接口（Interfaces）与反射（reflection）如何利用字符串驱动不同的事件动态地导入函数、模块

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标准库内部如何实现接口的

package main

import (

	"fmt"

	"io"

	"net/http"

	"os"

)

func init() {

	if len(os.Args) != 2 {

		fmt.Println("Usage:./example2 <url>")

		os.Exit(-1)

	}

}

func main() {

	r, err := http.Get(os.Args[1])

	if err != nil {

		fmt.Println(err)

		return

	}

	// 从Body复制到Stdout

	io.Copy(os.Stdout, r.Body)

	if err := r.Body.Close(); err != nil {

		fmt.Println(err)

	}

}

package main

import (

	"bytes"

	"fmt"

	"io"

	"os"

)

func main() {

	var b bytes.Buffer

	// 将字符串写入Buffer

	b.Write([]byte("Hello"))

	// 使用Fprintf将字符串拼接到Buffer

	fmt.Fprintf(&b, "World!")

	io.Copy(os.Stdout, &b)

}

io.Copy(实现了io.Writer接口的值,实现了io.Reader接口的值)

package main

import "fmt"

type notifier interface {

	notify()

}

type user struct {

	name  string

	email string

}

func (u *user) notify() {

	fmt.Printf("Sending user email to %s<%s>\n", u.name, u.email)

}

func sendNotification(n notifier) {

	n.notify()

}

func main() {

	u := user{"Bill", "bill@email.com"}

	sendNotification(&u)

}

sendNotification 接受一个实现了notifier接口的值并发送通知

package main

import "fmt"

type user struct {

	name  string

	email string

}

type admin struct {

	user

	level string

}

func (u *user) notify() {

	fmt.Printf("Sending user email to %s<%s>\n", u.name, u.email)

}

type notifier interface {

	notify()

}

func sendNotification(n notifier) {

	n.notify()

}

func main() {

	ad := admin{user: user{"jim", "jim@eamil.com"}}

	sendNotification(&ad)

}

方法集定义了接口的接受规则

如果使用指针接收者来实现一个接口，则只有指向那个类型的指针才能实现对应的接口

如果使用值接收者来实现一个接口，则那个类型的值和指针都能实现对应的接口

规范里描述的方法集
Values Method Receivers
T (t T) and (t *T)
*T (t *T)

从接收者的角度来看方法集
Method Receivers Values
(t T) T and *T
(t *T) *T

package main

import "fmt"

type notifier interface {

	notify()

}

type user struct {

	name  string

	email string

}

func (u user) notify() {

	fmt.Printf("Sending user email to %s<%s>\n", u.name, u.email)

}

func sendNotification(n notifier) {

	n.notify()

}

func main() {

	u := user{"Bill", "bill@email.com"}

	sendNotification(&u)

	u2 := user{"Bill2", "bill2@email.com"}

	sendNotification(u2)

}

Sending user email to Bill<bill@email.com>
Sending user email to Bill2<bill2@email.com>

接口的多态行为

package main

import "fmt"

type notifier interface {

	notify()

}

type user struct {

	name  string

	email string

}

type admin struct {

	name  string

	email string

}

func (u *user) notify() {

	fmt.Printf("Sending user email to %s<%s>\n", u.name, u.email)

}

func (a *admin) notify() {

	fmt.Printf("Sending admin email to %s<%s>\n", a.name, a.email)

}

func sendNotification(n notifier) {

	n.notify()

}

func main() {

	u := user{"Bill", "bill@email.com"}

	sendNotification(&u)

	a := admin{"Jim", "jim@email.com"}

	sendNotification(&a)

}

notifier是一个定义了通知类行为的接口

package main

import "fmt"

type user struct {

	name  string

	email string

}

type admin struct {

	user

	level string

}

func (u *user) notify() {

	fmt.Printf("Sending user email to %s<%s>\n", u.name, u.email)

