這期內(nèi)容當(dāng)中小編將會給大家?guī)碛嘘P(guān)go語言中接口的應(yīng)用,以專業(yè)的角度為大家分析和敘述,閱讀完這篇文章希望大家可以有所收獲。
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1. 接口的基本使用
golang中的interface本身也是一種類型,它代表的是一個方法的集合。任何類型只要實(shí)現(xiàn)了接口中聲明的所有方法,那么該類就實(shí)現(xiàn)了該接口。與其他語言不同,golang并不需要顯式聲明類型實(shí)現(xiàn)了某個接口,而是由編譯器和runtime進(jìn)行檢查。
聲明
type 接口名 interface{
方法1
方法2
...
方法n
}
type 接口名 interface {
已聲明接口名1
...
已聲明接口名n
}
type iface interface{
tab *itab
data unsafe.Pointer
}接口自身也是一種結(jié)構(gòu)類型,只是編譯器對其做了很多限制:
● 不能有字段
● 不能定義自己的方法
● 只能聲明方法,不能實(shí)現(xiàn)
● 可嵌入其他接口類型
package main
import (
"fmt"
)
// 定義一個接口
type People interface {
ReturnName() string
}
// 定義一個結(jié)構(gòu)體
type Student struct {
Name string
}
// 定義結(jié)構(gòu)體的一個方法。
// 突然發(fā)現(xiàn)這個方法同接口People的所有方法(就一個),此時可直接認(rèn)為結(jié)構(gòu)體Student實(shí)現(xiàn)了接口People
func (s Student) ReturnName() string {
return s.Name
}
func main() {
cbs := Student{Name:"小明"}
var a People
// 因?yàn)镾tudents實(shí)現(xiàn)了接口所以直接賦值沒問題
// 如果沒實(shí)現(xiàn)會報錯:cannot use cbs (type Student) as type People in assignment:Student does not implement People (missing ReturnName method)
a = cbs
name := a.ReturnName()
fmt.Println(name) // 輸出"小明"
}如果一個接口不包含任何方法,那么它就是一個空接口(empty interface),所有類型都符合empty interface的定義,因此任何類型都能轉(zhuǎn)換成empty interface。
接口的值簡單來說,是由兩部分組成的,就是類型和數(shù)據(jù),判斷兩個接口是相等,就是看他們的這兩部分是否相等;另外類型和數(shù)據(jù)都為nil才代表接口是nil。
var a interface{}
var b interface{} = (*int)(nil)
fmt.Println(a == nil, b == nil) //true false2. 接口嵌套
像匿名字段那樣嵌入其他接口。目標(biāo)類型方法集中必須擁有包含嵌入接口方法在內(nèi)的全部方法才算實(shí)現(xiàn)了該接口。嵌入其他接口類型相當(dāng)于將其聲明的方法集中導(dǎo)入。這就要求不能有同名方法,不能嵌入自身或循環(huán)嵌入。
type stringer interfaceP{
string() string
}
type tester interface {
stringer
test()
}
type data struct{}
func (*data) test() {}
func (data) string () string {
return ""
}
func main() {
var d data
var t tester = &d
t.test()
println(t.string())
}超集接口變量可隱式轉(zhuǎn)換為子集,反過來不行。
3. 接口的實(shí)現(xiàn)
golang的接口檢測既有靜態(tài)部分,也有動態(tài)部分。
● 靜態(tài)部分
對于具體類型(concrete type,包括自定義類型) -> interface,編譯器生成對應(yīng)的itab放到ELF的.rodata段,后續(xù)要獲取itab時,直接把指針指向存在.rodata的相關(guān)偏移地址即可。具體實(shí)現(xiàn)可以看golang的提交日志CL 20901、CL 20902。
對于interface->具體類型(concrete type,包括自定義類型),編譯器提取相關(guān)字段進(jìn)行比較,并生成值
● 動態(tài)部分
