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Go reflect 反射の詳細

Go reflect 反射パッケージの詳細解説

新しい用語に触れるとき、私たちがすべきことは、その定義を知り、できるだけ早く適応することです。反射はそのような用語の一つです。

まずは定義:反射は、プログラムが実行時にその構造、変数、メソッドなどの情報を検査および操作することを可能にします。Go 言語は反射パッケージ(reflect)を提供しており、これにより実行時に動的に型情報を取得し、オブジェクトのフィールドやメソッドを操作することができます。

あなたは今、定義を知りました。次に、この新しい用語が自分の世界に現れることに適応し、できるだけ早くそれに慣れる必要があります。

どうやって早く適応するのでしょうか?それは大量の練習を通じて、できるだけ実践で使うことです。

ps: 本文の最後の反射の例は、私たちの会社内部で使用しているフレームワークの小さなデモであり、メソッド名を通じて HTTP メソッドを自動登録することができます。

本文開始:

反射の使い方#

Go 言語では、各フィールドには以下があります:

例えば

A := 10 // a の型は int で、値は 10 です。これは Go 言語の構文糖が簡単に型を作成するのを助けています。
var a int = 10 // 実際にはこのように作成すべきで、値を宣言する際に型を明示します。

Reflect の二つの主要な型は reflect.Typereflect.Value であり、これにより任意のオブジェクトの Type と Value を取得できます。

Type#

変数の型情報を取得したい場合は、reflect.TypeOf 関数を使用できます。以下は reflect.TypeOf を使用した例です:

package main

import (
	"fmt"
	"reflect"
)

func main() {
	var num int = 42
	var str string = "Hello, Reflect!"

	fmt.Println(reflect.TypeOf(num))  // 出力: int
	fmt.Println(reflect.TypeOf(str))  // 出力: string
}

実際には reflect には Type だけでなく Kind もあります。Kind はフィールドの底層型と理解できます。例えば、以下の例を見てください。

	var a myFloat64 // カスタム型
	var b *float64  // ポインタ

	reflectType(a) // 出力:TypeOf: main.myFloat64, 型:myFloat64, 種類:float64
	reflectType(b) // 出力:TypeOf: *float64, 型:, 種類:ptr

	type Person struct {
		Name string
		Age  int
	}
	var p = Person{
		Name: "Lixin",
		Age:  21,
	}
	reflectType(p) // TypeOf: TypeOf: main.Person, 型:Person, 種類:struct

スライス、マップ、ポインタなどの変数の .Name はすべて空であることに注意できます。これらは Go 言語では型の底層実装または派生型と見なされ、具体的な命名型ではありません。

配列とスライス型については、Go 言語ではその名前が式の形式で表されます。例えば、[5] int は長さ 5 の整数型配列を表し、[] string は文字列スライスを表します。これらの型は式によって定義されているため、具体的な命名型ではなく、したがってそれらの .Name() メソッドは空を返します。

マップ型については、その名前は map であり、具体的なキー型や値型の情報は含まれていません。なぜなら、マッピング型は Go 言語での組み込み型であり、異なるキー型や値型を使用してインスタンス化できるため、その .Name() メソッドは空を返します。

ポインタ型については、その名前はポインタが指す型の名前に * を付けたものです。例えば、*int 型のポインタ変数の場合、その名前は *int です。しかし、ポインタ型自体には具体的な命名がなく、他の型への参照に過ぎないため、その .Name() メソッドは空を返します。

このように設計された目的は、Go 言語の型システムと構文の規約に従うことです。反射を通じて、私たちは .Kind() メソッドを使用してこれらの型の種類情報を取得し、さらに判断や処理を行うことができます。

