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golang中反射与接口的关系

golang中interface底层分析文中分析了接口的底层原理。其中接口的内部结构分两种一种是iface接口,就是有方法的接口,另一种是eface是空接口。不管是哪种都有两个字段:data、_type 代表接口变量的数据和变量类型信息。那它和反射类型有什么关系吗?今天的文章就是分析接口变量和反射变量的关系。

环境:go version go1.12.5 linux/amd64

1 类型方法 reflect.TypeOf(interface{})

示例1代码如下图:

图片.png

输出I

变量x的类型是I,那将x传入TypeOf()函数之后 Name()函数是如何获取到变量x的类型信息的呢? 接下来我们一步一步分析,第12行代码的Name()函数是如何获取到类型I的。

看一下TypeOf(interface)函数的实现:

func TypeOf(i interface{}) Type {
	eface := *(*emptyInterface)(unsafe.Pointer(&i))
	return toType(eface.typ)
}
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我们发现TypeOf的参数是接口类型,就是说变量x的副本被包装成了runtime/runtime2.go中定义的eface(空接口)。然后将eface强制转换成了emptyInterface,如下是reflect和runtime包下定义两个空接口:

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

//runtime/runtime2.go
type eface struct {
	_type *_type
	data  unsafe.Pointer
}
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发现和runtime包中的空接口很像,emptyInterface.word,runtime.eface字段类型是相同的。那就看看rtype和_type是否相同呢?

//reflect/type.go
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
	alg        *typeAlg // algorithm table
	gcdata     *byte    // garbage collection data
	str        nameOff  // string form
	ptrToThis  typeOff  // type for pointer to this type, may be zero
}

//runtime/type.go
type _type struct {
	size       uintptr
	ptrdata    uintptr // size of memory prefix holding all pointers
	hash       uint32
	tflag      tflag
	align      uint8
	fieldalign uint8
	kind       uint8
	alg        *typeAlg
	// gcdata stores the GC type data for the garbage collector.
	// If the KindGCProg bit is set in kind, gcdata is a GC program.
	// Otherwise it is a ptrmask bitmap. See mbitmap.go for details.
	gcdata    *byte
	str       nameOff
	ptrToThis typeOff
}
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完全一样所以就可以毫无顾虑转换了。 也就是说emptyInterface.rtype结构体里已经有x的类型信息了。接下来继续看Name()函数是如何获取到类型的字符串信息的: Type(interface{})函数里有个toType()函数,去看一下:

//reflect/type.go
func toType(t *rtype) Type {
	if t == nil {
		return nil
	}
	return t
}
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上面代码是将*rtype直接转换成了Type类型了,那Type类型是啥?

//reflect/type.go
type Type interface {
......
    Name() string
......
}
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其实Type是个接口类型。

那*rtype肯定实现了此接口中的方法,其中就包括Name()方法。找到了Name()的实现函数如下。如果不先看Name()的实现,其实也能猜到:就是从*rtype类型中定位数据获取数据并返回给调用者的过程,因为*rtype里面有包含值变量类型等信息。

func (t *rtype) Name() string {
	if t.tflag&tflagNamed == 0 {
		return ""
	}
	s := t.String()
	i := len(s) - 1
	for i >= 0 {
		if s[i] == '.' {
			break
		}
		i--
	}
	return s[i+1:]
}
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重点看一下t.String()

func (t *rtype) String() string {
	s := t.nameOff(t.str).name()
	if t.tflag&tflagExtraStar != 0 {
		return s[1:]
	}
	return s
}
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再重点看一下nameOff():

func (t *rtype) nameOff(off nameOff) name {
	return name{(*byte)(resolveNameOff(unsafe.Pointer(t), int32(off)))}
}
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从名字可以猜测出Off是Offset的缩写(这个函数里面的具体逻辑就探究了)进行偏移从而得到对应内存地址的值。 String()函数中的name()函数如下:


func (n name) name() (s string) {
	if n.bytes == nil {
		return
	}
	b := (*[4]byte)(unsafe.Pointer(n.bytes))

	hdr := (*stringHeader)(unsafe.Pointer(&s))
	hdr.Data = unsafe.Pointer(&b[3])
	hdr.Len = int(b[1])<<8 | int(b[2])
	return s
}
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name()函数的逻辑是根据nameOff()返回的*byte(就是类型信息的首地址)计算出字符串的Data和Len位置,然后通过返回值&s包装出stringHeader(字符串原型)并将Data,Len赋值给字符串原型,从而将返回值s赋值。

