GoLang之interface底层系列二(类型断言)

GoLang之interface底层系列二(类型断言)

注：本文基于Windos系统上Go SDK v1.18进行讲解

1.抽象类型、具体类型

我们已经知道接口可以分为空接口与非空接口两类。相对于接口这种“抽象类型”，像int，slice，string，map，struct等类型被称为“具体类型”。
类型断言是Go语言中应用在接口值上的一个神奇特性，而类型断言的目标类型可以是某种具体类型，也可以是某种非空接口类型。这样我们就组合出四种类型断言，接下来就逐一看看它们究竟是如何断言的！

2.断言的作用类型与目标类型

类型断言作用在接口值之上，可以是空接口，也可以是非空接口;

而断言的目标类型，可以是具体类型，也可以是非空接口类型。这样就组合出了四种类型断言，接下来我们就逐一看看，它们究竟是怎样断言的。

3.空接口.(具体类型)

e.(*os.File)就是要判断e存储的_type是否指向*os.File的类型元数据。反正我们介绍过Go语言里每种类型的类型元数据都是全局唯一的。

var e interface{}
//......
r, ok := e.(*os.File)
fmt.Println(r, ok) // false

如果e像下面这样赋值，，e的动态值就是f，e的动态类型就是*os.File，所以e.(*os.File)类型断言成功，ok为true，r为e的动态值，r被赋值为e的动态值f

//eggo.txt存在
func main() {
	var e interface{}
	f, _ := os.Open("aaa.txt")
	fmt.Println(f)//输出：&{0xc0000d0780}
	e = f
	r, ok := e.(*os.File)
	fmt.Println(ok) //输出：true
	fmt.Println(r)  //输出：&{0xc0000d0780}
}

//eggo.txt不存在
    var e interface{}
	f, _ := os.Open("eggo.txt")
	e = f
	r, ok := e.(*os.File)
	fmt.Println(f)        //
	fmt.Println(f == nil) //true
	fmt.Println(e)        //
	fmt.Println(e == nil) //flase
	fmt.Println(r, ok)    // true

如果e的动态类型不是*os.File，例如e被赋值为string，e的动态类型就是string,那么类型断言就会失败，ok就是false，r就是*os.File的类型零值nil。

var e interface{}
f := "eggo"
e = f
r, ok := e.(*os.File)
fmt.Println(r, ok) // false

4.非空接口.(具体类型)

rw.(*os.File)是要判断rw的动态类型是否为*os.File。前面我们介绍过，程序中用到的itab结构体都会缓存起来，可以通过<接口类型, 动态类型>组合起来的key，查找到对应的itab指针。
所以这里的类型断言只需要一次比较就能完成，就是看iface.tab是否等于这个组合对应的itab指针就好。

    var rw io.ReadWriter
	fmt.Println(rw)//
	//......
	r, ok := rw.(*os.File)
	fmt.Println(r, ok) // false

如果把一个*os.File类型的变量f赋给rw，它的动态值就是f，动态类型就是*os.File。
rw这里存储的itab指针就指向组合对应的itab，所以类型断言成功，ok为true，r被赋值为rw的动态值。

    //eggo.txt存在
	var rw io.ReadWriter
	fmt.Println(rw)
	f, _ := os.Open("eggo.txt") //
	fmt.Println(f)              //&{0xc00006c000}
	rw = f
	fmt.Println(rw) //&{0xc00006c000}
	r, ok := rw.(*os.File)
	fmt.Println(r, ok) //&{0xc00006c000} true

    //eggo.txt不存在
	var rw io.ReadWriter
	fmt.Println(rw)
	f, _ := os.Open("eggo.txt") //
	fmt.Println(f)//
	rw = f
	fmt.Println(rw)//
	r, ok := rw.(*os.File)
	fmt.Println(r, ok) // true

