深入了解Go的interface{}底层原理实现

1. interface{}初探

Go是强类型语言，各个实例变量的类型信息正是存放在interface{}中的，Go中的反射也与其底层结构有关。

iface 和 eface 都是 Go 中描述interface{}的底层结构体，区别在于 iface 描述的接口包含方法，而 eface 则是不包含任何方法的空接口：interface{}。

接下来，我们将详细剖析iface 和 eface的底层数据结构。

2. eface

eface 比较简单，只维护了 _type 字段，表示空接口所承载的具体的实体类型，以及data 描述了具体的值。

type eface struct {
    _type *_type
    data  unsafe.Pointer
}

data字段是iface 和 eface都有的结构，这个是一个内存指针，指向interface{}实例对象信息的存储地址，在这里，我们可以获取对象的具体属性的数值信息。

而interface{}的类型信息是存放在_type结构体中的，如下所示，在eface中，直接存放了_type的指针，iface中多了一层封装，本节我们主要针对eface做梳理，所以介绍_type结构体。

type _type struct {
    // 类型大小
    size       uintptr
    ptrdata    uintptr
    // 类型的 hash 值
    hash       uint32
    // 类型的 flag，和反射相关
    tflag      tflag
    // 内存对齐相关
    align      uint8
    fieldalign uint8
    // 类型的编号，有bool, slice, struct 等等等等
    kind       uint8
    alg        *typeAlg
    // gc 相关
    gcdata    *byte
    str       nameOff
    ptrToThis typeOff
}

我们可以看到size,ptrdata等表示interface{}对象的类型信息，hash是其对应的哈希值，用于map等的哈希算法，tflag与反射相关，而align与fieldalign是用来内存对齐的，这与Go底层的内存管理机制有关，Go的内存管理机制类似于Linux中的伙伴系统，是以固定大小的内存块进行内存分配的，与这个大小进行对齐消除外碎片，提高内存利用率。另外还有一些和gc相关的参数，大家有一个初步的理解与认识就可以了，如果想深入掌握可以专门学习和查看源码。

3. iface

与eface不同，iface结构体中要同时储存方法信息，其数据结构如下图所示。正如前面所说的，itab结构体封装了_type结构体，同样利用_type储存类型信息，另外，其还有一些其他的属性。hash是对_type结构体中hash的拷贝，提高类型断言的效率。bad与inhash都是标记位，提高gc以及其他活动的效率。fun指向方法信息的具体地址。

另外，interfacetype，他描述的是接口静态类型信息。

fun 字段放置和接口方法对应的具体数据类型的方法地址，实现接口调用方法的动态分派，一般在每次给接口赋值发生转换时会更新此表，或者直接拿缓存的 itab。这里只会列出实体类型和接口相关的方法，实体类型的其他方法并不会出现在这里。如果你学过 C++ 的话，这里可以类比虚函数的概念，至于静态函数，并不存放在这里。

C++ 和 Go 在定义接口方式上的不同，也导致了底层实现上的不同。C++ 通过虚函数表来实现基类调用派生类的函数；而 Go 通过 itab 中的 fun 字段来实现接口变量调用实体类型的函数。C++ 中的虚函数表是在编译期生成的；而 Go 的 itab 中的 fun 字段是在运行期间动态生成的。原因在于，Go 中实体类型可能会无意中实现 N 多接口，很多接口并不是本来需要的，所以不能为类型实现的所有接口都生成一个 itab， 这也是“非侵入式”带来的影响；这在 C++ 中是不存在的，因为派生需要显示声明它继承自哪个基类。

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

type itab struct {
    inter  *interfacetype
    _type  *_type
    link   *itab
    hash   uint32 // copy of _type.hash. Used for type switches.
    bad    bool   // type does not implement interface
    inhash bool   // has this itab been added to hash?
    unused [2]byte
    fun    [1]uintptr // variable sized
}

type interfacetype struct {
    typ     _type
    pkgpath name
    mhdr    []imethod
}

综合上面的分析，我们可以梳理出，iface对应的几个重要数据结构的关系如下图所示。

4. 接口转化

通过前面提到的 iface 的源码可以看到，实际上它包含接口的类型 interfacetype 和 实体类型的类型 _type，这两者都是 iface 的字段 itab 的成员。也就是说生成一个 itab 同时需要接口的类型和实体的类型。

->itable

当判定一种类型是否满足某个接口时，Go 使用类型的方法集和接口所需要的方法集进行匹配，如果类型的方法集完全包含接口的方法集，则可认为该类型实现了该接口。

例如某类型有 m 个方法，某接口有 n 个方法，则很容易知道这种判定的时间复杂度为 O(mn)，Go 会对方法集的函数按照函数名的字典序进行排序，所以实际的时间复杂度为 O(m+n)。

Go的接口实现是非侵入式的，而是鸭子模式：如果某个东西长得像鸭子，像鸭子一样游泳，像鸭子一样嘎嘎叫，那它就可以被看成是一只鸭子。

因此，只要我们实现了接口对应的方法，也就实现了对应的接口，不需要单独申明。

到此这篇关于深入了解Go的interface{}底层原理实现的文章就介绍到这了,更多相关Go interface{}底层原理内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！