}

func main() {

	ad := admin{user: user{"jim", "jim@eamil.com"}}

	// 直接访问内部类型的方法

	ad.user.notify()

	// 内部类型的方法也被提升到外部类型

	ad.notify()

}

直接访问内部类型的方法

内部类型的方法也被提升到外部类型

将外部类型变量的地址传给sendNotification函数。
编译器认为这个指针实现了notifier接口，并接受了这个值的传递。
由于内部类型的提升，内部类型实现的接口会自动提升到外部类型：由于内部类型的实现，外部类型也同样实现了这个接口。

package main

import "fmt"

type user struct {

	name  string

	email string

}

type admin struct {

	user

	level string

}

func (u *user) notify() {

	fmt.Printf("Sending user email to %s<%s>\n", u.name, u.email)

}

func (a *admin) notify() {

	fmt.Printf("Sending admin email to %s<%s>\n", a.name, a.email)

}

type notifier interface {

	notify()

}

func sendNotification(n notifier) {

	n.notify()

}

func main() {

	ad := admin{user{"jim", "jim@eamil.com"}, "super"}

	// 接口的嵌入的内部类型实现没有提升到外部类型

	sendNotification(&ad)

	// 内部类型的方法没有被提升

	ad.notify()

	// 可以直接访问内部类型的方法

	ad.user.notify()

}

如果外部类型实现了notify方法，则内部类型的实现就不会被提升

如果外部类型实现了内部类型实现的方法，则内部类型的实现就不会被提升

可以通过直接访问内部类型的值，来调用没有被内部类型实现的方法

inspect — Inspect live objects — Python 3.7.4 documentation https://docs.python.org/3/library/inspect.html#module-inspect

https://github.com/Unknwon/the-way-to-go_ZH_CN/blob/master/eBook/11.10.md

reflect - Go 编程语言 https://go-zh.org/pkg/reflect/

http://golang.org/doc/articles/laws_of_reflection.html

反射是用程序检查其所拥有的结构，尤其是类型的一种能力；这是元编程的一种形式。反射可以在运行时检查类型和变量，例如它的大小、方法和 动态 的调用这些方法。这对于没有源代码的包尤其有用。

package main

import (

	"fmt"

	"reflect"

)

func main() {

	var x float64 = 3.4

	fmt.Println("type:", reflect.TypeOf(x))

	v := reflect.ValueOf(x)

	fmt.Println("value:", v)

	fmt.Println("type:", v.Type())

	fmt.Println("kind:", v.Kind())

	fmt.Println("value:", v.Float())

	fmt.Println(v.Interface())

	fmt.Printf("value is %5.2e\n", v.Interface())

	y := v.Interface().(float64)

	fmt.Println(y)

}

type: float64
value: 3.4
type: float64
kind: float64
value: 3.4
3.4
value is 3.40e+00
3.4

通过反射修改(设置)值

package main

import (

	"fmt"

	"reflect"

)

func main() {

	var x float64 = 3.4

	v := reflect.ValueOf(x)

	// panic: reflect: reflect.Value.SetFloat using unaddressable value

	// v.SetFloat(3.1415)

	fmt.Println("settability of v:", v.CanSet())

	v = reflect.ValueOf(&x)

	fmt.Println("type of v:", v.Type())

	fmt.Println("settability of v:", v.CanSet())

	v = v.Elem()

	fmt.Println("The Elem  of v is: ", v)

	fmt.Println("settability of v:", v.CanSet())

	v.SetFloat(3.1415)

	fmt.Println(v.Interface())

	fmt.Println(v)

}

settability of v: false

type of v: *float64

settability of v: false

The Elem  of v is:  3.4

settability of v: true

3.1415

3.1415

有些时候需要反射一个结构类型。 NumField() 方法返回结构内的字段数量；通过一个 for 循环用索引取得每个字段的值 Field(i) 。

我们同样能够调用签名在结构上的方法，例如，使用索引 n 来调用： Method(n).Call(nil) 。

package main

import (

	"fmt"