下面我们定义一个eggo类型，并且由*eggo类型实现io.ReadWriter接口。
如果把一个*eggo类型的变量赋值给rw，rw的动态类型就是*eggo，rw持有的itab指针就不指向组合对应的itab结构体，类型断言就会失败，ok为false，而r就会被置为*os.File的类型零值nil。

package main

import (
	"fmt"
	"io"
	"os"
)

type eggo struct {
	name string
}

func (e *eggo) Read(b []byte) (n int, err error) {
	return len(e.name), nil
}

func (e *eggo) Write(b []byte) (n int, err error) {
	return len(e.name), nil
}
func main() {
	var rw io.ReadWriter
	f := eggo{name: "eggo"}
	fmt.Println(f) //{eggo}
	rw = &f
	fmt.Println(rw) //&{eggo}
	r, ok := rw.(*os.File)
	fmt.Println(r, ok) // false
}

package main

import (
	"fmt"
	"io"
)

type eggo struct {
	name string
}

func (e *eggo) Read(b []byte) (n int, err error) {
	return len(e.name), nil
}

func (e *eggo) Write(b []byte) (n int, err error) {
	return len(e.name), nil
}
func main() {
	var rw io.ReadWriter
	f := eggo{name: "eggo"}
	rw = &f
	r, ok := rw.(*eggo)
	fmt.Println(r, ok) //&{eggo} true
}

5.空接口.(非空接口)

e.(io.ReadWriter)就是要判断e的动态类型是否实现了io.ReadWriter接口。

    var e interface{}
	//......
	rw, ok := e.(io.ReadWriter)
	fmt.Println(rw, ok) // false

如果e像这样赋值：
它的动态值就是f,e的动态类型就是*os.File，我们知道*os.File类型元数据的后面可以找到该类型实现的方法列表描述信息。

    //eggo.txt存在
    var e interface{}
	f, _ := os.Open("aaa.txt")
	fmt.Println(f)//输出：&{0xc000118780}
	e = f //把*结构体赋值给了空接口
	rw, ok := e.(io.ReadWriter)
	fmt.Println(rw) //输出：&{0xc000118780}
	fmt.Println(ok) //输出：true

//eggo.txt不存在
	var e interface{}
	f, _ := os.Open("eggo.txt")
	fmt.Println(f)//
	e = f
	fmt.Println(e)//
	rw, ok := e.(io.ReadWriter)
	fmt.Println(rw, ok) // true

其实并不需要每次都检查动态类型的方法列表，还记得itab缓存吗？ 实际上，当类型断言的目标类型为非空接口时，会首先去itabTable里查找对应的itab指针，若没有找到io.ReadWrite和os.File对应的itab结构体，再去检查动态类型的方法列表,即再去检查*os.File的方法列表。
此处注意，就算从itabTable中找到了itab指针，也要进一步确认itab.fun[0]是否等于0。这是因为一旦通过方法列表确定某个具体类型没有实现指定接口，就会把itab这里的fun[0]置为0，然后同样会把这个itab结构体缓存起来，和那些断言成功的itab缓存一样。这样做的目的是避免再遇到同种类型断言时重复检查方法列表。
即断言失败的类型组合其对应的itab结构体也会被缓存起来，只是会把itab.fun[0]置为0，用以标识这里的动态类型并没有实现对应的接口，这样以后在遇到同样类型断言时，就不用再去检查方法列表了，可以直接断言失败;
回到例子中，这里会断言成功，ok为true，rw就是一个io.ReadWriter类型的变量，其动态值与e相同。tab指向对应的itab结构体。

然而如果把一个字符串赋值给e，它的动态类型就是string，这个组合会对应下面这个itab，它也会被缓存起来。

	var e interface{}
	f := "eggo"
	e = f
	rw, ok := e.(io.ReadWriter)
	fmt.Println(rw, ok) //< nil > false

断言失败，ok为false，rw为io.ReadWriter的类型零值，即tab和data均为nil。

总结：
下面中代码中断言是成功的，所以ok为true，rw就是一个io.ReadWriter接口类型的变量(即*os.file结构体实现了io.ReadWriter接口)，rw的动态值与e相同，而tab就指向这一个itab结构体