在runtime中會有一個全局的hash表,記錄了相應(yīng)type->interface類型轉(zhuǎn)換的itab,進(jìn)行轉(zhuǎn)換時候,先到hash表中查,如果有就返回成功;如果沒有,就檢查這兩種類型能否轉(zhuǎn)換,能就插入到hash表中返回成功,不能就返回失敗。注意這里的hash表不是go中的map,而是一個最原始的使用數(shù)組的hash表,使用開放地址法來解決沖突。主要是interface <-> interface(接口賦值給接口、接口轉(zhuǎn)換成另一接口)使用到動態(tài)生產(chǎn)itab。
interface的結(jié)構(gòu)如下:

接口類型的結(jié)構(gòu)interfacetype
type interfacetype struct {
typ _type
pkgpath name //記錄定義接口的包名
mhdr []imethod //一個imethod切片,記錄接口中定義的那些函數(shù)。
}
// imethod表示接口類型上的方法
type imethod struct {
name nameOff // name of method
typ typeOff // .(*FuncType) underneath
}nameOff 和 typeOff 類型是 int32 ,這兩個值是鏈接器負(fù)責(zé)嵌入的,相對于可執(zhí)行文件的元信息的偏移量。元信息會在運(yùn)行期,加載到 runtime.moduledata 結(jié)構(gòu)體中。
4. 接口值的結(jié)構(gòu)iface和eface
為了性能,golang專門分了兩種interface,eface和iface,eface就是空接口,iface就是有方法的接口。
type iface struct {
tab *itab
data unsafe.Pointer
}
type eface struct {
_type *_type
data unsafe.Pointer
}
type itab struct {
inter *interfacetype //inter接口類型
_type *_type //_type數(shù)據(jù)類型
hash uint32 //_type.hash的副本。用于類型開關(guān)。 hash哈希的方法
_ [4]byte
fun [1]uintptr // 大小可變。 fun [0] == 0表示_type未實(shí)現(xiàn)inter。 fun函數(shù)地址占位符
}iface結(jié)構(gòu)體中的data是用來存儲實(shí)際數(shù)據(jù)的,runtime會申請一塊新的內(nèi)存,把數(shù)據(jù)考到那,然后data指向這塊新的內(nèi)存。
itab中的hash方法拷貝自_type.hash;fun是一個大小為1的uintptr數(shù)組,當(dāng)fun[0]為0時,說明_type并沒有實(shí)現(xiàn)該接口,當(dāng)有實(shí)現(xiàn)接口時,fun存放了第一個接口方法的地址,其他方法一次往下存放,這里就簡單用空間換時間,其實(shí)方法都在_type字段中能找到,實(shí)際在這記錄下,每次調(diào)用的時候就不用動態(tài)查找了。
4.1 全局的itab table
iface.go:
const itabInitSize = 512
// 注意:如果更改這些字段,請在itabAdd的mallocgc調(diào)用中更改公式。
type itabTableType struct {
size uintptr // 條目數(shù)組的長度。始終為2的冪。
count uintptr // 當(dāng)前已填寫的條目數(shù)。
entries [itabInitSize]*itab // really [size] large
}可以看出這個全局的itabTable是用數(shù)組在存儲的,size記錄數(shù)組的大小,總是2的次冪。count記錄數(shù)組中已使用了多少。entries是一個*itab數(shù)組,初始大小是512。
5. 接口類型轉(zhuǎn)換
把一個具體的值,賦值給接口,會調(diào)用conv系列函數(shù),例如空接口調(diào)用convT2E系列、非空接口調(diào)用convT2I系列,為了性能考慮,很多特例的convT2I64、convT2Estring諸如此類,避免了typedmemmove的調(diào)用。
func convT2E(t *_type, elem unsafe.Pointer) (e eface) {
if raceenabled {
raceReadObjectPC(t, elem, getcallerpc(), funcPC(convT2E))
}
if msanenabled {
msanread(elem, t.size)
}
x := mallocgc(t.size, t, true)
// TODO: 我們分配一個清零的對象只是為了用實(shí)際數(shù)據(jù)覆蓋它。
//確定如何避免歸零。同樣在下面的convT2Eslice,convT2I,convT2Islice中。
typedmemmove(t, x, elem)
e._type = t
e.data = x
return
}
