Go之interface的具體使用

2020-04-01 18:58:35

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供稿：網友

淺顯地了解了一下 Go，發現 Go 語法的設計非常簡潔，易于理解。正應了 Go 語言之父 Rob Pike 說的那句“Less is more”—— 大道至簡。

下面就具體的語法特性說說我自己的體會。

interface

概覽

與通常以類型層次與繼承為根基的面向對象設計（OOP）語言（如C++、Java）不同，Go 的核心思想就是組合（composition）。Go 進一步解耦了對象與操作，實現了真正的鴨子類型（Duck typing）：一個對象如果能嘎嘎叫那就能當做鴨子，而不是像 C++ 或 Java 那樣需要類型系統去保證：一個對象先得是只鴨子，然后才能嘎嘎叫。

type Duck interface {  Quack()}type Animal struct {  name string}func (animal Animal) Quack() {  fmt.Println(animal.name, ": Quack! Quack! Like a duck!")}func main() {  unknownAnimal := Animal{name: "Unknown"}  var equivalent Duck  equivalent = unknownAnimal  equivalent.Quack()}

運行上面的代碼輸出：

Unknown : Quack! Quack! Like a duck!

下面用 Java 語言來實現：

interface Duck {  void Quack();}class SomeAnimal implements Duck {  String name;  public SomeAnimal(String name) {    this.name = name;  }  public void Quack() {    System.out.println(name + ": Quack! Quack! I am a duck!");  }}public class Test {  public static void main(String []args){    SomeAnimal unknownAnimal = new SomeAnimal("Unknown");    Duck equivalent = unknownAnimal;    equivalent.Quack();  }}

兩相比較就能看出：Go 將對象與對其的操作（方法或函數）解耦得更徹底。Go 并不需要一個對象通過類型系統來保證實現了某個接口（is a），而只需要這個對象實現了某個接口的方法即可(like a)，而且類型聲明與方法聲明或實現也是松耦合的形式。如果稍微轉換一下方法的實現方式：

func (animal Animal) Quack() {  fmt.Println(animal.name, ": Quack! Quack! Like a duck!")}

為：

func Quack(animal Animal) {  fmt.Println(animal.name, ": Quack! Quack! Like a duck!")}

是不是就和普通方法并無二致了？

在深入淺出 Cocoa 之消息一文中我曾分析過 Objective C 的消息調用過程：

Bird * aBird = [[Bird alloc] init];[aBird fly];

中對 fly 的調用，編譯器通過插入一些代碼，將之轉換為對方法具體實現 IMP 的調用，這個 IMP 是通過在 Bird 的類結構中的方法鏈表中查找名稱為 fly 的選擇子 SEL 對應的具體方法實現找到的，編譯器會將消息調用轉換為對消息函數 objc_msgSend的調用：

objc_msgSend(aBird, @selector(fly));

無論是 Objective C 的消息機制還是 Qt 中的 Signal/Slot 機制，可以說都是在嘗試將對象本身（數據）與對對象的操作（消息）解耦，但 Go 將這個工作在語言層面做得更加徹底，這樣不僅避免多重繼承問題，還體現出面向對象設計中最要緊的事情：對象間的消息傳遞。

實現

interface 實際上就是一個結構體，包含兩個成員。其中一個成員是指向具體數據的指針，另一個成員中包含了類型信息。空接口和帶方法的接口略有不同，下面分別是空接口和帶方法的接口是使用的數據結構：

struct Eface{  Type*  type;  void*  data;};struct Iface{  Itab*  tab;  void*  data;};struct Itab{  InterfaceType*  inter;  Type*  type;  Itab*  link;  int32  bad;  int32  unused;  void  (*fun[])(void);};struct Type{  uintptr size;  uint32 hash;  uint8 _unused;  uint8 align;  uint8 fieldAlign;  uint8 kind;  Alg *alg;  void *gc;  String *string;  UncommonType *x;  Type *ptrto;};

先看Eface，它是interface{}底層使用的數據結構。數據域中包含了一個void*指針，和一個類型結構體的指針。interface{}扮演的角色跟C語言中的void*是差不多的，Go中的任何對象都可以表示為interface{}。不同之處在于，interface{}中有類型信息，于是可以實現反射。

不同類型數據的類型信息結構體并不完全一致，Type是類型信息結構體中公共的部分，其中size描述類型的大小，UncommonType是指向一個函數指針的數組，收集了這個類型的具體實現的所有方法。

在reflect包中有個KindOf函數，返回一個interface{}的Type，其實該函數就是簡單的取Eface中的Type域。

Iface和Eface略有不同，它是帶方法的interface底層使用的數據結構。data域同樣是指向原始數據的，Itab中不僅存儲了Type信息，而且還多了一個方法表fun[]。一個Iface中的具體類型中實現的方法會被拷貝到Itab的fun數組中。

Type的UncommonType中有一個方法表，某個具體類型實現的所有方法都會被收集到這張表中。reflect包中的Method和MethodByName方法都是通過查詢這張表實現的。表中的每一項是一個Method，其數據結構如下：

struct Method{  String *name;  String *pkgPath;  Type  *mtyp;  Type *typ;  void (*ifn)(void);  void (*tfn)(void);};

Iface的Itab的InterfaceType中也有一張方法表，這張方法表中是接口所聲明的方法。其中每一項是一個IMethod，數據結構如下：

struct IMethod{  String *name;  String *pkgPath;  Type *type;};

跟上面的Method結構體對比可以發現，這里是只有聲明沒有實現的。

Iface中的Itab的func域也是一張方法表，這張表中的每一項就是一個函數指針，也就是只有實現沒有聲明。

類型轉換時的檢測就是看Type中的方法表是否包含了InterfaceType的方法表中的所有方法，并把Type方法表中的實現部分拷到Itab的func那張表中。

注意事項

一個interface在沒有進行初始化時，對應的值是nil。也就是說：

var v interface{}

此時v就是一個nil。在底層存儲上，它是一個空指針。

與之不同的情況

var obj *Tvar v interface{}v = obj

此時v是一個interface，它的值是nil，也就是說其data域為空，但它自身不為nil。

下面來看個例子就明白了：
Go語言中的error類型實際上是抽象了Error()方法的error接口：

type error interface {  Error() string}

有如下代碼：

type Error struct {  errCode uint8}func (e *Error) Error() string {  switch e.errCode {  default:    return "unknown error"  }}func test_checkError() {  var e *Error  if e == nil {    fmt.Println("e is nil")  } else {    fmt.Println("e is not nil")  }  var err error  err = e  if err == nil {    fmt.Println("err is nil")  } else {    fmt.Println("err is not nil")  }}

運行test_checkError()輸出：