如果e被赋值为一个字符串，它的动态类型就是string，并没有实现要求的Read和Write方法，所以对应的itab中fun[0]=0，并且会被添加到itab缓存中，这里断言失败，ok为false，rw为io.ReadWriter的类型零值

6.非空接口.(非空接口)

w.(io.ReadWriter)是要判断w的动态类型是否实现了io.ReadWriter接口。

var w io.Writer
//......
rw, ok := w.(io.ReadWriter)
fmt.Println(rw, ok) //< nil > false

下面同样把一个*os.File类型的变量f赋值给w，它的动态值就是f，动态类型就是*os.File。

//eggo.txt存在
	var w io.Writer
	fmt.Println(w) //
	f, _ := os.Open("eggo.txt")
	fmt.Println(f) //&{0xc00011a780}
	w = f
	fmt.Println(w) //&{0xc00011a780}
	rw, ok := w.(io.ReadWriter)
	fmt.Println(rw, ok) //&{0xc00011a780}  true

	//eggo.txt不存在
	var w io.Writer
	fmt.Println(w) //
	f, _ := os.Open("eggo.txt")
	fmt.Println(f) //
	w = f
	fmt.Println(w) //
	rw, ok := w.(io.ReadWriter)
	fmt.Println(rw, ok) //  true

要确定*os.File是否实现了io.ReadWriter接口，同样会先去itab缓存里查找对应的itab，若存在，且itab.fun[0]不等于0，则断言成功；若不存在，再去检查*os.File的方法列表，创建并缓存itab信息。
这里断言成功，ok为true，rw为io.ReadWriter类型的变量，动态值与w相同，而itab是对应的那一个。

下面我们自定义一个eggo类型，且*eggo类型只实现io.Writer要求的Write方法，并没有实现io.ReadWriter额外要求的Read方法。如果把一个*eggo类型的变量赋给w：

type eggo struct {
	name string
}

func (e *eggo) Write(b []byte) (n int, err error) {
	return len(e.name), nil
}

func main() {
	var w io.Writer
	f := eggo{name: "eggo"}
	w = &f
	rw, ok := w.(io.ReadWriter)
	fmt.Println(rw, ok) // false
}

此时，w的动态类型为*eggo，而*eggo的方法列表里缺少一个Read方法，所以类型断言失败，下面这个itab被缓存起来。

断言失败后，ok为false，rw的data和tab均为nil。

综上，类型断言的关键是明确接口的动态类型，以及对应的类型实现了哪些方法。而明确这些的关键，还是类型元数据，以及空接口与非空接口的数据结构。接下来的Type Switch也不外如是。

7.Type Switch

这里的b会被赋值为e的动态值，下面每个case都是把e的动态类型和某个具体类型作比较，相等则选择这个分支，没有匹配的则走到default分支。

var e interface{}
str := "eggo"
e = str

switch b := e.(type) {
case *os.File:
    {
        fmt.Println("*os.File")
    }
case string:
    {
        fmt.Println(b)    //选择这个分支
    }
default:
    fmt.Println("default")
}

有时会遇到多个类型放在一个分支的情况，这时b的类型是interface{}。

switch b := e.(type) {
case *os.File:
    {
      fmt.Println("这里b的类型为*os.File", b)
    }
case string:
    {
      fmt.Println("这里b的类型为string", b)
    }
case int, int32, int64:
    {
      fmt.Println("多类型分支里b的类型为interface{}", b)
    }
default:
    fmt.Println("default")
}

8.附

空接口.(空接口):

type m interface{}

func main() {
	var a interface{}
	k, ok := a.(m)
	fmt.Println(k, ok) // false
}

func main() {
	var a interface{}
	k, ok := a.(interface{})
	fmt.Println(k, ok) // false
}

非空接口.(空接口):

type a interface{}

func main() {
	var rw io.ReadWriter
	k, ok := rw.(a)
	fmt.Println(k, ok)// false
}

func main() {
	var rw io.ReadWriter
	k, ok := rw.(interface{})
	fmt.Println(k, ok) // false
}