ここで、reflect パッケージ内で Go の本当の Kind の定義をさらに知ることができます。

// go reflect 標準ライブラリのソースコード
// A Kind は、Type が表す特定の型の種類を表します。
// ゼロ Kind は有効な種類ではありません。
type Kind uint

const (
	Invalid Kind = iota
	Bool
	Int
	Int8
	Int16
	Int32
	Int64
	Uint
	Uint8
	Uint16
	Uint32
	Uint64
	Uintptr
	Float32
	Float64
	Complex64
	Complex128
	Array
	Chan
	Func
	Interface
	Map
	Pointer
	Slice
	String
	Struct
	UnsafePointer
)

Value#

Reflect の Value 型は、Go における各フィールドの値情報です。ValueOf() を通じて原始値情報を取得できます。

以下はその中のいくつかの一般的なメソッドです:

  • Interface ():reflect.Value が保持する原始値を表す interface {} 型の値を返します。型アサーションを通じて具体的な型に変換できます。
  • Bool ():bool 型の原始値を返します。
  • Int ():int 型の原始値を返します。
  • Float ():float64 型の原始値を返します。
  • String ():string 型の原始値を返します。
  • Type ():reflect.Type 型を返し、reflect.Value が保持する値の型を表します。

以下の例で、どのように使うかを理解できるはずです:

package main

import (
	"fmt"
	"reflect"
)

func main() {
	// reflect.ValueOf を使用して reflect.Value を取得
	v := reflect.ValueOf(42)

	// 原始値を取得
	value := v.Interface()
	fmt.Println(value) // 出力: 42

	// 型アサーションを使用して原始値を具体的な型に変換
	if i, ok := value.(int); ok {
		fmt.Println(i * 2) // 出力: 84
	}

	// 他のメソッドを使用して原始値を取得
	b := reflect.ValueOf(true).Bool()
	fmt.Println(b) // 出力: true

	f := reflect.ValueOf(3.14).Float()
	fmt.Println(f) // 出力: 3.14

	s := reflect.ValueOf("hello").String()
	fmt.Println(s) // 出力: hello

	t := reflect.ValueOf(42).Type()
	fmt.Println(t) // 出力: int
}

反射を通じて変数の底層値を変更する#

package main

import (
	"fmt"
	"reflect"
)

type Person struct {
	Name string
	Age  int
}

func main() {
	p := Person{Name: "Alice", Age: 25}

	// 反射を使用して変数のポインタ値を取得
	// ここではポインタでなければならず、底層ポインタを通じて値を変更するためです
	v := reflect.ValueOf(&p)

	// ポインタ型であり、アドレス可能かどうかを確認
	if v.Kind() == reflect.Ptr && v.Elem().CanSet() {
		// ポインタが指す値を取得
		elem := v.Elem()

		// フィールドの値を取得し、変更
		nameField := elem.FieldByName("Name")
		if nameField.IsValid() && nameField.Kind() == reflect.String {
			nameField.SetString("Bob")
		}

		ageField := elem.FieldByName("Age")
		if ageField.IsValid() && ageField.Kind() == reflect.Int {
			ageField.SetInt(30)
		}
	}

	fmt.Printf("%+v", p) // 出力: {Name:Bob Age:30}
}

IsValid#

前の例で触れなかったメソッド IsValid() に気づいたかもしれません。

func (v Value) IsValid() bool は、v が値を保持しているかどうかを返します。もし v が Value のゼロ値であれば、偽を返します。この場合、v は IsValid、String、Kind 以外のメソッドを呼び出すと panic になります。

func (v Value) IsNil() bool は、IsNil () が v が保持する値が nil であるかどうかを報告します。v が保持する値の分類は、チャネル、関数、インターフェース、マップ、ポインタ、スライスのいずれかでなければならず、そうでない場合は IsNil 関数が panic になります。

package main

import (
	"fmt"
	"reflect"
)

