Go reflect 反射原理示例详解

目录
  • 开始之前
  • 分析
    • 从何处获取类型信息
    • 如何实现赋值操作?
  • 总结

开始之前

在开始分析原理之前,有必要问一下自己一个问题:

反射是什么?以及其作用是什么?

不论在哪种语言中,我们所提到的反射功能,均指开发者可以在运行时通过调用反射库来获取到来获取到指定对象类型信息,通常类型信息中会包含对象的字段/方法等信息。并且,反射库通常会提供方法的调用, 以及字段赋值等功能。

使用反射可以帮助我们避免写大量重复的代码, 因此反射功能常见用于ORM框架, 以及序列化何反序列化框架,除此之外在Java中反射还被应用到了AOP等功能中。

了解完反射的功能之后,我们再引申一个问题:

假如你开发了一种语言, 该如何为开发者提供反射的功能?

首先,我们知道反射的核心的功能有:

  • 类型信息获取
  • 对象字段访问/赋值
  • 方法调用

因此实际作为语言的开发者(假设),我们要解决的问题有:

  • 如何存储并获取到对象类型信息?
  • 如何定位到对象字段的内存地址?

注: 只要知道了对象字段的内存地址配合上类型信息,我们便可以实现赋值与访问的操作。

  • 如何定位到方法的内存地址?

注:代码在内存中也是数据,因此只需要定位到代码所在的地址,便可解决方法调用的问题

分析

从何处获取类型信息

如果你熟悉Go的reflect(反射)库, 相信你或多或少的听过反射三原则, 即:

  • interface{}可以反射出反射对象
  • 从反射对象中可以获取到interface{}
  • 要修改反射对象, 其值必须可设置

根据以上三原则不难看出interface{}是实现反射功能的基石, 那么这是为什么呢?

要回答这个问题,我们了解interface{}的本质是什么。

interface{}本质上Go提供的一种数据类型, 与其他数据类型不同的是, interface{}会为我们提供变量的类型信息以及变量所在的内存地址。

Runtime中使用结构体来表示interface{}, 其结构如下所示:

type emptyInterface struct {
    typ  *rtype
    word unsafe.Pointer
}

该结构体只有两个字段, 分别是:

  • typ 变量的类型信息, 这一步骤在编译步骤便可确定下来
  • word 指向变量数据的指针, 这一步骤在运行时进行确定

接下来我们通过反编译下文的代码, 来观察当把一个变量转换成interface{}的时候都发生了什么:

package main
import "fmt"
func main() {
	s := 1024
	var a interface{} = &s
	fmt.Println(a)
}

执行以下命令, 获取汇编代码

go tool compile -N -S .\main.go

以下代码即为将字符串赋值给interface{}类型的变量a的对应汇编代码

0x0057 00087 (.\main.go:7)      MOVQ    "".&s+104(SP), AX
0x005c 00092 (.\main.go:7)      MOVQ    AX, ""..autotmp_9+88(SP)
0x0061 00097 (.\main.go:7)      LEAQ    type.*int(SB), CX
0x0068 00104 (.\main.go:7)      MOVQ    CX, "".a+144(SP)
0x0070 00112 (.\main.go:7)      MOVQ    AX, "".a+152(SP)

相信即便你不熟悉汇编,但至少也发现了, 以上代码做了如下操作:

  • 获取变量s的地址, 保存到AX寄存器, 并往a+144的地址写入数据
  • 获取变量s的类型信息(type.*int),保存到CX寄存器, 并往a+152的地址写入数据

注:感兴趣的读者可以把取地址的操作去掉,再看看有什么不同

此外, 我们还可以通过指针数据类型转换来获取到interface{}中的数据来侧面验证一下。

注: unsafe.Pointer 可以转换成任意类型的指针

type EmptyInterface struct {
	typ  unsafe.Pointer
	word unsafe.Pointer
}
func getWordPtr(i interface{})  unsafe.Pointer {
	eface := *(*EmptyInterface)(unsafe.Pointer(&i))
	return eface.word
}
func Test_GetWordPtr(t *testing.T) {
	str := "Hello, KeSan"
	strPtr := &str
	//此处由编译器做了类型转换 *string -> interface{}
	wordPtr := getWordPtr(strPtr)
	t.Logf("String Ptr: %p",  strPtr)
	t.Logf("Word Ptr: %p", wordPtr)
}

输入如下所示:

因此,不难推出reflect.TypeOf的实现实际上就是获取interface{}type信息,并返回给开发人员。其代码如下所示:

func TypeOf(i interface{}) Type {
	eface := *(*emptyInterface)(unsafe.Pointer(&i))
	return toType(eface.typ)
}
// 将 *rtype 转成接口类型的Type
func toType(t *rtype) Type {
	if t == nil {
		return nil
	}
	return t
}

再进一步我们可以来看看类型信息中都包含了什么?