	"reflect"

)

type NotknownType struct {

	s1, s2, s3 string

}

func (n NotknownType) String() string {

	return n.s1 + "-" + n.s2 + "-" + n.s3

}

var secret interface{} = NotknownType{"A", "B", "C"}

func main() {

	value := reflect.ValueOf(secret)

	typ := reflect.TypeOf(secret)

	fmt.Println(typ)

	knd := value.Kind()

	fmt.Println(knd)

	for i := 0; i < value.NumField(); i++ {

		fmt.Printf("Field %d: %v\n", i, value.Field(i))

		// panic: reflect: reflect.Value.SetString using value obtained using unexported field

		// value.Field(i).SetString("t")

	}

	// call the first method

	results := value.Method(0).Call(nil)

	fmt.Println(results)

}

但是如果尝试更改一个值，会得到一个错误：

panic: reflect.Value.SetString using value obtained using unexported field

这是因为结构中只有被导出字段（首字母大写）才是可设置的；

package main

import (

	"fmt"

	"reflect"

)

type T struct {

	A int

	B string

}

func main() {

	t := T{23, "abc"}

	s := reflect.ValueOf(&t).Elem()

	typeOfT := s.Type()

	for i := 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())

	}

	s.Field(0).SetInt(77)

	s.Field(1).SetString("efg")

	fmt.Println("t is now", t)

}

0: A int = 23
1: B string = abc
t is now {77 efg}

python的反射，它的核心本质其实就是利用字符串的形式去对象（模块）中操作（查找/获取/删除/添加）成员，一种基于字符串的事件驱动！

python的反射机制 - 橡皮头 - 博客园 https://www.cnblogs.com/Guido-admirers/p/6206212.html

下面结合一个web路由的实例来阐述python的反射机制的使用场景和核心本质。

def f1():

    print("f1是这个函数的名字！")

s = "f1"

"f1"()  # TypeError: 'str' object is not callable

# s()  # TypeError: 'str' object is not callable

在上面的代码中，我们必须区分两个概念，f1和“f1"。前者是函数f1的函数名，后者只是一个叫”f1“的字符串，两者是不同的事物。我们可以用f1()的方式调用函数f1，但我们不能用"f1"()的方式调用函数。说白了就是， 不能通过字符串来调用名字看起来相同的函数！

二、web实例

考虑有这么一个场景，根据用户输入的url的不同，调用不同的函数，实现不同的操作，也就是一个url路由器的功能，这在web框架里是核心部件之一。下面有一个精简版的示例：

D:\pyCGlang\cd1\新建文件夹\commons\__init__.py

首先，有一个commons模块，它里面有几个函数，分别用于展示不同的页面，代码如下：

def login():

    print("这是一个登陆页面！")

def home():

    print("这是网站主页面!")

D:\pyCGlang\cd1\新建文件夹\visit\__init__.py

其次，有一个visit模块，作为程序入口，接受用户输入，展示相应的页面，代码如下：（这段代码是比较初级的写法）

import commons

def run():

    i = input("请输入您想访问的页面的url：")

    if i == "login":

        commons.login()

    elif i == "home":

        commons.home()

    else:

        print(404)

if __name__ == '__main__':

    run()

D:\pyCGlang\cd1\新建文件夹>tree /F

文件夹 PATH 列表

卷序列号为 0000-D760

D:.

├─commons

│  │  __init__.py

│  │

│  └─__pycache__

│          __init__.cpython-37.pyc

│

└─visit

        __init__.py

D:\pyCGlang\venv1\Scripts\python.exe D:/pyCGlang/cd1/新建文件夹/visit/__init__.py
请输入您想访问的页面的url：home
这是网站主页面!

