21《Go语言入门》interface底层浅分析

这是我纯手写的《Go语言入门》，手把手教你入门Go。源码+文章，看了你就会，此处应有掌声！
文章中所有的代码我都放到了github.com/GanZhiXiong/go_learning这个仓库中。在看文章的时候，对照仓库中代码学习效果更佳！

interface的结构

前面文章空接口和非空接口，它们都属于接口，空接口底层是由runtime.eface结构体实现，而非空接口底层是由runtime.iface结构体实现。

接口

空接口

非空接口

由runtime.eface结构体实现

由`runtime.iface`结构体实现

空接口eface

eface

_type *_type

data unsafe.Pointer

指向具体数据类型信息的指针

指向具体数据的指针

eface即empty interface（空接口）。

eface结构体位于runtime包runtime2.go文件中。

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

因为空接口不包含任何方法，所以它的结构也很简单，只包含：

• _type
  指向具体数据类型信息的指针
• data
  指向具体数据的指针

这个结构体是golang中的变量类型的基础，所以空接口可以指定任意变量类型。
示例：

func TestEface(t *testing.T) {
	b := Binary(200)
	t.Log(b)

	any := (interface{})(b)
	t.Log(any)
}

都输出了200，下图为any的结构图：

下面具体讲下_type

_type类型

_type是Go类型的运行时表示。它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可以认为是Go语言中所有类型的公共描述，Go语言中几乎所有的数据结构都可以抽象成_type，是所有类型的表现，可以说是万能类型。

type _type struct {
	size       uintptr
	ptrdata    uintptr // size of memory prefix holding all pointers
	hash       uint32
	tflag      tflag
	align      uint8
	fieldAlign uint8
	kind       uint8
	// function for comparing objects of this type
	// (ptr to object A, ptr to object B) -> ==?
	equal func(unsafe.Pointer, unsafe.Pointer) bool
	// 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
}

• 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；
• gcdata 字段存储gc类型数据。

非空接口iface

iface

tab *itab

data unsafe.Pointer

inter *interfacetype

_type *_type

hash * uint32

fun [1]uintptr

指向具体数据的指针

type _type

pkgpath name

mhdr []imethod

指向具体数据类型信息的指针

函数地址表

name nameOff

ityp typeOff

接口的类型信息

iface结构体位于runtime包runtime2.go文件中。

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

和eface相同的是都有指向具体数据的指针data字段。
不同的是_type变成了tab。

itab结构体

// layout of Itab known to compilers
// allocated in non-garbage-collected memory
// Needs to be in sync with
// ../cmd/compile/internal/gc/reflect.go:/^func.dumptabs.
type itab struct {
	inter *interfacetype
	_type *_type
	hash  uint32 // copy of _type.hash. Used for type switches.
	_     [4]byte
	fun   [1]uintptr // variable sized. fun[0]==0 means _type does not implement inter.
}

itab结构体也包含_type类型的字段。

• 上面我们已经知道了_type是指向具体数据类型信息的指针。
• 而inter字段的类型为interfacetype，顾名思义就是接口类型。

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

在go中除了interfacetpe 外，还有类似的一些类型，如 arraytype、maptype、chartype、chantype 和 slicetype 等,它们都可以在 src/runtime/type.go 文件里找到。

Go语言各种数据类型都是在 _type 字段的基础上，增加一些额外的字段来进行管理的，比如：

type arraytype struct {
	typ   _type
	elem  *_type
	slice *_type
	len   uintptr
}

type chantype struct {
	typ  _type
	elem *_type
	dir  uintptr
}

type slicetype struct {
	typ  _type
	elem *_type
}

type functype struct {
	typ      _type
	inCount  uint16
	outCount uint16
}

• 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，

你可能会觉得奇怪，为什么 fun 数组的大小为1，要是接口定义了多个方法可怎么办？实际上，这里存储的是第一个方法的函数指针。如果 fun[0] 为 0 时，说明 _type 并没有实现该接口。否则表示已经实现，如果有更多的方法，在它之后的内存空间里继续存储。从汇编角度来看，通过增加地址就能获取到这些函数指针，没什么影响。顺便提一句，这些方法是按照函数名称的字典序进行排列的。

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