Golang中的Interface詳解
背景：
golang的interface是一種satisfied式的。A類只要實現(xiàn)了IA interface定義的方法，A就satisfied了接口IA。更抽象一層，如果某些設(shè)計上需要一些更抽象的共性，比如print各類型，這時需要使用reflect機(jī)制，reflect實質(zhì)上就是將interface的實現(xiàn)暴露了一部分給應(yīng)用代碼。要理解reflect，需要深入了解interface。go的interface是一種隱式的interface，但golang的類型是編譯階段定的，是static的，如：
type MyInt int var i int var j MyInt
雖然MyInt底層就是int，但在編譯器角度看，i的類型是int，j的類型是MyInt，是靜態(tài)、不一致的。兩者要賦值必須要進(jìn)行類型轉(zhuǎn)換。即使是interface，就語言角度來看也是靜態(tài)的。如:
var r io.Reader
不管r后面用什么來初始化，它的類型總是io.Reader。更進(jìn)一步，對于空的interface，也是如此。記住go語言類型是靜態(tài)這一點(diǎn)，對于理解interface/reflect很重要。看一例：
var r io.Reader
tty, err := os.OpenFile("/dev/tty", os.O_RDWR, 0)
if err != nil {
return nil, err
}
r = tty到這里，r的類型是什么？r的類型仍然是interface io.Reader，只是r = tty這一句，隱含了一個類型轉(zhuǎn)換，將tty轉(zhuǎn)成了io.Reader。
interface的實現(xiàn)：
作為一門編程語言，對方法的處理一般分為兩種類型：一是將所有方法組織在一個表格里，靜態(tài)地調(diào)用（C++, java）；二是調(diào)用時動態(tài)查找方法(python, smalltalk, js)。而go語言是兩者的結(jié)合：雖然有table，但是是需要在運(yùn)行時計算的table。如下例：Binary類實現(xiàn)了兩個方法，String()和Get()
type Binary uint64
func (i Binary) String() string {
return strconv.Uitob64(i.Get(), 2)
}
func (i Binary) Get() uint64 {
return uint64(i)
}因為它實現(xiàn)了String()，按照golang的隱式方法實現(xiàn)來看，Binary satisfied了Stringer接口。因此它可以賦值： s:=Stringer(b)。以此為例來說明下interface的實現(xiàn)：interface的內(nèi)存組織如圖：
一個interface值由兩個指針組成，第一個指向一個interface table，叫 itable。itable開頭是一些描述類型的元字段，后面是一串方法。注意這個方法是interface本身的方法，并非其dynamic value（Binary）的方法。即這里只有String()方法，而沒有Get方法。但這個方法的實現(xiàn)肯定是具體類的方法，這里就是Binary的方法。
當(dāng)這個interface無方法時，itable可以省略，直接指向一個type即可。
另一個指針data指向dynamic value的一個拷貝，這里則是b的一份拷貝。也就是，給interface賦值時，會在堆上分配內(nèi)存，用于存放拷貝的值。
同樣，當(dāng)值本身只有一個字長時，這個指針也可以省略。
一個interface的初始值是兩個nil。比如，
var w io.Writer
這時，tab和data都是nil。interface是否為nil取決于itable字段。所以不一定data為nil就是nil，判斷時要額外注意。
這樣，像這樣的代碼：
switch v := any.(type) {
case int:
return strconv.Itoa(v)
case float:
return strconv.Ftoa(v, 'g', -1)
}實際上是any這個interface取了 any. tab->type。
而interface的函數(shù)調(diào)用實際上就變成了：
s.tab->fun[0](s.data)。第一個參數(shù)即自身類型指針。
itable的生成：
itable的生成是理解interface的關(guān)鍵。
如剛開始處提的，為了支持go語言這種接口間僅通過方法來聯(lián)系的特性，是沒有辦法像C++一樣，在編譯時預(yù)先生成一個method table的，只能在運(yùn)行時生成。因此，自然的，所有的實體類型都必須有一個包含此類型所有方法的“類型描述符”(type description structure)；而interface類型也同樣有一個類似的描述符，包含了所有的方法。
這樣，interface賦值時，計算interface對象的itable時，需要對兩種類型的方法列表進(jìn)行遍歷對比。如后面代碼所示，這種計算只需要進(jìn)行一次，而且優(yōu)化成了O(m+n)。
可見，interface與itable之間的關(guān)系不是獨(dú)立的，而是與interface具體的value類型有關(guān)。即（interface類型， 具體類型）->itable。
var any interface{} // initialized elsewhere
s := any.(Stringer) // dynamic conversion
for i := 0; i < 100; i++ {
fmt.Println(s.String())
}itable的計算不需要到函數(shù)調(diào)用時進(jìn)行，只需要在interface賦值時進(jìn)行即可，如上第2行，不需要在第4行進(jìn)行。
最后，看一些實現(xiàn)代碼：
以下是上面圖中的兩個字段。
type iface struct {
tab *itab // 指南itable
data unsafe.Pointer // 指向真實數(shù)據(jù)
}再看itab的實現(xiàn)：
type itab struct {
inter *interfacetype
_type *_type
link *itab
