接口和反射的关系

接口是 Go 中用于抽象的基本工具之一。接口在值进行分配的时候存储类型信息。反射则是在运行时检查类型和值的方法。 Go 通过 `reflect` 包实现了反射。该包提供了一些类型和方法用于检查接口结构部分，不仅如此，它还可以在运行时进行值的修改。 在这篇文章中，我希望能说明接口结构的各部分和反射 API 之间的关系，并最终使得反射包变得更加容易理解。 ## 向一个接口分配一个值 一个接口编码了三件事：值，方法集，以及所存储的值的类型。 下图展示了一个接口的内部结构。  我们可以在该图中很清楚地看到接口内部结构中的三个部分：`_type` 表示类型信息，`*data` 是一个指向实际值的指针，`itab` 则编码了方法集。 当一个方法接收一个接口作为参数时，将一个值传递给该函数则会将该值，该值的方法集，和类型打包到接口中。 ## 通过反射包在运行时检查接口数据 一旦一个值存储进接口，你就可以使用 `reflect` 包来检查该接口的各个部分。我们不能直接检查该接口的结构；而是通过反射包维护着我们自己有权访问的接口结构的副本。 即使我们通过接口对象访问接口，但和直接访问相关的底层的接口对象有相同效果。 类型 `reflect.Type` 和 `reflect.Value` 提供了可以访问接口结构部分的方法。 `reflect.Type` 侧重于公开类型相关的数据，因此它只限于结构的 `_type` 部分，而 `reflect.Value` 则必须将类型信息与值结合起来，以允许程序员检查和操作值，因此必须要查看 `_type` 以及 `*data` 部分。 ### `reflect.Type` - 检查类型 `reflect.TypeOf()` 函数用于从一个值中提取该值的类型信息。因为该函数唯一的参数是一个空接口 `interface{}`，传递给它的值会被分配到该空接口上，因此该值的类型，方法集合值我们都可以轻松地获得。 `reflect.TypeOf()` 返回一个 `reflect.Type` 类型的值，它提供了一些方法以允许你可以检查传入的值的类型信息。 下面是一些可用的 `Type` 方法以及它们返回的与接口相对应的位。  ___`relfect.Type` 使用示例___ ```go package main import ( "log" "reflect" ) type Gift struct { Sender string Recipient string Number uint Contents string } func main() { g := Gift{ Sender: "Hank", Recipient: "Sue", Number: 1, Contents: "Scarf", } t := reflect.TypeOf(g) if kind := t.Kind(); kind != reflect.Struct { log.Fatalf("This program expects to work on a struct; we Got a %v instead.", kind) } for i := 0; i < t.NumField(); i++ { f := t.Field(i) log.Printf("Field %03d: %-10.10s %v", i, f.Name, f.Type.Kind()) } } ``` 此程序的目的是打印出 `Gift` 结构体的所有字段。当我们把 `g` 传递给 `reflect.TypeOf()` 时，实际上 `g` 被分配给了被编译器使用相应的类型和方法集填充的接口。这就允许我们可以遍历该接口类型部分中的 `[]fileds`，然后我们得到如下输出： ```bash 2018/12/16 12:00:00 Field 000: Sender string 2018/12/16 12:00:00 Field 001: Recipient string 2018/12/16 12:00:00 Field 002: Number uint 2018/12/16 12:00:00 Field 003: Contents string ``` ### `reflect.Method` - 检查 `itab` 和方法集 `reflect.Type` 类型也会允许你访问 `itab` 部分，来从接口中提取出方法信息。  **通过反射检查方法** ```go package main import ( "log" "reflect" ) type Reindeer string func (r Reindeer) TakeOff() { log.Printf("%q lifts off.", r) } func (r Reindeer) Land() { log.Printf("%q gently lands.", r) } func (r Reindeer) ToggleNose() { if r != "rudolph" { panic("invalid reindeer operation") } log.Printf("%q nose changes state.", r) } func main() { r := Reindeer("rudolph") t := reflect.TypeOf(r) for i := 0; i < t.NumMethod(); i++ { m := t.Method(i) log.Printf("%s", m.Name) } } ``` 这段代码完全迭代了存储在 `itab` 的函数数据，并显示了每个方法的名称： ```bash 2018/12/16 12:00:00 Land 2018/12/16 12:00:00 TakeOff 2018/12/16 12:00:00 ToggleNose ``` ## `reflect.Value` - 检查值 目前为止我们仅仅讨论了类型信息 - 字段，方法等。`reflect.Value` 则向我们展示了存储在接口中的实际值的信息。 与 `reflect.Value` 相关的方法必然会将类型信息和实际的值组合在一起。例如，为了从一个结构中提取字段信息，`refelct` 包必须将结构的布局知识 - 特别是关于存储在 `_type` 中的字段和字段偏移量的信息 - 与接口的 `*data` 部分所指向的实际值结合起来，以便正确地解码结构。  **观察修改值的示例** ```go package main import ( "log" "reflect" ) type Child struct { Name string Grade int Nice bool } type Adult struct { Name string Occupation string Nice bool } // search a slice of structs for Name field that is "Hank" and set its Nice // field to true. func nice(i interface{}) { // retrieve the underlying value of i. we know that i is an // interface. v := reflect.ValueOf(i) // we're only interested in slices to let's check what kind of value v is. if // it isn't a slice, return immediately. if v.Kind() != reflect.Slice { return } // v is a slice. now let's ensure that it is a slice of structs. if not, // return immediately. if e := v.Type().Elem(); e.Kind() != reflect.Struct { return } // determine if our struct has a Name field of type string and a Nice field // of type bool st := v.Type().Elem() if nameField, found := st.FieldByName("Name"); found == false || nameField.Type.Kind() != reflect.String { return } if niceField, found := st.FieldByName("Nice"); found == false || niceField.Type.Kind() != reflect.Bool { return } // Set any Nice fields to true where the Name is "Hank" for i := 0; i < v.Len(); i++ { e := v.Index(i) name := e.FieldByName("Name") nice := e.FieldByName("Nice") if name.String() == "Hank" { nice.SetBool(true) } } } func main() { children := []Child{ {Name: "Sue", Grade: 1, Nice: true}, {Name: "Ava", Grade: 3, Nice: true}, {Name: "Hank", Grade: 6, Nice: false}, {Name: "Nancy", Grade: 5, Nice: true}, } adults := []Adult{ {Name: "Bob", Occupation: "Carpenter", Nice: true}, {Name: "Steve", Occupation: "Clerk", Nice: true}, {Name: "Nikki", Occupation: "Rad Tech", Nice: false}, {Name: "Hank", Occupation: "Go Programmer", Nice: false}, } log.Printf("adults before nice: %v", adults) nice(adults) log.Printf("adults after nice: %v", adults) log.Printf("children before nice: %v", children) nice(children) log.Printf("children after nice: %v", children) } ``` ```bash 2018/12/16 12:00:00 adults before nice: [{Bob Carpenter true} {Steve Clerk true} {Nikki Rad Tech false} {Hank Go Programmer false}] 2018/12/16 12:00:00 adults after nice: [{Bob Carpenter true} {Steve Clerk true} {Nikki Rad Tech false} {Hank Go Programmer true}] 2018/12/16 12:00:00 children before nice: [{Sue 1 true} {Ava 3 true} {Hank 6 false} {Nancy 5 true}] 2018/12/16 12:00:00 children after nice: [{Sue 1 true} {Ava 3 true} {Hank 6 true} {Nancy 5 true}] ``` 在最后一个例子中，我们将我们学到的东西结合起来，通过 `reflect.Value` 来修改一个值。在这个用例中，有人编写了一个名为 `nice()`（可能是 Hank) 的函数，该函数将切片中任何一个结构中名为 `Hank` 的 `nice` 字段都设置为 `true`。 需要注意的是，`nice()` 能够修改所有传递给它的切片，而且它实际的接收类型并不重要 - 只要它是一个元素为结构体的切片，并且具有 `Name` 和 `Nice` 字段即可。 ## 结论 Go 中的反射是使用接口以及 `reflect` 包实现的。它并没有什么神奇之处 - 当你在使用反射时，你可以访问接口的各个部分以及存储在其中的值。 通过这种方式，接口的行为就像一面镜子，允许程序检查自己。 虽然 Go 是一门静态类型语言，但通过反射和接口的结合，使得它拥有强大的能力，这通常只存在于动态类型语言当中。 有关 Go 中反射的更多信息，请务必阅读 `reflect` 包文档以及其他和反射相关的精彩博客文章。