这就实现了一个简单的WEB路由功能，根据不同的url，执行不同的函数，获得不同的页面。

然而，让我们考虑一个问题，如果commons模块里有成百上千个函数呢(这非常正常)?。难道你在visit模块里写上成百上千个elif?显然这是不可能的！那么怎么破？

三、反射机制

仔细观察visit中的代码，我们会发现用户输入的url字符串和相应调用的函数名好像！如果能用这个字符串直接调用函数就好了！但是，前面我们已经说了字符串是不能用来调用函数的。为了解决这个问题，python为我们提供一个强大的内置函数：getattr!我们将前面的visit修改一下，代码如下：

import commons

def run():

    i = input("请输入您想访问的页面的url：")

    func = getattr(commons, i)

    func()

if __name__ == '__main__':

    run()

首先说明一下getattr函数的使用方法：它接收2个参数，前面的是一个对象或者模块，后面的是一个字符串， 注意了！是个字符串！

例子中，用户输入储存在inp中，这个inp就是个字符串，getattr函数让程序去commons这个模块里，寻找一个叫inp的成员（是叫，不是等于），这个过程就相当于我们把一个字符串变成一个函数名的过程。然后，把获得的结果赋值给func这个变量，实际上func就指向了commons里的某个函数。最后通过调用func函数，实现对commons里函数的调用。这完全就是一个动态访问的过程，一切都不写死，全部根据用户输入来变化。

执行上面的代码，结果和最开始的是一样的。

这就是python的反射，它的核心本质其实就是利用字符串的形式去对象（模块）中操作（查找/获取/删除/添加）成员，一种基于字符串的事件驱动！

这段话，不一定准确，但大概就是这么个意思。

四、进一步完善

上面的代码还有个小瑕疵，那就是如果用户输入一个非法的url，比如jpg，由于在commons里没有同名的函数，肯定会产生运行错误，具体如下：

请输入您想访问的页面的url：43

Traceback (most recent call last):

  File "D:/pyCGlang/cd1/新建文件夹/visit/reflection.py", line 11, in <module>

    run()

  File "D:/pyCGlang/cd1/新建文件夹/visit/reflection.py", line 6, in run

    func = getattr(commons, i)

AttributeError: module 'commons' has no attribute '43'

那怎么办呢？其实，python考虑的很全面了，它同样提供了一个叫hasattr的内置函数，用于判断commons中是否具有某个成员。我们将代码修改一下：

import commons

def run():

    i = input("请输入您想访问的页面的url：")

    if hasattr(commons, i):

        func = getattr(commons, i)

        func()

    else:

        print(404)

if __name__ == "__main__":

    run()

通过hasattr的判断，可以防止非法输入错误，并将其统一定位到错误页面。

其实，研究过python内置函数的朋友，应该注意到还有delattr和setattr两个内置函数。从字面上已经很好理解他们的作用了。

python的四个重要内置函数：getattr、hasattr、delattr和setattr较为全面的实现了基于字符串的反射机制。他们都是对内存内的模块进行操作，并不会对源文件进行修改。

（以上学习练习的代码是不同目录，而不是2个不同的文件）

已测试

D:\pyCGlang\cd1\新建文件夹2>tree /F
文件夹 PATH 列表
卷序列号为 0000-D760
D:.
│ commons.py
│ visit.py
│
└─__pycache__
commons.cpython-37.pyc

五、动态导入模块

上面的例子是在某个特定的目录结构下才能正常实现的，也就是commons和visit模块在同一目录下，并且所有的页面处理函数都在commons模块内。如下图：

但在现实使用环境中，页面处理函数往往被分类放置在不同目录的不同模块中，也就是如下图：

难道我们要在visit模块里写上一大堆的import 语句逐个导入account、manage、commons模块吗？要是有1000个这种模块呢？

刚才我们分析完了基于字符串的反射，实现了动态的函数调用功能，我们不禁会想那么能不能动态导入模块呢？这完全是可以的！

python提供了一个特殊的方法：__import__(字符串参数)。通过它，我们就可以实现类似的反射功能。__import__()方法会根据参数，动态的导入同名的模块。

