电影这个obj上对应的field。
但是Golang的反射不是这样设计的:

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上的值。如果要取值，得用另外一套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reflect.Value结构体，并且还涉及到GC。

小结

golang reflect慢主要有两个原因

• 1.涉及到内存分配以及后续的GC；
• 2.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
  1.反射必须结合interface才玩得转
  2.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"
  1.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"
  1.reflect.value.Interface().(已知的类型)
  2.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"
  1.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.