快捷導(dǎo)航

深入了解Go的interface{}底層原理實現(xiàn)

更新時間：2022年06月06日 14:23:26 作者：樹獺叔叔

本文主要介紹了Go的interface{}底層原理實現(xiàn)，文中通過示例代碼介紹的非常詳細(xì)，對大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價值，需要的朋友們下面隨著小編來一起學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)吧

1. interface{}初探

Go是強類型語言，各個實例變量的類型信息正是存放在interface{}中的，Go中的反射也與其底層結(jié)構(gòu)有關(guān)。

iface 和 eface 都是 Go 中描述interface{}的底層結(jié)構(gòu)體，區(qū)別在于 iface 描述的接口包含方法，而 eface 則是不包含任何方法的空接口：interface{}。

接下來，我們將詳細(xì)剖析iface 和 eface的底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

2. eface

eface 比較簡單，只維護(hù)了 _type 字段，表示空接口所承載的具體的實體類型，以及data 描述了具體的值。

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

data字段是iface 和 eface都有的結(jié)構(gòu)，這個是一個內(nèi)存指針，指向interface{}實例對象信息的存儲地址，在這里，我們可以獲取對象的具體屬性的數(shù)值信息。

而interface{}的類型信息是存放在_type結(jié)構(gòu)體中的，如下所示，在eface中，直接存放了_type的指針，iface中多了一層封裝，本節(jié)我們主要針對eface做梳理，所以介紹_type結(jié)構(gòu)體。

type _type struct {
    // 類型大小
    size       uintptr
    ptrdata    uintptr
    // 類型的 hash 值
    hash       uint32
    // 類型的 flag，和反射相關(guān)
    tflag      tflag
    // 內(nèi)存對齊相關(guān)
    align      uint8
    fieldalign uint8
    // 類型的編號，有bool, slice, struct 等等等等
    kind       uint8
    alg        *typeAlg
    // gc 相關(guān)
    gcdata    *byte
    str       nameOff
    ptrToThis typeOff
}

我們可以看到size,ptrdata等表示interface{}對象的類型信息，hash是其對應(yīng)的哈希值，用于map等的哈希算法，tflag與反射相關(guān)，而align與fieldalign是用來內(nèi)存對齊的，這與Go底層的內(nèi)存管理機制有關(guān)，Go的內(nèi)存管理機制類似于Linux中的伙伴系統(tǒng)，是以固定大小的內(nèi)存塊進(jìn)行內(nèi)存分配的，與這個大小進(jìn)行對齊消除外碎片，提高內(nèi)存利用率。另外還有一些和gc相關(guān)的參數(shù)，大家有一個初步的理解與認(rèn)識就可以了，如果想深入掌握可以專門學(xué)習(xí)和查看源碼。

3. iface

與eface不同，iface結(jié)構(gòu)體中要同時儲存方法信息，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下圖所示。正如前面所說的，itab結(jié)構(gòu)體封裝了_type結(jié)構(gòu)體，同樣利用_type儲存類型信息，另外，其還有一些其他的屬性。hash是對_type結(jié)構(gòu)體中hash的拷貝，提高類型斷言的效率。bad與inhash都是標(biāo)記位，提高gc以及其他活動的效率。fun指向方法信息的具體地址。

另外，interfacetype，他描述的是接口靜態(tài)類型信息。

fun 字段放置和接口方法對應(yīng)的具體數(shù)據(jù)類型的方法地址，實現(xiàn)接口調(diào)用方法的動態(tài)分派，一般在每次給接口賦值發(fā)生轉(zhuǎn)換時會更新此表，或者直接拿緩存的 itab。這里只會列出實體類型和接口相關(guān)的方法，實體類型的其他方法并不會出現(xiàn)在這里。如果你學(xué)過 C++ 的話，這里可以類比虛函數(shù)的概念，至于靜態(tài)函數(shù)，并不存放在這里。

C++ 和 Go 在定義接口方式上的不同，也導(dǎo)致了底層實現(xiàn)上的不同。C++ 通過虛函數(shù)表來實現(xiàn)基類調(diào)用派生類的函數(shù)；而 Go 通過 itab 中的 fun 字段來實現(xiàn)接口變量調(diào)用實體類型的函數(shù)。C++ 中的虛函數(shù)表是在編譯期生成的；而 Go 的 itab 中的 fun 字段是在運行期間動態(tài)生成的。原因在于，Go 中實體類型可能會無意中實現(xiàn) N 多接口，很多接口并不是本來需要的，所以不能為類型實現(xiàn)的所有接口都生成一個 itab，這也是“非侵入式”帶來的影響；這在 C++ 中是不存在的，因為派生需要顯示聲明它繼承自哪個基類。

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
}

綜合上面的分析，我們可以梳理出，iface對應(yīng)的幾個重要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的關(guān)系如下圖所示。