我们再修改一下上面的visit模块的代码。

def run():

    i = input("请输入您想访问的页面的url：").strip()

    modules, func = i.split("/")

    obj = __import__(modules)

    if hasattr(obj, func):

        func = getattr(obj, func)

        func()

    else:

        print(404)

if __name__ == "__main__":

    while True:

        run()

D:\pyCGlang\cd1\新建文件夹3>tree /F
文件夹 PATH 列表
卷序列号为 0000-D760
D:.
account.py
commons.py
visit.py

没有子文件夹

D:\pyCGlang\venv1\Scripts\python.exe D:/pyCGlang/cd1/新建文件夹3/visit.py

请输入您想访问的页面的url：account/find

这是查找页面!

请输入您想访问的页面的url：commons/home

这是网站主页面!

请输入您想访问的页面的url：commons/home2

404

请输入您想访问的页面的url：commons2/home

Traceback (most recent call last):

  File "D:/pyCGlang/cd1/新建文件夹3/visit.py", line 14, in <module>

    run()

  File "D:/pyCGlang/cd1/新建文件夹3/visit.py", line 4, in run

    obj = __import__(modules)

ModuleNotFoundError: No module named 'commons2'

我们来分析一下上面的代码：

首先，我们并没有定义任何一行import语句；

其次，用户的输入inp被要求为类似“commons/home”这种格式，其实也就是模拟web框架里的url地址，斜杠左边指向模块名，右边指向模块中的成员名。

然后，modules,func = inp.split("/")处理了用户输入，使我们获得的2个字符串，并分别保存在modules和func变量里。

接下来，最关键的是obj = __import__(modules)这一行，它让程序去导入了modules这个变量保存的字符串同名的模块，并将它赋值给obj变量。

最后的调用中，getattr去modules模块中调用func成员的含义和以前是一样的。

总结：通过__import__函数，我们实现了基于字符串的动态的模块导入。

todo 对模块是否存在的检查

同样的，这里也有个小瑕疵！

D:\pyCGlang\cd1\新建文件夹4>tree /F
文件夹 PATH 列表
卷序列号为 0000-D760
D:.
│ visit.py
│ __init__.py
│
└─lib
account.py
commons.py
__init__.py

todo python的反射机制 - 橡皮头 - 博客园 https://www.cnblogs.com/Guido-admirers/p/6206212.html

C# 反射（Reflection）_w3cschool https://www.w3cschool.cn/csharp/csharp-reflection.html

反射（Reflection）优点和缺点

优点：

1、反射提高了程序的灵活性和扩展性。
2、降低耦合性，提高自适应能力。
3、它允许程序创建和控制任何类的对象，无需提前硬编码目标类。

缺点：

性能问题：使用反射基本上是一种解释操作，用于字段和方法接入时要远慢于直接代码。因此反射机制主要应用在对灵活性和拓展性要求很高的系统框架上，普通程序不建议使用。
使用反射会模糊程序内部逻辑；程序员希望在源代码中看到程序的逻辑，反射却绕过了源代码的技术，因而会带来维护的问题，反射代码比相应的直接代码更复杂。

反射（Reflection）的用途

反射（Reflection）有下列用途：

它允许在运行时查看属性（attribute）信息。
它允许审查集合中的各种类型，以及实例化这些类型。
它允许延迟绑定的方法和属性（property）。
它允许在运行时创建新类型，然后使用这些类型执行一些任务。

C# Reflection https://www.tutorialspoint.com/csharp/csharp_reflection.htm

Applications of Reflection

Reflection has the following applications −

It allows view attribute information at runtime.
It allows examining various types in an assembly and instantiate these types.
It allows late binding to methods and properties
It allows creating new types at runtime and then performs some tasks using those types.