func convT2I(tab *itab, elem unsafe.Pointer) (i iface) {
t := tab._type
if raceenabled {
raceReadObjectPC(t, elem, getcallerpc(), funcPC(convT2I))
}
if msanenabled {
msanread(elem, t.size)
}
x := mallocgc(t.size, t, true)
typedmemmove(t, x, elem)
i.tab = tab
i.data = x
return
}
func convT2I16(tab *itab, val uint16) (i iface) {
t := tab._type
var x unsafe.Pointer
if val == 0 {
x = unsafe.Pointer(&zeroVal[0])
} else {
x = mallocgc(2, t, false)
*(*uint16)(x) = val
}
i.tab = tab
i.data = x
return
}
func convI2I(inter *interfacetype, i iface) (r iface) {
tab := i.tab
if tab == nil {
return
}
if tab.inter == inter {
r.tab = tab
r.data = i.data
return
}
r.tab = getitab(inter, tab._type, false)
r.data = i.data
return
}可以看出:
● 具體類型轉(zhuǎn)空接口,_type字段直接復(fù)制源的type;mallocgc一個新內(nèi)存,把值復(fù)制過去,data再指向這塊內(nèi)存。
● 具體類型轉(zhuǎn)非空接口,入?yún)ab是編譯器生成的填進(jìn)去的,接口指向同一個入?yún)ab指向的itab;mallocgc一個新內(nèi)存,把值復(fù)制過去,data再指向這塊內(nèi)存。
● 對于接口轉(zhuǎn)接口,itab是調(diào)用getitab函數(shù)去獲取的,而不是編譯器傳入的。
對于那些特定類型的值,如果是零值,那么不會mallocgc一塊新內(nèi)存,data會指向zeroVal[0]。
5.1 接口轉(zhuǎn)接口
func assertI2I2(inter *interfacetype, i iface) (r iface, b bool) {
tab := i.tab
if tab == nil {
return
}
if tab.inter != inter {
tab = getitab(inter, tab._type, true)
if tab == nil {
return
}
}
r.tab = tab
r.data = i.data
b = true
return
}
func assertE2I(inter *interfacetype, e eface) (r iface) {
t := e._type
if t == nil {
// 顯式轉(zhuǎn)換需要非nil接口值。
panic(&TypeAssertionError{nil, nil, &inter.typ, ""})
}
r.tab = getitab(inter, t, false)
r.data = e.data
return
}
func assertE2I2(inter *interfacetype, e eface) (r iface, b bool) {
t := e._type
if t == nil {
return
}
tab := getitab(inter, t, true)
if tab == nil {
return
}
r.tab = tab
r.data = e.data
b = true
return
}我們看到有兩種用法:
● 返回值是一個時,不能轉(zhuǎn)換就panic。
● 返回值是兩個時,第二個返回值標(biāo)記能否轉(zhuǎn)換成功
此外,data復(fù)制的是指針,不會完整拷貝值。每次都malloc一塊內(nèi)存,那么性能會很差,因此,對于一些類型,golang的編譯器做了優(yōu)化。
5.2 接口轉(zhuǎn)具體類型
接口判斷是否轉(zhuǎn)換成具體類型,是編譯器生成好的代碼去做的。我們看個empty interface轉(zhuǎn)換成具體類型的例子:
var EFace interface{}
var j int
func F4(i int) int{
EFace = I
j = EFace.(int)
return j
}
func main() {
F4(10)
}反匯編:
go build -gcflags '-N -l' -o tmp build.go go tool objdump -s "main.F4" tmp
可以看匯編代碼:
MOVQ main.EFace(SB), CX //CX = EFace.typ2 LEAQ type.*+60128(SB), DX //DX = &type.int3 CMPQ DX, CX.
