Golang高效实践之interface、reflection、json实践
前言
反射是程序校验自己数据结构和类型的一种机制。文章尝试解释Golang的反射机制工作原理，每种编程语言的反射模型都是不同的，有很多语言甚至都不支持反射。
Interface
在将反射之前需要先介绍下接口interface，因为Golang的反射实现是基于interface的。Golang是静态类型语言，每个变量拥有一个静态类型，在编译器就已经确定，例如int，float32，*MyType, []byte等等。如果我们定义：
type MyInt int var i int var j MyInt
int类型的I和MyInt类型的j是不同类型的变量，在没有限制类型转换的情况下它们不能相互赋值，即便它们的底层类型是一样的。
接口interface类型是最重要的一种数据类型，代表的一些方法的集合。interface变量可以存储任意的数据类型，只要该数据类型实现了interface的方法集合。例如io包的io.Reader和io.Writer：
// 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) }
任意实现了Read方法的类型都是Reader类型，也就是说可以赋值给Reader接口，换句话说就是Reader interface可以存储任意的实现了Read方法的类型：
var r io.Reader r = os.Stdin r = bufio.NewReader(r) r = new(bytes.Buffer) // and so on
需要明确的是无论上述变量r实际存储的是什么类型，r的类型永远都是io.Reader，这就是为什么说Golang是静态类型编程语言，因为r声明时是io.Reader，在编译期就已经明确了类型。
Interface一个特别重要的示例是空接口：
interface{}
它代表一个空的方法集合，因为任意类型值都有0个多少多个方法，所以空的接口interface{}可以存储任意类型值。
有些人说Golang的interface是动态类型，其实是种误解。接口是静态类型，interface变量定义时就声明了一种静态类型，即便interface存储的值在运行时会改变类型，但是interface的类型是一定的。
一个interface类型变量会存储一对数据，具体类型的值和值的具体类型（value， concrete type）。例如：
var r io.Reader tty, err := os.OpenFile("/dev/tty", os.O_RDWR, 0) if err != nil { return nil, err } r = tty
上述的interface变量I会存储一对数据（tty，*os.File）。需要注意的是*os.File类型不止单单实现了Read方法，还实现了其他方法，比如Write方法。即便interface类型变量i值提供了访问Read的方法，i还是携带了*os.File变量的所有类型信息。所以可以将i转换为io.Writer类型：
var w io.Writer w = r.(io.Writer)
上述的表达式是一个类型断言，断言r也实现了io.Writer，所以可以赋值给w，否则会panic。完成赋值后，w会携带一对值（tty，*os.File),和r一样的一对值。接口的静态类型决定了上述的tty能够调用的方法，即便它实际上包含了更多的方法。
也可以将它赋值给空接口：
var empty interface{} empty = w
空接口empty也携带同样的对值（tty，*os.File）。因为任意的类型都是空接口所以不用转换。
反射reflection
从本质上讲，反射是校验接口存储（value，concrete type）值对的一种机制。分别对应的reflect包的Value和Type类型。通过Value和Type类型可以访问到interface变量的储存内容，reflect.TypeOf和reflect.ValueOf将会返回interface变量的reflect.Type和reflect.Value类型值。
从TypeOf开始：
package main import ( "fmt" "reflect" ) func main() { var x float64 = 3.4 fmt.Println("type:", reflect.TypeOf(x)) }
结果将会输出：
type: float64
你可能会有疑问，反射是基于interface，那么这里的interface在哪儿呢？这就需要了解TypeOf的定义：
// TypeOf returns the reflection Type of the value in the interface{}. func TypeOf(i interface{}) Type
也就是说TypeOf会用interface{}把参数储存起来，然后reflect.TypeOf再从interface{}中获取信息。
同理ValueOf的函数定义为：
// ValueOf returns a new Value initialized to the concrete value // stored in the interface i. ValueOf(nil) returns the zero Value. func ValueOf(i interface{}) Value
示例：
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())
结果输出：
type: float64 kind is float64: true value: 3.4
所以我们可以得出反射的第一条规则是：反射对象是从接口值获取的。
规则2：可以从反射对象中获取接口值。
利用reflect.Value的Interface方法可以获得传递过来的空接口interface{}：
// Interface returns v's value as an interface{}. func (v Value) Interface() interface{}
示例：
y := v.Interface().(float64) // y will have type float64. fmt.Println(y)
规则3：通过反射对象的set方法可以修改实际储存的变量，前提是存储的变量是可以被修改的。
反射定义变量是可以被修改的（settable）条件是传递变量的指针，因为如果是值传递的话，反射对象set方法改变的是一份拷贝，所以会显得怪异而且没有意义，所以干脆就将值传递的情况定义为不可修改的，如果尝试修改就会触发panic。
示例：
var x float64 = 3.4 v := reflect.ValueOf(x) v.SetFloat(7.1) // Error: will panic
报错如下：
panic: reflect.Value.SetFloat using unaddressable value
可以通过反射对象Value的CanSet方法判断是否是可修改的：
var x float64 = 3.4 v := reflect.ValueOf(x) fmt.Println("settability of v:", v.CanSet())
输出：
settability of v: false
可被修改的情况：
