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真的理解go的接口(interface)了吗？

智云科技发布于 2022年8月19日评论关闭阅读(193)

前言

定义

Go 语言中的接口是一组方法的签名，它是 Go 语言的重要组成部分。简单的说，interface是一组method签名的组合，我们通过interface来定义对象的一组行为。 interface 是一种类型 ，定义如下： 

 type Person interface {
    Eat(food string) 
}

它的定义可以看出来用了 type 关键字，更准确的说 interface 是一种 具有一组方法的类型 ，这些方法定义了 interface 的行为。 golang 接口定义不能包含变量，但是允许不带任何方法，这种类型的接口叫 empty interface 。

如果一个类型实现了一个interface中所有方法，我们就可以说该类型实现了该interface，所以我们我们的所有类型都实现了empty interface，因为任何一种类型至少实现了0个方法。并且go中并不像java中那样需要 显式 关键字来实现interface，只需要实现interface包含的方法即可。

实现接口

这里先拿 java 语言来举例，在 java 中，我们要实现一个 interface 需要这样声明： 

 public class MyWriter implments io.Writer{}

这就意味着对于接口的实现都需要显示声明，在代码编写方面有依赖限制，同时需要处理包的依赖，而在 Go 语言中实现接口就是隐式的，举例说明： 

 type error interface {
 Error() string
}
type RPCError struct {
 Code    int64
 Message string
}

func (e *RPCError) Error() string {
 return fmt.Sprintf("%s, code=%d", e.Message, e.Code)
}

上面的代码，并没有 error 接口的影子，我们只需要实现 Error() string 方法就实现了 error 接口。在 Go 中，实现接口的所有方法就隐式地实现了接口。我们使用上述 RPCError 结构体时并不关心它实现了哪些接口，Go 语言只会在传递参数、返回参数以及变量赋值时才会对某个类型是否实现接口进行检查。

Go 语言的这种写法很方便，不用引入包依赖。但是 interface 底层实现的时候会动态检测也会引入一些问题：

  • 性能下降。使用interface作为函数参数，runtime 的时候会动态的确定行为。使用具体类型则会在编译期就确定类型。
  • 不能清楚的看出struct实现了哪些接口，需要借助ide或其它工具。

两种接口

这里大多数刚入门的同学肯定会有疑问，怎么会有两种接口，因为 Go 语言中接口会有两种表现形式，使用 runtime.iface 表示第一种接口，也就是我们上面实现的这种，接口中定义方法；使用 runtime.eface 表示第二种不包含任何方法的接口，第二种在我们日常开发中经常使用到，所以在实现时使用了特殊的类型。从编译角度来看，golang并不支持泛型编程。但还是可以用 interface{} 来替换参数，而实现泛型。

interface内部结构

Go 语言根据接口类型是否包含一组方法将接口类型分成了两类：

  • 使用 runtime.iface 结构体表示包含方法的接口
  • 使用 runtime.eface 结构体表示不包含任何方法的 interface{} 类型；

runtime.iface 结构体在 Go 语言中的定义是这样的： 

 type eface struct { // 16 字节
 _type *_type
 data  unsafe.Pointer
}

这里只包含指向底层数据和类型的两个指针，从这个 type 我们也可以推断出Go语言的任意类型都可以转换成 interface 。

另一个用于表示接口的结构体是 runtime.iface ，这个结构体中有指向原始数据的指针 data ，不过更重要的是 runtime.itab 类型的 tab 字段。 

 type iface struct { // 16 字节
 tab  *itab
 data unsafe.Pointer
}

下面我们一起看看 interface 中这两个类型：

  • runtime_type

runtime_type 是 Go 语言类型的运行时表示。下面是运行时包中的结构体，其中包含了很多类型的元信息，例如：类型的大小、哈希、对齐以及种类等。 

 type _type struct {
 size       uintptr
 ptrdata    uintptr
 hash       uint32
 tflag      tflag
 align      uint8
 fieldAlign uint8
 kind       uint8
 equal      func(unsafe.Pointer, unsafe.Pointer) bool
 gcdata     *byte
 str        nameOff
 ptrToThis  typeOff
}

这里我只对几个比较重要的字段进行讲解：

  • size 字段存储了类型占用的内存空间，为内存空间的分配提供信息；
  • hash 字段能够帮助我们快速确定类型是否相等；
  • equal 字段用于判断当前类型的多个对象是否相等，该字段是为了减少 Go 语言二进制包大小从 typeAlg 结构体中迁移过来的)；
  • runtime_itab

runtime.itab 结构体是接口类型的核心组成部分，每一个 runtime.itab 都占 32 字节，我们可以将其看成接口类型和具体类型的组合，它们分别用 inter 和 _type 两个字段表示： 

 type itab struct { // 32 字节
 inter *interfacetype
 _type *_type
 hash  uint32
 _     [4]byte
 fun   [1]uintptr
}

inter 和 _type 是用于表示类型的字段， hash 是对 _type.hash 的拷贝，当我们想将 interface 类型转换成具体类型时，可以使用该字段快速判断目标类型和具体类型 runtime._type 是否一致， fun 是一个动态大小的数组，它是一个用于动态派发的虚函数表，存储了一组函数指针。虽然该变量被声明成大小固定的数组，但是在使用时会通过原始指针获取其中的数据，所以 fun 数组中保存的元素数量是不确定的；

