手把手教你用 reflect 包解析 Go 的结构体 - Step 1: 参数类型检查

引言

Go 原生的 encoding/json 的 Unmarshal 和 Marshal 函数的入参为 interface{}，并且能够支持任意的 struct 或 map 类型。这种函数模式，具体是如何实现的呢？本文便大略探究一下这种实现模式的基础：reflect 包。

基本概念

interface{}

初学 Go，很快就会接触到 Go 的一个特殊类型：interface。Interface 的含义是：实现指定 interface 体内定义的函数的所有类型。举个例子，我们有以下的接口定义：

type Dog interface{
    Woof()
}

那么只要是实现了 Woof() 函数（汪汪叫），都可以认为是实现了 Dog 接口的类型。注意，是所有类型，不局限于复杂类型或者是基本类型。比如说我们用 int 重新定义一个类型，也是可以的：

type int FakeDog

func (d FakeDog) Woof() {
    // do hothing
}

好，接下来，我们又会见到一个常见的写法：interface{}，interface 单词紧跟着一个未包含任何内容的花括号。我们要知道，Go 支持匿名类型，因此这依然是一种接口类型，只是这个接口没有规定任何需要实现的函数。

那么从语义上我们可以知道，任意类型都符合这个接口的定义。反过来说，interface{} 就可以用来表示任意类型。这就是 json marshaling 和 unmarshaling 的入参。

reflect

OK，虽然有了 interface{} 用于表示 “任意类型”，但是我们最终总得解析这个 “任意类型” 参数吧？Go 提供了 reflect 包，用来解析。这就是中文资料中常提的 “反射机制”。反射可以做很多事情，本文中我们主要涉及解析结构体的部分。

以下，我们设定一个实验 / 应用场景，来一步步介绍 reflect 的用法和注意事项。

实验场景

各种主流的序列化 / 反序列化协议如 json、yaml、xml、pb 什么的都有权威和官方的库了；不过在 URL query 场景下，相对还不特别完善。我们就拿这个场景来玩一下吧 —— URL query 和 struct 互转。

首先我们定义一个函数：

func Marshal(v interface{}) ([]byte, error)

内部实现上，逻辑是先解析入参的字段信息，转成原生的 url.Values 类型，然后再调用 Encode 函数转为字节串输出即可，这样一来特殊字符的转义咱们就不用操心了。

func Marshal(v interface{}) ([]byte, error) {
    kv, err := marshalToValues(v)
    if err != nil {
        return nil, err
    }
    s := kv.Encode()
    return []byte(s), nil
}

func marshalToValues(in interface{}) (kv url.Values, err error) {
    // ......
}

入参类型检查 —— reflect.Type

首先我们看到，入参是一个 interface{}，也就是 “任意类型”。表面上是任意类型，但实际上并不是所有数据类型都是支持转换的呀，因此这里我们就需要对入参类型进行检查。

这里我们就遇到了第一个需要认识的数据类型：reflect.Type。reflect.Type 通过 reflect.TypeOf(v) 或者是 reflect.ValueOf(v).Type() 获得，这个类型包含了入参的所有与数据类型相关的信息：

func marshalToValues(in interface{}) (kv url.Values, err error) {
    if in == nil {
        return nil, errors.New("no data provided")
    }

    v := reflect.ValueOf(in)
    t := v.Type()

    // ......
}

按照需求，我们允许的入参是结构体或者是结构体指针。这里用到的是 reflect.Kind 类型。

Kind 和 type 有什么区别呢？首先我们知道，Go 是强类型语言（超强！），使用 type newType oldType 这样的语句定义出来的两个类型，虽然可以通过显式的类型转换，但是直接进行赋值、运算、比较等等操作时，是无法通过的，甚至可能造成 panic：

package main

import "fmt"

func main() {
    type str string
    s1 := str("I am a str")
    s2 := "I am a string"
    fmt.Println(s1 == s2)
}

// go run 无法通过，编译信息为：
// ./main.go:9:17: invalid operation: s1 == s2 (mismatched types str and string)

这里，我们说 str 和 string 的 type 是不同的。但是我们可以说，str 和 string 的 kind 是相同的，为什么呢？Godoc 对 Kind 的说明为:

• A Kind represents the specific kind of type that a Type represents. The zero Kind is not a valid kind.