结构体rtype描述了基础的类型信息,其字段如下所示:

type rtype struct {
	size       uintptr
	ptrdata    uintptr // number of bytes in the type that can contain pointers
	hash       uint32  // hash of type; avoids computation in hash tables
	tflag      tflag   // extra type information flags
	align      uint8   // alignment of variable with this type
	fieldAlign uint8   // alignment of struct field with this type
	kind       uint8   // enumeration for C
	// function for comparing objects of this type
	// (ptr to object A, ptr to object B) -> ==?
	equal     func(unsafe.Pointer, unsafe.Pointer) bool
	gcdata    *byte   // garbage collection data
	str       nameOff // string form
	ptrToThis typeOff // type for pointer to this type, may be zero
}

rtype结构体包含了Golang中所有数据类型的基础类型信息, 对于不同的数据类型其类型信息会有略微的差异。

// 结构体的类型信息
type structType struct {
	rtype
	pkgPath name
	fields  []structField // sorted by offset
}
// channel 的类型信息
type chanType struct {
	rtype
	elem *rtype  // channel element type
	dir  uintptr // channel direction (ChanDir)
}

如何实现赋值操作?

赋值操作的本质上是往对应的内存地址写入数据, 因此我们有必要简单了解一下结构体在内存中的布局方式, 以一个最为简单坐标的结构体为例,其结构体如下所示:

type Coordinate struct {
    X int64
    Y int64
    Z int64
}

其在内存中的表现为一段大小为24字节的连续内存,具体如下图所示

因此,我们实际上要做的就是获取到结构体的首地址之后,根据各个字段相对首字段的偏移地址计算出其在内存中地址。

实际上在Runtime提供的类型信息中,已经包含了各个字段的偏移以及类型信息,我们可以具体的来看一下反射功能获取字段Field的实现。

func (v Value) Field(i int) Value {
	if v.kind() != Struct {
		panic(&ValueError{"reflect.Value.Field", v.kind()})
	}
	// 获取类型信息
	tt := (*structType)(unsafe.Pointer(v.typ))
	if uint(i) >= uint(len(tt.fields)) {
		panic("reflect: Field index out of range")
	}
	// 获取字段信息
	field := &tt.fields[i]
	typ := field.typ
	// 继承结构体的部分flag信息
	fl := v.flag&(flagStickyRO|flagIndir|flagAddr) | flag(typ.Kind())
	if !field.name.isExported() {
		if field.embedded() {
			fl |= flagEmbedRO
		} else {
			fl |= flagStickyRO
		}
	}
	// 根据偏移地址计 + 结构体的首地址 计算出 字段在内存中的地址, 并返回Value对象
	ptr := add(v.ptr, field.offset(), "same as non-reflect &v.field")
	return Value{typ, ptr, fl}
}

了解到如何获取字段在内存中的地址之后,我们再来看看赋值操作是如何实现。

如以下代码SetInt所示, 本质上还是一些指针的转换以及解引用。

func (v Value) SetInt(x int64) {
	v.mustBeAssignable()
	switch k := v.kind(); k {
	default:
		panic(&ValueError{"reflect.Value.SetInt", v.kind()})
	case Int:
		*(*int)(v.ptr) = int(x)
	case Int8:
		*(*int8)(v.ptr) = int8(x)
	case Int16:
		*(*int16)(v.ptr) = int16(x)
	case Int32:
		*(*int32)(v.ptr) = int32(x)
	case Int64:
		*(*int64)(v.ptr) = x
	}
}

那么,肯定有同学会问,为啥你一直都在讲结构体啊,那字符串(string), 切片(slice), map呢?