内部结构就做一个简单介绍吧，有兴趣的同学可以自行深入学习。

空的interface（runtime.eface）

前文已经介绍了什么是空的 interface ，下面我们来看一看空的 interface 如何使用。定义函数入参如下： 

 func doSomething(v interface{}){    
}

这个函数的入参是 interface 类型，要注意的是， interface 类型不是任意类型，他与C语言中的 void * 不同，如果我们将类型转换成了 interface{} 类型，变量在运行期间的类型也会发生变化，获取变量类型时会得到 interface{} ，之所以函数可以接受任何类型是在 go 执行时传递到函数的任何类型都被自动转换成 interface{} 。

那么我们可以才来一个猜想，既然空的 interface 可以接受任何类型的参数，那么一个 interface{} 类型的 slice 是不是就可以接受任何类型的 slice ？下面我们就来尝试一下： 

 
import (
 "fmt"
)

func printStr(str []interface{}) {
 for _, val := range str {
  fmt.Println(val)
 }
}

func main(){
 names := []string{"stanley", "david", "oscar"}
 printStr(names)
}

运行上面代码，会出现如下错误： ./main.go:15:10: cannot use names (type []string) as type []interface {} in argument to printStr 。

这里我也是很疑惑，为什么 Go 没有帮助我们自动把 slice 转换成 interface 类型的 slice ，之前做项目就想这么用，结果失败了。后来我终于找到了答案，有兴趣的可以看看原文，这里简单总结一下： interface 会占用两个字长的存储空间，一个是自身的 methods 数据，一个是指向其存储值的指针，也就是 interface 变量存储的值，因而 slice []interface{} 其长度是固定的 N*2 ，但是 []T 的长度是 N*sizeof(T) ，两种 slice 实际存储值的大小是有区别的。

既然这种方法行不通，那可以怎样解决呢？我们可以直接使用元素类型是interface的切片。 

 var dataSlice []int = foo()
var interfaceSlice []interface{} = make([]interface{}, len(dataSlice))
for i, d := range dataSlice {
 interfaceSlice[i] = d
}

非空interface

Go 语言实现接口时，既可以结构体类型的方法也可以是使用指针类型的方法。 Go 语言中并没有严格规定实现者的方法是值类型还是指针，那我们猜想一下，如果同时使用值类型和指针类型方法实现接口，会有什么问题吗？

先看这样一个例子： 

 package main

import (
 "fmt"
)

type Person interface {
 GetAge () int
 SetAge (int)
}


type Man struct {
 Name string
 Age int
}

func(s Man) GetAge()int {
return s.Age
}

func(s *Man) SetAge(age int) {
 s.Age = age
}


func f(p Person){
 p.SetAge(10)
 fmt.Println(p.GetAge())
}

func main() {
 p := Man{}
 f(&p) 
}

看上面的代码，大家对 f(&p) 这里的入参是否会有疑问呢？如果不取地址，直接传过去会怎么样？试了一下，编译错误如下： ./main.go:34:3: cannot use p (type Man) as type Person in argument to f: Man does not implement Person (SetAge method has pointer receiver) 。透过注释我们可以看到，因为 SetAge 方法的 receiver 是指针类型，那么传递给 f 的是 P 的一份拷贝，在进行 p 的拷贝到 person 的转换时， p 的拷贝是不满足 SetAge 方法的 receiver 是个指针类型，这也正说明一个问题 go中函数都是按值传递 。

上面的例子是因为发生了值传递才会导致出现这个问题。实际上不管接收者类型是值类型还是指针类型，都可以通过值类型或指针类型调用，这里面实际上通过语法糖起作用的。实现了接收者是值类型的方法，相当于自动实现了接收者是指针类型的方法；而实现了接收者是指针类型的方法，不会自动生成对应接收者是值类型的方法。

举个例子： 

 type Animal interface {
 Walk()
 Eat()
}


type Dog struct {
 Name string
}

func (d *Dog)Walk()  {
 fmt.Println("go")
}

func (d *Dog)Eat()  {
 fmt.Println("eat shit")
}

func main() {
 var d Animal = &Dog{"nene"}
 d.Eat()
 d.Walk()
}

上面定义了一个接口 Animal ，接口定义了两个函数： 

 Walk()
Eat()