注意 “kind of type”，kind 是对 type 的进一步分类，Kind 涵盖了所有的 Go 数据类型，通过 Kind，我们可以知道一个变量的底层类型是什么。Kind 是一个枚举值，下面是完整的列表：

• reflect.Invaid: 表示不是一个合法的类型值
• reflect.Bool: 布尔值，任意 type xxx bool 甚至是进一步串联下去的定义，都是这个 kind。以下类似。
• reflect.Int, reflect.Int64, reflect.Int32, reflect.Int16, reflect.Int8: 各种有符号整型类型。严格而言这些类型的 kind 都不同，不过往往可以一并处理。原因后面会提及。
• reflect.Uint, reflect.Uint64, reflect.Uint32, reflect.Uint16, reflect.Uint8: 各种无符号整型类型。
• reflect.Uintptr: uintptr 类型
• reflect.Float32, reflect.Float64: 浮点类型
• reflect.Complex32, reflect.Complex64: 复数类型
• reflect.Array: 数组类型。注意与切片的差异
• reflect.Chan: Go channel 类型
• reflect.Func: 函数
• reflect.Interface: interface 类型。自然地，interface{} 也属于此种类型
• reflect.Map: map 类型
• reflect.Ptr: 指针类型
• reflect.Slice: 切片类型。注意与数组的差异
• reflect.String: string 类型
• reflect.Struct: 结构体类型
• reflect.UnsafePointer: unsafe.Pointer 类型

看着好像有点眼花缭乱？没关系，我们这里先作最简单的检查——现阶段我们检查整个函数的入参，只允许结构体或者是指针类型，其他的一概不允许。OK，咱们的入参数检查可以这么写：

func marshalToValues(in interface{}) (kv url.Values, err error) {
    // ......

    v := reflect.ValueOf(in)
    t := v.Type()

    if k := t.Kind(); k == reflect.Struct || k == reflect.Ptr {
        // OK
    } else {
        return nil, fmt.Errorf("invalid type of input: %v", t)
    }

    // ......
}

入参检查还没完。如果入参是一个 struct，那么很好，我们可以摩拳擦掌了。但如果入参是指针，要知道，指针可能是任何数据类型的指针呀，所以我们还需要检查指针的类型。

如果入参是一个指针，我们可以跳用 reflect.Type 的 Elem() 函数，获得它作为一个指针，指向的数据类型。然后我们再对这个类型做检查即可了。

这次，我们只允许指向一个结构体，同时，这个结构体的值不能为 nil。这一来，入参合法性检查的代码挺长了，咱们把合法性检查抽成一个专门的函数吧。因此上面的函数片段，我们改写成这样：

func marshalToValues(in interface{}) (kv url.Values, err error) {
    v, err := validateMarshalParam(in)
    if err != nil {
        return nil, err
    }

    // ......
}

func validateMarshalParam(in interface{}) (v reflect.Value, err error) {
    if in == nil {
        err = errors.New("no data provided")
        return
    }

    v = reflect.ValueOf(in)
    t := v.Type()

    if k := t.Kind(); k == reflect.Struct {
        // struct 类型，那敢情好，直接返回
        return v, nil 

    } else if k == reflect.Ptr {
        if v.IsNil() { 
            // 指针类型，值为空，那就算是 struct 类型，也无法解析
            err = errors.New("nil pointer of a struct is not supported")
            return
        }

        // 检查指针指向的类型是不是 struct
        t = t.Elem()
        if t.Kind() != reflect.Struct {
            err = fmt.Errorf("invalid type of input: %v", t)
            return
        }

        return v.Elem(), nil
    }

    err = fmt.Errorf("invalid type of input: %v", t)
    return
}

入参值迭代 —— reflect.Value

从上一个函数中，我们遇到了需要认识的第二个数据类型：reflect.Value。reflect.Value 通过 reflect.ValueOf(v) 获得，这个类型包含了目标参数的所有信息，其中也包含了这个变量所对应的 reflect.Type。在入参检查阶段，我们只涉及了它的三个函数：

• Type(): 获得 reflect.Type 值
• Elem(): 当变量为指针类型时，则获得其指针值所对应的 reflect.Value 值
• IsNil(): 当变量为指针类型时，可以判断其值是否为空。其实也可以跳过 IsNil 的逻辑继续往下走，那么在 t = t.Elem() 后面，会拿到 reflect.Invalid 值。

下一步

本文入了个门，检查了一下 interface{} 类型的入参。下一步我们就需要探索 reflect.Value 格式的结构体内部成员了，敬请期待。此外，本文的代码也可以在 Github 上找到，本阶段的代码对应 Commit 915e331。

参考资料

• Checking reflect.Kind on interface{} return invalid result
• Go reflection 三定律与最佳实践 - 3. reflect.Value 数据结构

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原作者： amc，原文发布于云+社区，也是本人的博客。欢迎转载，但请注明出处。

原文标题：《手把手教你用 reflect 包解析 Go 的结构体 - Step 1: 参数类型检查》

发布日期：2021-06-28

原文链接：https://cloud.tencent.com/developer/article/1839823。