总结 : 普通的变量 => 反射中Type类型 => 获取变量类型信息 。

1,变量副本包装成空接口runtime.eface

2,将runtime.eface转换成reflat.emptyInterface(结构都一样)。

3,将*emptyInterface.rtype 转换成 reflect.Type接口类型(包装成runtime.iface结构体类型)。

4,接口类型变量根据runtime.iface.tab.fun找到reflat.Name()函数。

5,reflect.Name()根据*rtype结构体str(nameoff类型)找到偏移量。

6,根据偏移量和基地址(基地址没有在*rtype中,这块先略过)。找到类型内存块。

7,包装成stringHeader类型返回给调用者。

其实核心就是将runtime包中的eface结构体数据复制到reflect包中的emptyInterface中然后在从里面获取相应的值类型信息。

refact.Type接口里面的其他方法就不在在这里说了,核心思想就是围绕reflat.emptyInterface中的数据进行查找等操作。

2 值方法 reflect.ValueOf(interface{})

package main
import (
	"reflect"
	"fmt"
)
func main() {
	var a = 3
	v := reflect.ValueOf(a)
	i := v.Interface()
	z := i.(int)
	fmt.Println(z)
}
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看一下reflect.ValueOf()实现:

func ValueOf(i interface{}) Value {
	....
	return unpackEface(i)
}
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返回值是Value类型:

type Value struct {
	typ *rtype
	ptr unsafe.Pointer
	flag //先忽略
}
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Value是个结构体类型,包含着值变量的类型和数据指针。


func unpackEface(i interface{}) Value {
	e := (*emptyInterface)(unsafe.Pointer(&i))

	t := e.typ
	if t == nil {
		return Value{}
	}
	f := flag(t.Kind())
	if ifaceIndir(t) {
		f |= flagIndir
	}
	return Value{t, e.word, f}
}
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具体实现是在unpackEface(interface{})中:

    e := (*emptyInterface)(unsafe.Pointer(&i))
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和上面一样从*runtime.eface转换成*reflect.emptyInterface了。 最后包装成Value:

    return Value{t, e.word, f}
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继续看一下示例代码:

    i := v.Interface()
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的实现:

func (v Value) Interface() (i interface{}) {
	return valueInterface(v, true)
}

func valueInterface(v Value, safe bool) interface{} {
	......
	return packEface(v)
}

func packEface(v Value) interface{} {
	t := v.typ
	var i interface{}
	e := (*emptyInterface)(unsafe.Pointer(&i))
	switch {
	case ifaceIndir(t):
		if v.flag&flagIndir == 0 {
			panic("bad indir")
		}
               //将值的数据信息指针赋值给ptr
		ptr := v.ptr
		if v.flag&flagAddr != 0 {
			c := unsafe_New(t)
			typedmemmove(t, c, ptr)
			ptr = c
		}
                //为空接口赋值
		e.word = ptr 
	case v.flag&flagIndir != 0:
		e.word = *(*unsafe.Pointer)(v.ptr)
	default:
		e.word = v.ptr
	}
        //为空接口赋值
	e.typ = t
	return i
}
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最终调用了packEface()函数,从函数名字面意思理解是打包成空接口。 逻辑是:从value.typ信息包装出reflect.emptyInterface结构体信息,然后将reflect.eface写入i变量中,又因为i是interface{}类型,编译器又会将i转换成runtime.eface类型。

z := i.(int)
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根据字面量int编译器会从runtime.eface._type中查找int的值是否匹配,如果不匹配panic,匹配i的值赋值给z。

总结:从值变量 => value反射变量 => 接口变量:

1,包装成value类型。

2,从value类型中获取rtype包装成reflect.emptyInterface类型。

3,reflect.eface编译器转换成runtime.eface类型。

4,根据程序z :=i(int) 从runtime.eface._type中查找是否匹配。

5,匹配将值赋值给变量z。

总结:Value反射类型转interface{}类型核心还是reflet.emptyInterface与runtime.eface的相互转换。

参考:

Golang反射包的实现原理(The Laws of Reflection)

译|interface 和反射的关系