实际上这些Go的内建的数据类型,在Runtime中的表现形式也是结构体, 我们可以在reflect包中找到如下定义:

// 切片头
type SliceHeader struct {
	Data uintptr // 数组的指针地址
	Len  int     // 数组长度
	Cap  int     // 数组容量
}
// 字符串头
type StringHeader struct {
	Data uintptr // 字节数组的指针地址
	Len  int     // 字节数组的长度
}

因此,通过反射来操作切片和字符串本质上还是操作结构体。

总结

  • interface{}是一种数据类型, 其存储了变量的类型信息与数据指针,其中类型信息是在编译期间确定下来的
  • Golang反射的原理就是从interface{}中获取到类型信息以及变量的指针,从而实现类型获取以及赋值的功能

以上就是Go reflect 反射原理示例详解的详细内容,更多关于Go reflect 反射原理的资料请关注我们其它相关文章!

(0)

相关推荐

  • Go语言反射reflect.Value实现方法的调用

    目录 引言 func (Value) Call 通过反射,调用方法. 通过反射,调用函数. 引言 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.以及如何重新设置新值.但是在项目应用中,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来扩展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

  • go reflect要不要传指针原理详解

    目录 正文 什么时候传递指针? 1. 通过传递指针修改变量的值 传值无法修改变量本身 传指针可以修改变量 2. 通过传递指针修改结构体的字段 3. 结构体:获取指针接收值方法 4. 变量本身包含指向数据的指针 通过值反射对象修改 chan.map 和 slice slice 反射对象扩容的影响 slice 容量够的话是不是就可以正常追加元素了? map 也不能通过值反射对象来修改其元素. chan 没有追加 结构体字段包含指针的情况 5. interface 类型处理 interface 底层类

  • golang 如何用反射reflect操作结构体

    背景 需要遍历结构体的所有field 对于exported的field, 动态set这个field的value 对于unexported的field, 通过强行取址的方法来获取该值(tricky?) 思路 下面的代码实现了从一个strct ptr对一个包外结构体进行取值的操作,这种场合在笔者需要用到反射的场合中出现比较多 simpleStrtuctField 函数接受一个结构体指针,因为最后希望改变其值,所以传参必须是指针.然后解引用. 接下来遍历结构体的每个field, exported字段是

  • go语言reflect.Type 和 reflect.Value 应用示例详解

    目录 一.使用 reflect.Type 创建实例 二.使用 reflect.Value 调用函数 一.使用 reflect.Type 创建实例 在通过 reflect.TypeOf 函数获取到变量的反射类型对象之后,可以通过反射类型对象 reflect.Type 的 New 函数来创建一个新的实例,注意这个实例的类型是 reflect.Type 类型的. package main import ( "fmt" "reflect" ) func main() { v

  • Go REFLECT Library反射类型详解

    目录 一.反射概述 二.反射类型对象 基本数类型的 反射类型对象 引用数据类型的 反射类型对象 结构体的 反射类型对象 指针的 反射类型对象 一.反射概述 反射是指程序在运行期间对程序本身进行访问和修改的能力.程序在编译过程中变量会被转换为内存地址,变量名不会被编译器写入到可执行部分.在程序运行时程序无法获取自身的信息. 在静态语言中如 Java 可以在程序编译期将变量的反射信息,如字段名称.类型等信息整合到可执行文件中,并给程序提供接口访问反射信息,这样就可以在程序运行期获取类型的反射信息,并

  • Go reflect 反射原理示例详解

    目录 开始之前 分析 从何处获取类型信息 如何实现赋值操作? 总结 开始之前 在开始分析原理之前,有必要问一下自己一个问题: 反射是什么?以及其作用是什么? 不论在哪种语言中,我们所提到的反射功能,均指开发者可以在运行时通过调用反射库来获取到来获取到指定对象类型信息,通常类型信息中会包含对象的字段/方法等信息.并且,反射库通常会提供方法的调用, 以及字段赋值等功能. 使用反射可以帮助我们避免写大量重复的代码, 因此反射功能常见用于ORM框架, 以及序列化何反序列化框架,除此之外在Java中反射还

  • java 与testng利用XML做数据源的数据驱动示例详解

    java 与testng利用XML做数据源的数据驱动示例详解 testng的功能很强大,利用@DataProvider可以做数据驱动,数据源文件可以是EXCEL,XML,YAML,甚至可以是TXT文本.在这以XML为例: 备注:@DataProvider的返回值类型只能是Object[][]与Iterator<Object>[] TestData.xml: <?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?> <