var x float64 = 3.4 p := reflect.ValueOf(&x) // Note: take the address of x. fmt.Println("type of p:", p.Type()) fmt.Println("settability of p:", p.CanSet())
输出：
type of p: *float64 settability of p: false
反射对象p是不可被修改的，因为p不是我们想要修改的，*p才是。调用Value的Elem方法可以获取p指向的内容，并且内容储存在Value对象中：
v := p.Elem() fmt.Println("settability of v:", v.CanSet())
输出：
settability of v: true
示例：
v.SetFloat(7.1) fmt.Println(v.Interface()) fmt.Println(x)
输出：
7.1 7.1
结构体
只要有结构体的地址我们就可以用反射修改结构体的内容。下面是个简单的示例：
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()) }
程序输出：
0: A int = 23 1: B string = skidoo
修改：
s.Field(0).SetInt(77) s.Field(1).SetString("Sunset Strip") fmt.Println("t is now", t)
程序输出：
t is now {77 Sunset Strip}
所以反射的三条规则总结如下：
规则1：反射对象是从接口值获取的。
规则2：可以从反射对象中获取接口值。
规则3：通过反射对象的set方法可以修改实际储存的settable变量
Json
由于Json的序列化（编码）和反序列化（解码）都会用到反射，所以这里放在一起讲解。
Json编码
可以用Marshal函数完成Json编码：
func Marshal(v interface{}) ([]byte, error)
给定一个Golang的结构体Message：
type Message struct { Name string Body string Time int64 }
Message的实例m为：
m := Message{"Alice", "Hello", 1294706395881547000}
Marshal编码Json：
b, err := json.Marshal(m)
如果工作正常，err为nil，b为[]byte类型的Json字符串：
b == []byte(`{"Name":"Alice","Body":"Hello","Time":1294706395881547000}`)
Json编码规则：
1.Json对象只支持string作为key；所以想要编码Golang map类型必须是map[stirng]T,其中T表示Golang支持的任意类型。
2.Channel，complex和函数类型不能被编码
3.循环引用嵌套的结构体不支持，他们会造成Marshal进入一个未知的循环体重
4.指针将会被编码指向的内容本身，如果指针是nil将会是null
Json解码
可以用Unmarshal解码Json数据：
func Unmarshal(data []byte, v interface{}) error
首先我们必须要先创建解码数据存储的变量：
var m Message
然后传递变量的指针（参考反射规则3）：
err := json.Unmarshal(b, &m)
如果b包含可用的Json并且适合m，那么err将会是nil，b的数据会被存储在m中，就好像下面的赋值一样：
m = Message{ Name: "Alice", Body: "Hello", Time: 1294706395881547000, }
Unmarshal是怎么识别要存储的解码字段的呢？例如Json的一个Key为”Foo”,Unmarshal会找根据下面的规则顺序匹配：
1.找名为“Foo”的字段tag
2.找名为“Foo”，”FOO”或者“FoO”的字段名称
再看下面的Json数据解码会匹配到Golang的什么数据类型呢：
b := []byte(`{"Name":"Bob","Food":"Pickle"}`) var m Message err := json.Unmarshal(b, &m)
Unmarshal只会解码它认识的字段。在这个例子中，只有Name字段出现在m中，所以Food字段会被忽略。当你想在一个大的Json数据中提取你要想的部分字段时，该特性是非常有用的。这意味着你不需要关心Json的所有字段，只需要关心你要用到的字段即可。
json包会用map[string]interface{}存储Json对象，用[]interface{}存储数组。当Unmarshal Json对象作为interface{}值时，默认Golang的concrete type为：
Json booleans类型默认为bool
Json 数字默认为float64
Json strings默认为string
Json null默认为nil
示例：
b := []byte(`{"Name":"Wednesday","Age":6,"Parents":["Gomez","Morticia"]}`) var f interface{} err := json.Unmarshal(b, &f)
相对于下面的赋值操作：
f = map[string]interface{}{ "Name": "Wednesday", "Age": 6, "Parents": []interface{}{ "Gomez", "Morticia", }, }
如果想要访问f的底层map[string]interface{}数据结构需要断言：
m := f.(map[string]interface{})
然后遍历map接着访问其他成员：
for k, v := range m { switch vv := v.(type) { case string: fmt.Println(k, "is string", vv) case float64: fmt.Println(k, "is float64", vv) case []interface{}: fmt.Println(k, "is an array:") for i, u := range vv { fmt.Println(i, u) } default: fmt.Println(k, "is of a type I don't know how to handle") } }
上述示例中，可以定义一个结构体来存储：
type FamilyMember struct { Name string Age int Parents []string } var m FamilyMember err := json.Unmarshal(b, &m)
Unmarshal数据进入FamilyMembear值时，会自动给nil 切片分配内存，同理如果有指针，map也会自动分配内存。
总结
文章介绍了interface、reflection、json，其中reflection是基于interface实现的，而json的编码和解码用到了reflection。
参考
https://blog.golang.org/json-and-go
https://blog.golang.org/laws-of-reflection