可以看到empty interface轉(zhuǎn)具體類型,是編譯器生成好對比代碼,比較具體類型和空接口是不是同一個type,而不是調(diào)用某個函數(shù)在運(yùn)行時動態(tài)對比。
5.3 非空接口類型轉(zhuǎn)換
var tf Tester
var t testStruct
func F4() int{
t := tf.(testStruct)
return t.i
}
func main() {
F4()
}
//反匯編
MOVQ main.tf(SB), CX // CX = tf.tab(.inter.typ)
LEAQ go.itab.main.testStruct,main.Tester(SB), DX // DX = <testStruct,Tester>對應(yīng)的&itab(.inter.typ)
CMPQ DX, CX //可以看到,非空接口轉(zhuǎn)具體類型,也是編譯器生成的代碼,比較是不是同一個itab,而不是調(diào)用某個函數(shù)在運(yùn)行時動態(tài)對比。
6. 獲取itab的流程
golang interface的核心邏輯就在這,在get的時候,不僅僅會從itabTalbe中查找,還可能會創(chuàng)建插入,itabTable使用容量超過75%還會擴(kuò)容。看下代碼:
func getitab(inter *interfacetype, typ *_type, canfail bool) *itab {
if len(inter.mhdr) == 0 {
throw("internal error - misuse of itab")
}
// 簡單的情況
if typ.tflag&tflagUncommon == 0 {
if canfail {
return nil
}
name := inter.typ.nameOff(inter.mhdr[0].name)
panic(&TypeAssertionError{nil, typ, &inter.typ, name.name()})
}
var m *itab
//首先,查看現(xiàn)有表以查看是否可以找到所需的itab。
//這是迄今為止最常見的情況,因此請不要使用鎖。
//使用atomic確保我們看到該線程完成的所有先前寫入更新itabTable字段(在itabAdd中使用atomic.Storep)。
t := (*itabTableType)(atomic.Loadp(unsafe.Pointer(&itabTable)))
if m = t.find(inter, typ); m != nil {
goto finish
}
// 未找到。抓住鎖,然后重試。
lock(&itabLock)
if m = itabTable.find(inter, typ); m != nil {
unlock(&itabLock)
goto finish
}
// 條目尚不存在。進(jìn)行新輸入并添加。
m = (*itab)(persistentalloc(unsafe.Sizeof(itab{})+uintptr(len(inter.mhdr)-1)*sys.PtrSize, 0, &memstats.other_sys))
m.inter = inter
m._type = typ
m.init()
itabAdd(m)
unlock(&itabLock)
finish:
if m.fun[0] != 0 {
return m
}
if canfail {
return nil
}
//僅當(dāng)轉(zhuǎn)換時才會發(fā)生,使用ok形式已經(jīng)完成一次,我們得到了一個緩存的否定結(jié)果。
//緩存的結(jié)果不會記錄,缺少接口函數(shù),因此初始化再次獲取itab,以獲取缺少的函數(shù)名稱。
panic(&TypeAssertionError{concrete: typ, asserted: &inter.typ, missingMethod: m.init()})
}流程如下:
● 先用t保存全局itabTable的地址,然后使用t.find去查找,這樣是為了防止查找過程中,itabTable被替換導(dǎo)致查找錯誤。
● 如果沒找到,那么就會上鎖,然后使用itabTable.find去查找,這樣是因?yàn)樵诘谝徊讲檎业耐瑫r,另外一個協(xié)程寫入,可能導(dǎo)致實(shí)際存在卻查找不到,這時上鎖避免itabTable被替換,然后直接在itaTable中查找。
● 再沒找到,說明確實(shí)沒有,那么就根據(jù)接口類型、數(shù)據(jù)類型,去生成一個新的itab,然后插入到itabTable中,這里可能會導(dǎo)致hash表擴(kuò)容,如果數(shù)據(jù)類型并沒有實(shí)現(xiàn)接口,那么根據(jù)調(diào)用方式,該報錯報錯,該panic panic。