接着定义了一个结构体 Dog ，他实现了两个方法，一个是值接受者，一个是指针接收者。我们通过接口类型的变量调用了定义的两个函数是没有问题的，如果我们改成这样呢： 

 func main() {
 var d Animal = Dog{"nene"}
 d.Eat()
 d.Walk()
}

这样直接就会报错，我们只改了一部分，第一次将 &Dog{“nene”} 赋值给了 d ；第二次则将 Dog{“nene”} 赋值给了 d 。第二次报错是因为， d 没有实现 Animal 。这正解释了上面的结论，所以，当实现了一个接收者是值类型的方法，就可以自动生成一个接收者是对应指针类型的方法，因为两者都不会影响接收者。但是，当实现了一个接收者是指针类型的方法，如果此时自动生成一个接收者是值类型的方法，原本期望对接收者的改变（通过指针实现），现在无法实现，因为值类型会产生一个拷贝，不会真正影响调用者。

总结一句话就是： 如果实现了接收者是值类型的方法，会隐含地也实现了接收者是指针类型的方法。

类型断言

一个 interface 被多种类型实现时，有时候我们需要区分 interface 的变量究竟存储哪种类型的值， go 可以使用 comma,ok 的形式做区分 value, ok := em.(T) ： em 是 interface 类型的变量，T代表要断言的类型，value 是 interface 变量存储的值，ok 是 bool 类型表示是否为该断言的类型 T 。总结出来语法如下： 

 <目标类型的值>，<布尔参数> := <表达式>.( 目标类型 ) // 安全类型断言
<目标类型的值> := <表达式>.( 目标类型 )  //非安全类型断言

看个简单的例子： 

 type Dog struct {
 Name string
}

func main() {
 var d interface{} = new(Dog)
 d1,ok := d.(Dog)
 if !ok{
  return
 }
 fmt.Println(d1)
}

这种就属于安全类型断言，更适合在线上代码使用，如果使用非安全类型断言会怎么样呢？ 

 type Dog struct {
 Name string
}

func main() {
 var d interface{} = new(Dog)
 d1 := d.(Dog)
 fmt.Println(d1)
}

这样就会发生错误如下： 

 panic: interface conversion: interface {} is *main.Dog, not main.Dog

断言失败。这里直接发生了 panic ，所以不建议线上代码使用。

看过 fmt 源码包的同学应该知道， fmt.println 内部就是使用到了类型断言，有兴趣的同学可以自行学习。

问题

上面介绍了 interface 的基本使用方法及可能会遇到的一些问题，下面出三个题，看看你们真的掌握了吗？

问题一

下面代码，哪一行存在编译错误？（多选） 

 type Student struct {
}

func Set(x interface{}) {
}

func Get(x *interface{}) {
}

func main() {
 s := Student{}
 p := &s
 // A B C D
 Set(s)
 Get(s)
 Set(p)
 Get(p)
}

答案：B、D；解析：我们上文提到过， interface 是所有 go 类型的父类，所以 Get 方法只能接口 *interface{} 类型的参数，其他任何类型都不可以。

问题二

这段代码的运行结果是什么？ 

 func PrintInterface(val interface{}) {
 if val == nil {
  fmt.Println("this is empty interface")
  return
 }
 fmt.Println("this is non-empty interface")
}
func main() {
 var pointer *string = nil
 PrintInterface(pointer)
}

答案： this is non-empty interface 。解析：这里的 interface{} 是空接口类型，他的结构如下: 

 type eface struct { // 16 字节
 _type *_type
 data  unsafe.Pointer
}

所以在调用函数 PrintInterface 时发生了 隐式的类型转换 ，除了向方法传入参数之外，变量的赋值也会触发隐式类型转换。在类型转换时， *string 类型会转换成 interface 类型，发生值拷贝，所以 eface struct{} 是不为 nil ，不过 data 指针指向的 poniter 为 nil 。

问题三

这段代码的运行结果是什么？ 

 
type Animal interface {
 Walk()
}

type Dog struct{}

func (d *Dog) Walk() {
 fmt.Println("walk")
}

func NewAnimal() Animal {
 var d *Dog
 return d
}

func main() {
 if NewAnimal() == nil {
  fmt.Println("this is empty interface")
 } else {
  fmt.Println("this is non-empty interface")
 }
}

答案： this is non-empty interface . 解析：这里的 interface 是非空接口 iface ，他的结构如下： 

 type iface struct { // 16 字节
 tab  *itab
 data unsafe.Pointer
}

d 是一个指向nil的空指针，但是最后 return d 会触发 匿名变量 Animal = p 值拷贝动作，所以最后 NewAnimal() 返回给上层的是一个 Animal interface{} 类型，也就是一个 iface struct{} 类型。 p 为nil，只是 iface 中的data 为nil而已。 但是 iface struct{} 本身并不为nil.

总结

interface 在我们日常开发中使用还是比较多，所以学好它还是很必要，希望这篇文章能让你对 Go 语言的接口有一个新的认识，这一篇到这里结束啦，我们下期见～～～。

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文章来源：智云一二三科技

文章标题：真的理解go的接口(interface)了吗？

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