  • Go语言基础反射示例详解

    目录 概述 语法 一.基本操作 二.修改目标对象 三.动态调用方法 总结 示例 概述 在程序运行期对程序动态的进行访问和修改 reflect godoc: https://golang.org/pkg/reflect/ reflect包有两个数据类型: Type:数据类型 [reflect.TypeOf():是获取Type的方法] Value:值的类型[reflect.ValueOf():是获取Value的方法] 语法 一.基本操作 获取变量类型 func TypeOf(i interface{

  • Go语言基础切片的创建及初始化示例详解

    目录 概述 语法 一.创建和初始化切片 make 字面量 二.使用切片 赋值和切片 切片增长 遍历切片 总结 总示例 示例一  两个slice是否相等 示例二 两个数字是否包含 概述 切片是一种动态数组 按需自动改变大小 与数组相比,切片的长度可以在运行时修改 语法 一.创建和初始化切片 make 使用内置函数make()创建切片: var slice []type = make([]type, len, cap) //简写: slice := make([]type, len, cap) 字面

  • Go语言基础函数基本用法及示例详解

    目录 概述 语法 函数定义 一.函数参数 无参数无返回 有参数有返回 函数值传递 函数引用传递 可变参数列表 无默认参数 函数作为参数 二.返回值 多个返回值 跳过返回值 匿名函数 匿名函数可以赋值给一个变量 为函数类型添加方法 总结 示例 概述 函数是基本的代码块,用于执行一个任务 语法 函数定义 func 函数名称( 参数列表] ) (返回值列表]){ 执行语句 } 一.函数参数 无参数无返回 func add() 有参数有返回 func add(a, b int) int 函数值传递 fu

  • Java中的反射机制示例详解

    目录 反射 什么是Class类 获取Class实例的三种方式 通过反射创建类对象 通过反射获取类属性.方法.构造器 更改访问权限和实例赋值 运用场景 反射 反射就是把Java类中的各个成分映射成一个个的Java对象.即在运行状态中,对于任意一个类,都能够知道这个类的所以属性和方法:对于任意一个对象,都能调用它的任意一个方法和属性.这种动态获取信息及动态调用对象方法的功能叫Java的反射机制 每一个Java程序执行必须通过编译.加载.链接和初始化四个阶段 1.编译:将.java.文件编译成字节码.

  • python神经网络学习数据增强及预处理示例详解

    目录 学习前言 处理长宽不同的图片 数据增强 1.在数据集内进行数据增强 2.在读取图片的时候数据增强 3.目标检测中的数据增强 学习前言 进行训练的话,如果直接用原图进行训练,也是可以的(就如我们最喜欢Mnist手写体),但是大部分图片长和宽不一样,直接resize的话容易出问题. 除去resize的问题外,有些时候数据不足该怎么办呢,当然要用到数据增强啦. 这篇文章就是记录我最近收集的一些数据预处理的方式 处理长宽不同的图片 对于很多分类.目标检测算法,输入的图片长宽是一样的,如224,22

  • Go微服务项目配置文件的定义和读取示例详解

    目录 前言 场景 定义配置 配置文件 加载配置文件 实现原理 总结 项目地址 前言 我们在写应用时,基本都会用到配置文件,从各种 shell 到 nginx 等,都有自己的配置文件.虽然这没有太多难度,但是配置项一般相对比较繁杂,解析.校验也会比较麻烦.本文就给大家讲讲我们是怎么简化配置文件的定义和解析的. 场景 如果我们要写一个 Restful API 的服务,配置项大概有如下内容: Host,侦听的 IP,如果不填,默认用 0.0.0.0 Port,侦听的端口,必填,只能是数字,大于等于80

  • Golang 实现 RTP音视频传输示例详解

    目录 引言 RTP 数据包头部字段 Golang 的相关实现 结尾 引言 在 Coding 之前我们先来简单介绍一下 RTP(Real-time Transport Protocol), 正如它的名字所说,用于互联网的实时传输协议,通过 IP 网络传输音频和视频的网络协议. 由音视频传输工作小组开发,1996 年首次发布,并提出了以下使用设想. 简单的多播音频会议 使用 IP 的多播服务进行语音通信.通过某种分配机制,获取多播组地址和端口对.一个端口用于音频数据的,另一个用于控制(RTCP)包,

随机推荐