type Person struct {
	Name string
	Age  int
}

func main() {
	// *int 型の空ポインタ
	var a *int
	fmt.Println("var a *int IsNil:", reflect.ValueOf(a).IsNil()) //var a *int IsNil: true
	// nil 値
	fmt.Println("nil IsValid:", reflect.ValueOf(nil).IsValid()) // nil IsValid: false
	// 匿名構造体をインスタンス化
	b := struct{}{}
	// 構造体から "abc" フィールドを探そうとする
	fmt.Println("存在しない構造体メンバー:", reflect.ValueOf(b).FieldByName("abc").IsValid()) // 存在しない構造体メンバー: false
	// 構造体から "abc" メソッドを探そうとする
	fmt.Println("存在しない構造体メソッド:", reflect.ValueOf(b).MethodByName("abc").IsValid()) // 存在しない構造体メソッド: false
	// マップ
	c := map[string]int{}
	// マップから存在しないキーを探そうとする
	fmt.Println("マップ中存在しないキー:", reflect.ValueOf(c).MapIndex(reflect.ValueOf("娜扎")).IsValid()) // マップ中存在しないキー: false
}

構造体反射#

reflect から型情報を取得した後、型が構造体であれば、NumField () と Field () メソッドを通じて構造体メンバーの詳細情報を取得できます。さらには、型のインスタンスを通じて型のメソッドを取得することもできます。

例えば、以下の例を見てください:

package main

import (
	"fmt"
	"reflect"
)

type Person struct {
	Name   string
	Age    int
	Height float64
}

func (p Person) SayHello() {
	fmt.Println("Hello, my name is", p.Name)
}

func main() {
	p := Person{
		Name:   "John",
		Age:    30,
		Height: 1.75,
	}

	// 構造体フィールド情報を取得
	t := reflect.TypeOf(p)
	fmt.Println("構造体フィールド:")
	for i := 0; i < t.NumField(); i++ {
		field := t.Field(i)
		fmt.Printf("名前: %s, 型: %s\n", field.Name, field.Type)
	}

	// フィールド名に基づいて構造体フィールド情報を取得
	field, ok := t.FieldByName("Age")
	if ok {
		fmt.Println("\n名前によるフィールド:")
		fmt.Printf("名前: %s, 型: %s\n", field.Name, field.Type)
	}

	// 構造体メソッド情報を取得
	v := reflect.ValueOf(p)
	fmt.Println("\nメソッド:")
	for i := 0; i < t.NumMethod(); i++ {
		method := t.Method(i)
		fmt.Printf("名前: %s, 型: %s\n", method.Name, method.Type)
	}

	// メソッド名に基づいて構造体メソッド情報を取得
	method, ok := t.MethodByName("SayHello")
	if ok {
		fmt.Println("\n名前によるメソッド:")
		fmt.Printf("名前: %s, 型: %s\n", method.Name, method.Type)
	}
}
// 出力
構造体フィールド:
名前: Name, 型: string
名前: Age, 型: int
名前: Height, 型: float64

名前によるフィールド:
名前: Age, 型: int

メソッド:
名前: SayHello, 型: func(main.Person)

名前によるメソッド:
名前: SayHello, 型: func(main.Person)

上記の例から、reflect の力を理解できるでしょう。例えば、特定の構造体のメソッドを通じて、メソッド名を一定の形式で書くだけで、HTTP メソッドを自動登録することができます。例えば、Service という構造体があり、その下に Get_XXX と書けば、/xxx というパスの GET サービスが登録されます。以下はその例です:

package main

import (
	"fmt"
	"net/http"
	"reflect"
	"strings"
)

type Service struct{}

func (s *Service) Get_Hubs(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
	fmt.Println("Handling GET request for /hubs")
}

func (s *Service) Post_Name(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
	fmt.Println("Handling POST request for /name")
}

func RegisterHTTPHandlers(service interface{}) {
	svcType := reflect.TypeOf(service)
	svcValue := reflect.ValueOf(service)

	for i := 0; i < svcType.NumMethod(); i++ {
		method := svcType.Method(i)
		methodName := method.Name

		if strings.HasPrefix(methodName, "Get_") || strings.HasPrefix(methodName, "Post_") {
			parts := strings.Split(methodName, "_")
			if len(parts) < 2 {
				continue
			}