bad int32
unused int32
fun [1]uintptr // variable sized
}可見，它使用一個疑似鏈表的東西，可以猜這是用作hash表的拉鏈。前兩個字段應(yīng)該是用來表達(dá)具體的interface類型和實際擁有的值的類型的，即一個itable的key。(上文提到的（interface類型， 具體類型） )
type imethod struct {
name nameOff
ityp typeOff
}
type interfacetype struct {
typ _type
pkgpath name
mhdr []imethod
}
interfacetype如有若干imethod，可以猜想這是表達(dá)interface定義的方法數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
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
}對于_type，可見里面有g(shù)c的東西，應(yīng)該就是具體的類型了。這里有個hash字段，itable實現(xiàn)就是掛在一個全局的hash table中。hash時用到了這個字段：
func itabhash(inter *interfacetype, typ *_type) uint32 {
// compiler has provided some good hash codes for us.
h := inter.typ.hash
h += 17 * typ.hash
// TODO(rsc): h += 23 * x.mhash ?
return h % hashSize
}可見，這里有個把interface類型與具體類型之間的信息結(jié)合起來做一個hash的過程，這個hash就是上述的itab的存儲地點(diǎn)，itab中的link就是hash中的拉鏈。
回到itab，看取一個itab的邏輯：
如果發(fā)生了typeassert或是interface的賦值（強(qiáng)轉(zhuǎn)），需要臨時計算一個itab。這時會先在hash表中找，找不到才會真實計算。
h := itabhash(inter, typ)
// look twice - once without lock, once with.
// common case will be no lock contention.
var m *itab
var locked int
for locked = 0; locked < 2; locked++ {
if locked != 0 {
lock(&ifaceLock)
}
for m = (*itab)(atomic.Loadp(unsafe.Pointer(&hash[h]))); m != nil; m = m.link {
if m.inter == inter && m._type == typ {
return m // 找到了前面計算過的itab
}
}
}
// 沒有找到，生成一個，并加入到itab的hash中。
m = (*itab)(persistentalloc(unsafe.Sizeof(itab{})+uintptr(len(inter.mhdr)-1)*sys.PtrSize, 0, &memstats.other_sys))
m.inter = inter
m._type = typ
additab(m, true, canfail)這個hash是個全局變量：
const (
hashSize = 1009
)
var (
ifaceLock mutex // lock for accessing hash
hash [hashSize]*itab
)最后，看一下如何生成itab：
// both inter and typ have method sorted by name,
// and interface names are unique,
// so can iterate over both in lock step;
// the loop is O(ni+nt) not O(ni*nt). // 按name排序過的，因此這里的匹配只需要O(ni+nt)
j := 0
for k := 0; k < ni; k++ {
i := &inter.mhdr[k]
itype := inter.typ.typeOff(i.ityp)
name := inter.typ.nameOff(i.name)
iname := name.name()
for ; j < nt; j++ {
t := &xmhdr[j]
tname := typ.nameOff(t.name)
if typ.typeOff(t.mtyp) == itype && tname.name() == iname {
if m != nil {
ifn := typ.textOff(t.ifn)
*(*unsafe.Pointer)(add(unsafe.Pointer(&m.fun[0]), uintptr(k)*sys.PtrSize)) = ifn // 找到匹配，將實際類型的方法填入itab的fun
}
goto nextimethod
}
}
}
nextimethod:
}
h := itabhash(inter, typ) //插入上面的全局hash
m.link = hash[h]
atomicstorep(unsafe.Pointer(&hash[h]), unsafe.Pointer(m))
}到這里，interface的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的框架。
reflection實質(zhì)上是將interface背后的實現(xiàn)暴露了一部分給應(yīng)用代碼，使應(yīng)用程序可以使用interface實現(xiàn)的一些內(nèi)容。只要理解了interface的實現(xiàn)，reflect就好理解了。如reflect.typeof(i)返回interface i的type，Valueof返回value。
以上就是這篇文章的全部內(nèi)容了，希望本文的內(nèi)容對大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價值，謝謝大家對腳本之家的支持。
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