go-interface

介绍

本文介绍的是1.17.10版本的interface相关的源码实现部分。

不同于int, struct等具体类型，接口类型是一种抽象类型，它只是定义了规则，是一种约定。通过接口类型的变量或对象，仅仅知道其能提供哪些方法而已。

我们需要了解interface的内部结构，才能理解这个题目的含义。

interface在使用的过程中，共有两种表现形式

一种为**空接口(empty interface)**，定义如下：

var MyInterface interface{}

另一种为非空接口(non-empty interface), 定义如下：

type MyInterface interface {
		function()
}

空interface类型

相对于非空interface，空interface比较简单，它因为没有约定任何函数，所以任何对象都满足这个约定，都可以转换成空interface。先看看是定义，比较简单：

// empty interface
type eface struct {      //空接口
    _type *_type         //类型信息
    data  unsafe.Pointer //指向数据的指针(go语言中特殊的指针类型unsafe.Pointer类似于c语言中的void*)
}

_type属性：是GO语言中所有类型的公共描述，Go语言几乎所有的数据结构都可以抽象成 _type，是所有类型的公共描述，type负责决定data应该如何解释和操作，type的结构代码如下:

type _type struct {
    size       uintptr  //类型大小
    ptrdata    uintptr  //前缀持有所有指针的内存大小
    hash       uint32   //数据hash值
    tflag      tflag
    align      uint8    //对齐
    fieldalign uint8    //嵌入结构体时的对齐
    kind       uint8    //kind 有些枚举值kind等于0是无效的
    alg        *typeAlg //函数指针数组，类型实现的所有方法
    gcdata    *byte
    str       nameOff
    ptrToThis typeOff
}

data属性: 表示指向具体的实例数据的指针，他是一个unsafe.Pointer类型，相当于一个C的万能指针void*。

因为是空的约定，所以相比较于非空interface iface中，关于interface的数据结构都没了，保存实现约定的函数集func也不需要了，只保留了具体类型的type和data

非空interface类型

iface 表示 non-empty interface 的数据结构，非空接口初始化的过程就是初始化一个iface类型的结构.

下面代码中的IPeople即是非空接口类型，而People因为有GetName 和 GetAge这两个函数，即是说People实现了IPeople。

type IPeople interface {
	GetName() string
	GetAge() int
}

type People struct {
	name string
	age  int
}

func (p People) GetName() string {
	return p.name
}

func (p People) GetAge() int {
	return p.age
}

func (p People) GetHeight() int {
	return 170
}

func test(p IPeople) {
	fmt.Printf("Name: %s, Age: %d \n", p.GetName(), p.GetAge())
}

func main() {
	var p People = People{name: "timefly32", age: 18}
	test(p) // 会先调用runtime.convT2I(SB)，把People转为IPeople
}

下面是非空interface数据结构相关的源码，对应上面的应用代码。

type iface struct {
	tab  *itab 
	data unsafe.Pointer //指向具体类型People的数据部分
}

//这个struc很重要，包含接口类型和具体类型的"元数据"
type itab struct {
	inter *interfacetype //接口类型相关，即IPeople相关部分
	_type *_type //具体类型的类型，即People的_type；与eface的type相同
	hash  uint32 // copy of _type.hash. Used for type switches.
	_     [4]byte
	fun   [1]uintptr //具体类型People实现的方法集，即实现的约定；虽然声明时是固定大小为1，但在使用时会直接通过fun指针获取其中的数据，并且不会检查数组的边界，它是个动态数组
}

type interfacetype struct {
	typ     _type //IPeople的_type
	pkgpath name
	mhdr    []imethod //IPeople定义的函数集，即约定
}

通过上面的代码和图片可以看到，interface在源码角度上，也是个struct，只不过能因为它是一种约定，一种抽象，所以源码设计上，作者通过iface这个结构来表示非空interface类型的对象，itab(很重要)把原interface类型(IPeople)和具体类型(IPeople)的”元数据”都附带上了，其中包含了原interface类型定义的函数集合(约定)，和具体类型实现的函数集合(实现了约定)，即约定和实现了约定。当然，在编译或者runtime创建iface/itab的时候，会根据interface定义函数规则，查找具体类型的方法集，当任何一个函数没有实现的话，约定即未实现，转换失败。

题目分析

通过题目，复习interface的内部结构：

1. 非空interface类型题目

type People interface {
	Show()
}

type Student struct{}

func (stu *Student) Show() {

}

func live() People {
	var stu *Student
	return stu
}

func main() {
	if live() == nil {
		fmt.Println("AAAAAAA")
	} else {
		fmt.Println("BBBBBBB")
	}
}

结果

BBBBBBB

解析

People拥有一个Show方法的，属于非空接口，People的内部定义应该是一个iface结构体，stu是一个指向nil的空指针，但是最后return stu 会触发匿名变量 People = stu值拷贝动作，所以最后live()返回给上层的是一个People insterface{}类型，也就是一个iface struct{}类型。 stu为nil，只是iface中的data 为nil而已。 但是iface struct{}本身并不为nil。

2. 空interface类型题目

func Foo(x interface{}) {
	if x == nil {
		fmt.Println("empty interface")
		return
	}
	fmt.Println("non-empty interface")
}
func main() {
	var p *int = nil
	Foo(p)
}

结果

non-empty interface

分析

不难看出，Foo()的形参x interface{}是一个空接口类型eface struct{}。

当执行Foo(p)时，指针p复制拷贝给空interface类型的x，而x的结构如下：

type eface struct {      //
    _type *_type         // _type为*int
    data  unsafe.Pointer // data = p = nil
}

所以x结构体本身不为nil，而是data指针指向的p为nil。

3. inteface{}与*interface{}

ABCD中哪一行存在错误？

type S struct {
}

func f(x interface{}) {
}

func g(x *interface{}) {
}

func main() {
	s := S{}
	p := &s
	f(s) //A
	g(s) //B
	f(p) //C
	g(p) //D
}

结果

B、D两行错误

分析

因为Golang是强类型语言，interface是所有golang类型的父类 函数中func f(x interface{})的interface{}可以支持传入golang的任何类型，包括指针，但是函数func g(x *interface{})只能接受*interface{}