			path := "/" + strings.ToLower(strings.Join(parts[1:], "/"))
			handler := svcValue.MethodByName(methodName).Interface().(func(http.ResponseWriter, *http.Request))
			http.HandleFunc(path, func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
				switch r.Method {
				case http.MethodGet:
					if strings.HasPrefix(methodName, "Get_") {
						handler(w, r)
					} else {
						http.Error(w, "Method Not Allowed", http.StatusMethodNotAllowed)
					}
				case http.MethodPost:
					if strings.HasPrefix(methodName, "Post_") {
						handler(w, r)
					} else {
						http.Error(w, "Method Not Allowed", http.StatusMethodNotAllowed)
					}
				default:
					http.Error(w, "Method Not Allowed", http.StatusMethodNotAllowed)
				}
			})
		}
	}
}

func main() {
	service := &Service{}
	RegisterHTTPHandlers(service)

	fmt.Println("Listening on http://localhost:8889")
	http.ListenAndServe(":8889", nil)
}

この例では、Service 構造体を定義し、その中に Get_Hubs () と Post_Name () の二つのメソッドを含めました。そして、メソッドの名前に基づいて自動的に HTTP ハンドラを登録する RegisterHTTPHandlers () 関数を作成しました。

このプログラムは get hubspost name のメソッドを登録し、curl や postman ツールを使って 8889 にそれぞれのリクエストを送信すると、ターミナルにこれらが表示されます。

Listening on http://localhost:8889
Handling POST request for /name
Handling GET request for /hubs

さらに考えてみると、GET と POST リクエストメソッドを登録できるのであれば、動的にパラメータをバインドするなどの操作もできるのではないでしょうか。反射を通じて、私たちはそれを実現できます。

まとめ#

この記事では、Go 言語における反射パッケージ(reflect)の使用方法について説明しました。反射は、プログラムが実行時にその構造、変数、メソッドなどの情報を検査および操作することを可能にします。反射を通じて、動的に型情報を取得し、オブジェクトのフィールドやメソッドを操作することができます。

まず、反射の定義とその作用を説明し、反射パッケージ内の二つの主要な型、reflect.Typereflect.Value に言及しました。reflect.TypeOf 関数は変数の型情報を取得するために使用され、reflect.ValueOf 関数は変数の値情報を取得するために使用されます。

変数の型情報と値情報を取得する方法を紹介しました。例のコードを通じて、reflect.TypeOfreflect.ValueOf 関数の使い方を示し、reflect.Typereflect.Value 型の一般的なメソッド、例えば Interface()Bool()Int()Float()String() などを紹介しました。

また、IsValid()IsNil() メソッドの使用についても言及し、反射値が有効かどうか、または nil であるかを判断するために使用されます。

次に、反射を使用して変数の底層値を変更する方法を紹介しました。例のコードを通じて、反射を使用して変数のポインタ値を取得し、SetString()SetInt() などのメソッドを使用して構造体のフィールド値を変更する方法を示しました。

その後、構造体反射について詳しく説明しました。例のコードを通じて、反射を使用して構造体のフィールド情報やメソッド情報を取得する方法を示し、NumField()Field()Method()MethodByName() などのメソッドを使用しました。

最後に、反射を通じて HTTP メソッドを自動登録する機能のアプリケーション例を示しました。構造体のメソッド名を解析することで、特定の命名形式を満たすメソッドを自動的に対応する HTTP サービスとして登録します。

全体として、この記事では Go 言語における反射パッケージの使用方法、型情報や値情報の取得、変数値の変更、構造体の反射などの操作について詳しく説明しました。反射は強力な機能であり、特定のシーンで柔軟性と便利さを提供します。しかし、反射は実行時情報を使用するため、一定の性能損失を伴うため、性能に敏感なシーンでは注意が必要です。

参考:
https://www.liwenzhou.com/posts/Go/reflect/ 李文周ブログ

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