這里我們可以看到申請新的itab空間時,內(nèi)存空間的大小是unsafe.Sizeof(itab{})+uintptr(len(inter.mhdr)-1)*sys.PtrSize,參照前面接受的結(jié)構(gòu),len(inter.mhdr)就是接口定義的方法數(shù)量,因?yàn)樽侄蝔un是一個大小為1的數(shù)組,所以len(inter.mhdr)-1,在fun字段下面其實(shí)隱藏了其他方法接口地址。
6.1 在itabTable中查找itab find
func itabHashFunc(inter *interfacetype, typ *_type) uintptr {
// 編譯器為我們提供了一些很好的哈希碼。
return uintptr(inter.typ.hash ^ typ.hash)
}
// find在t中找到給定的接口/類型對。
// 如果不存在給定的接口/類型對,則返回nil。
func (t *itabTableType) find(inter *interfacetype, typ *_type) *itab {
// 使用二次探測實(shí)現(xiàn)。
//探測順序?yàn)閔(i)= h0 + i *(i + 1)/ 2 mod 2 ^ k。
//我們保證使用此探測序列擊中所有表條目。
mask := t.size - 1
h := itabHashFunc(inter, typ) & mask
for i := uintptr(1); ; i++ {
p := (**itab)(add(unsafe.Pointer(&t.entries), h*sys.PtrSize))
// 在這里使用atomic read,所以如果我們看到m!= nil,我們也會看到m字段的初始化。
// m := *p
m := (*itab)(atomic.Loadp(unsafe.Pointer(p)))
if m == nil {
return nil
}
if m.inter == inter && m._type == typ {
return m
}
h += I
h &= mask
}
}從注釋可以看到,golang使用的開放地址探測法,用的是公式h(i) = h0 + i*(i+1)/2 mod 2^k,h0是根據(jù)接口類型和數(shù)據(jù)類型的hash字段算出來的。以前的版本是額外使用一個link字段去連到下一個slot,那樣會有額外的存儲,性能也會差寫,在1.11中我們看到有了改進(jìn)。
6.2 檢查并生成itab init
// init用所有代碼指針填充m.fun數(shù)組m.inter / m._type對。 如果該類型未實(shí)現(xiàn)該接口,將m.fun [0]設(shè)置為0,并返回缺少的接口函數(shù)的名稱。
//可以在同一m上多次調(diào)用此函數(shù),即使同時調(diào)用也可以。
func (m *itab) init() string {
inter := m.inter
typ := m._type
x := typ.uncommon()
// inter和typ都有按名稱排序的方法,
//并且接口名稱是唯一的,
//因此可以在鎖定步驟中對兩者進(jìn)行迭代;
//循環(huán)是O(ni + nt)而不是O(ni * nt)。
ni := len(inter.mhdr)
nt := int(x.mcount)
xmhdr := (*[1 << 16]method)(add(unsafe.Pointer(x), uintptr(x.moff)))[:nt:nt]
j := 0
imethods:
for k := 0; k < ni; k++ {
i := &inter.mhdr[k]
itype := inter.typ.typeOff(i.ityp)
name := inter.typ.nameOff(i.name)
iname := name.name()
ipkg := name.pkgPath()
if ipkg == "" {
ipkg = inter.pkgpath.name()
}
for ; j < nt; j++ {
t := &xmhdr[j]
tname := typ.nameOff(t.name)
if typ.typeOff(t.mtyp) == itype && tname.name() == iname {
pkgPath := tname.pkgPath()
if pkgPath == "" {
pkgPath = typ.nameOff(x.pkgpath).name()
}
if tname.isExported() || pkgPath == ipkg {
if m != nil {
ifn := typ.textOff(t.ifn)
*(*unsafe.Pointer)(add(unsafe.Pointer(&m.fun[0]), uintptr(k)*sys.PtrSize)) = ifn
}
continue imethods
}
}
}
