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：
typeMyIntint
variint
varjMyInt
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：
//ReaderistheinterfacethatwrapsthebasicReadmethod.
typeReaderinterface{
Read(p[]byte)(nint,errerror)
}
//WriteristheinterfacethatwrapsthebasicWritemethod.
typeWriterinterface{
Write(p[]byte)(nint,errerror)
}
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Readerinterface可以存储任意的实现了Read方法的类型：
varrio.Reader
r=os.Stdin
r=bufio.NewReader(r)
r=new(bytes.Buffer)
//andsoon
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，concretetype）。例如：
varrio.Reader
tty,err:=os.OpenFile("/dev/tty",os.O_RDWR,0)
iferr!=nil{
returnnil,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：
varwio.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：
varemptyinterface{}
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，concretetype）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：
packagemain
import(
"fmt"
"reflect"
)
funcmain(){
varxfloat64=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：
//TypeOfreturnsthereflectionTypeofthevalueintheinterface{}.
funcTypeOf(iinterface{})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：
//ValueOfreturnsanewValueinitializedtotheconcretevalue
//storedintheinterfacei.ValueOf(nil)returnsthezeroValue.
funcValueOf(iinterface{})Value
示例：
varxfloat64=3.4
v:=reflect.ValueOf(x)
fmt.Println("type:",v.Type())
fmt.Println("kindisfloat64:",v.Kind()==reflect.Float64)
fmt.Println("value:",v.Float())
结果输出：
type:float64
kindisfloat64: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{}：
//Interfacereturnsv'svalueasaninterface{}.
func(vValue)Interface()interface{}
示例：
y:=v.Interface().(float64)//ywillhavetypefloat64.
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：
varxfloat64=3.4
v:=reflect.ValueOf(x)
v.SetFloat(7.1)//Error:willpanic
报错如下：
panic:reflect.Value.SetFloatusingunaddressablevalue
可以通过反射对象Value的CanSet方法判断是否是可修改的：
varxfloat64=3.4
v:=reflect.ValueOf(x)
fmt.Println("settabilityofv:",v.CanSet())
输出：
settabilityofv:false
可被修改的情况：
varxfloat64=3.4
p:=reflect.ValueOf(&x)//Note:taketheaddressofx.
fmt.Println("typeofp:",p.Type())
fmt.Println("settabilityofp:",p.CanSet())
输出：
typeofp:*float64
settabilityofp: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("settabilityofv:",v.CanSet())
输出：
settabilityofv: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：
typeTstruct{
Aint
Bstring
}
t:=T{23,"skidoo"}
s:=reflect.ValueOf(&t).Elem()
typeOfT:=s.Type()
fori:=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:Aint=23
1:Bstring=skidoo
修改：
s.Field(0).SetInt(77)
s.Field(1).SetString("SunsetStrip")
fmt.Println("tisnow",t)
程序输出：
tisnow{77SunsetStrip}
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：
funcMarshal(vinterface{})([]byte,error)
给定一个Golang的结构体Message：
typeMessagestruct{
Namestring
Bodystring
Timeint64
}
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Golangmap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：
funcUnmarshal(data[]byte,vinterface{})error
首先我们必须要先创建解码数据存储的变量：
varmMessage
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"}`)
varmMessage
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UnmarshalJson对象作为interface{}值时，默认Golang的concretetype为：
Jsonbooleans类型默认为bool
Json数字默认为float64
Jsonstrings默认为string
Jsonnull默认为nil
示例：
b:=[]byte(`{"Name":"Wednesday","Age":6,"Parents":["Gomez","Morticia"]}`)
varfinterface{}
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：
fork,v:=rangem{
switchvv:=v.(type){
casestring:
fmt.Println(k,"isstring",vv)
casefloat64:
fmt.Println(k,"isfloat64",vv)
case[]interface{}:
fmt.Println(k,"isanarray:")
fori,u:=rangevv{
fmt.Println(i,u)
}
default:
fmt.Println(k,"isofatypeIdon'tknowhowtohandle")
}
}
上述示例中，可以定义一个结构体来存储：
typeFamilyMemberstruct{
Namestring
Ageint
Parents[]string
}
varmFamilyMember
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。
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