// didn't find method
m.fun[0] = 0
return iname
}
m.hash = typ.hash
return ""
}這個方法會檢查interface和type的方法是否匹配,即type有沒有實(shí)現(xiàn)interface。假如interface有n中方法,type有m中方法,那么匹配的時間復(fù)雜度是O(n x m),由于interface、type的方法都按字典序排,所以O(shè)(n+m)的時間復(fù)雜度可以匹配完。在檢測的過程中,匹配上了,依次往fun字段寫入type中對應(yīng)方法的地址。如果有一個方法沒有匹配上,那么就設(shè)置fun[0]為0,在外層調(diào)用會檢查fun[0]==0,即type并沒有實(shí)現(xiàn)interface。
這里我們還可以看到golang中continue的特殊用法,要直接continue到外層的循環(huán)中,那么就在那一層的循環(huán)上加個標(biāo)簽,然后continue 標(biāo)簽。
6.3 把itab插入到itabTable中 itabAdd
// itabAdd將給定的itab添加到itab哈希表中。
//必須保持itabLock。
func itabAdd(m *itab) {
// 設(shè)置了mallocing時,錯誤可能導(dǎo)致調(diào)用此方法,通常是因?yàn)檫@是在恐慌時調(diào)用的。
//可靠地崩潰,而不是僅在需要增長時崩潰哈希表。
if getg().m.mallocing != 0 {
throw("malloc deadlock")
}
t := itabTable
if t.count >= 3*(t.size/4) { // 75% 負(fù)載系數(shù)
// 增長哈希表。
// t2 = new(itabTableType)+一些其他條目我們?nèi)鲋e并告訴malloc我們想要無指針的內(nèi)存,因?yàn)樗兄赶虻闹刀疾辉诙阎小?
t2 := (*itabTableType)(mallocgc((2+2*t.size)*sys.PtrSize, nil, true))
t2.size = t.size * 2
// 復(fù)制條目。
//注意:在復(fù)制時,其他線程可能會尋找itab和找不到它。沒關(guān)系,他們將嘗試獲取Itab鎖,因此請等到復(fù)制完成。
if t2.count != t.count {
throw("mismatched count during itab table copy")
}
// 發(fā)布新的哈希表。使用原子寫入:請參閱getitab中的注釋。
atomicstorep(unsafe.Pointer(&itabTable), unsafe.Pointer(t2))
// 采用新表作為我們自己的表。
t = itabTable
// 注意:舊表可以在此處進(jìn)行GC處理。
}
t.add(m)
}
// add將給定的itab添加到itab表t中。
//必須保持itabLock。
func (t *itabTableType) add(m *itab) {
//請參閱注釋中的有關(guān)探查序列的注釋。
//將新的itab插入探針序列的第一個空位。
mask := t.size - 1
h := itabHashFunc(m.inter, m._type) & mask
for i := uintptr(1); ; i++ {
p := (**itab)(add(unsafe.Pointer(&t.entries), h*sys.PtrSize))
m2 := *p
if m2 == m {
//給定的itab可以在多個模塊中使用并且由于全局符號解析的工作方式,
//指向itab的代碼可能已經(jīng)插入了全局“哈希”。
return
}
if m2 == nil {
// 在這里使用原子寫,所以如果讀者看到m,它也會看到正確初始化的m字段。
// NoWB正常,因?yàn)閙不在堆內(nèi)存中。
// *p = m
atomic.StorepNoWB(unsafe.Pointer(p), unsafe.Pointer(m))
t.count++
return
}
h += I
h &= mask
}
}可以看到,當(dāng)hash表使用達(dá)到75%或以上時,就會進(jìn)行擴(kuò)容,容量是原來的2倍,申請完空間,就會把老表中的數(shù)據(jù)插入到新的hash表中。然后使itabTable指向新的表,最后把新的itab插入到新表中。
上述就是小編為大家分享的go語言中接口的應(yīng)用了,如果您也有類似的疑惑,不妨參照上述方法進(jìn)行嘗試。如果想了解更多相關(guān)內(nèi)容,請關(guān)注創(chuàng)新互聯(lián)行業(yè)資訊。
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