Golang 中 interface 内部构造与面试真题分析

(1) interface 的赋值问题

以下代码能编译过去吗?为什么?

package main

import (
	\"fmt\"
)

type People interface {
	Speak(string) string
}

type Stduent struct{}

func (stu *Stduent) Speak(think string) (talk string) {
	if think == \"love\" {
		talk = \"You are a good boy\"
	} else {
		talk = \"hi\"
	}
	return
}

func main() {
	var peo People = Stduent{}
	think := \"love\"
	fmt.Println(peo.Speak(think))
}

继承与多态的特点

在 golang 中对多态的特点体现从语法上并不是很明显。

我们知道发生多态的几个要素:

1 、有 interface 接口,并且有接口定义的方法。

2 、有子类去重写 interface 的接口。

3 、有父类指针指向子类的具体对象

那么,满足上述 3 个条件,就可以产生多态效果,就是,父类指针可以调用子类的具体方法。

所以上述代码报错的地方在var peo People = Stduent{}这条语句, Student{}已经重写了父类People{}中的Speak(string) string方法,那么只需要用父类指针指向子类对象即可。

所以应该改成var peo People = &Student{} 即可编译通过。( People 为 interface 类型,就是指针类型)

(2) interface 的内部构造(非空接口 iface 情况)

以下代码打印出来什么内容,说出为什么。

package main

import (
	\"fmt\"
)

type People interface {
	Show()
}

type Student struct{}

func (stu *Student) Show() {

}

func live() People {
	var stu *Student
	return stu
}

func main() {
	if live() == nil {
		fmt.Println(\"AAAAAAA\")
	} else {
		fmt.Println(\"BBBBBBB\")
	}
}

结果

BBBBBBB

分析:

我们需要了解interface的内部结构,才能理解这个题目的含义。

interface 在使用的过程中,共有两种表现形式

一种为空接口(empty interface),定义如下:

var MyInterface interface{}

另一种为非空接口(non-empty interface), 定义如下:

type MyInterface interface {
		function()
}

这两种 interface 类型分别用两种struct表示,空接口为eface, 非空接口为iface.
!]( https://upload-images.jianshu.io/upload_images/11093205-390416d69864055e.jpeg?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)


空接口 eface

空接口 eface 结构,由两个属性构成,一个是类型信息_type,一个是数据信息。其数据结构声明如下:

type eface struct {      //空接口
    _type *_type         //类型信息
    data  unsafe.Pointer //指向数据的指针(go 语言中特殊的指针类型 unsafe.Pointer 类似于 c 语言中的 void*)
}

_type 属性:是 GO 语言中所有类型的公共描述,Go 语言几乎所有的数据结构都可以抽象成 _type,是所有类型的公共描述,**type 负责决定 data 应该如何解释和操作,**type 的结构代码如下:

type _type struct {
    size       uintptr  //类型大小
    ptrdata    uintptr  //前缀持有所有指针的内存大小
    hash       uint32   //数据 hash 值
    tflag      tflag
    align      uint8    //对齐
    fieldalign uint8    //嵌入结构体时的对齐
    kind       uint8    //kind 有些枚举值 kind 等于 0 是无效的
    alg        *typeAlg //函数指针数组,类型实现的所有方法
    gcdata    *byte
    str       nameOff
    ptrToThis typeOff
}

data 属性: 表示指向具体的实例数据的指针,他是一个unsafe.Pointer类型,相当于一个 C 的万能指针void*


非空接口 iface

iface 表示 non-empty interface 的数据结构,非空接口初始化的过程就是初始化一个 iface 类型的结构,其中data的作用同eface的相同,这里不再多加描述。

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

iface 结构中最重要的是 itab 结构(结构如下),每一个 itab 都占 32 字节的空间。itab 可以理解为pair<interface type, concrete type> 。itab 里面包含了 interface 的一些关键信息,比如 method 的具体实现。

type itab struct {
  inter  *interfacetype   // 接口自身的元信息
  _type  *_type           // 具体类型的元信息
  link   *itab
  bad    int32
  hash   int32            // _type 里也有一个同样的 hash,此处多放一个是为了方便运行接口断言
  fun    [1]uintptr       // 函数指针,指向具体类型所实现的方法
}

其中值得注意的字段,个人理解如下:

  1. interface type包含了一些关于 interface 本身的信息,比如package path,包含的method。这里的 interfacetype 是定义 interface 的一种抽象表示。
  2. type表示具体化的类型,与 eface 的 type 类型相同。
  3. hash字段其实是对_type.hash的拷贝,它会在 interface 的实例化时,用于快速判断目标类型和接口中的类型是否一致。另,Go 的 interface 的 Duck-typing 机制也是依赖这个字段来实现。
  4. fun字段其实是一个动态大小的数组,虽然声明时是固定大小为 1,但在使用时会直接通过 fun 指针获取其中的数据,并且不会检查数组的边界,所以该数组中保存的元素数量是不确定的。

所以,People 拥有一个 Show 方法的,属于非空接口,People 的内部定义应该是一个iface结构体

type People interface {
    Show()  
}  

func live() People {
    var stu *Student
    return stu      
}     

stu 是一个指向 nil 的空指针,但是最后return stu 会触发匿名变量 People = stu值拷贝动作,所以最后live()放回给上层的是一个People insterface{}类型,也就是一个iface struct{}类型。stu 为 nil,只是iface中的 data 为 nil 而已。 但是iface struct{}本身并不为 nil.

所以如下判断的结果为BBBBBBB

func main() {   
    if live() == nil {  
        fmt.Println(\"AAAAAAA\")      
    } else {
        fmt.Println(\"BBBBBBB\")
    }
}

(3) interface 内部构造(空接口 eface 情况)

下面代码结果为什么?

func Foo(x interface{}) {
	if x == nil {
		fmt.Println(\"empty interface\")
		return
	}
	fmt.Println(\"non-empty interface\")
}
func main() {
	var p *int = nil
	Foo(p)
}

结果

non-empty interface

分析

不难看出,Foo()的形参x interface{}是一个空接口类型eface struct{}

在执行Foo(p)的时候,触发x interface{} = p语句,所以此时 x 结构如下。

所以 x 结构体本身不为 nil,而是 data 指针指向的 p 为 nil 。


(4) inteface{}与*interface{}

ABCD 中哪一行存在错误?

type S struct {
}

func f(x interface{}) {
}

func g(x *interface{}) {
}

func main() {
	s := S{}
	p := &s
	f(s) //A
	g(s) //B
	f(p) //C
	g(p) //D
}

结果

B 、D 两行错误
B 错误为:cannot use s (type S) as type *interface {} in argument to g:
	*interface {} is pointer to interface, not interface
	
D 错误为:cannot use p (type *S) as type *interface {} in argument to g:
	*interface {} is pointer to interface, not interface

看到这道题需要第一时间想到的是 Golang 是强类型语言,interface 是所有 golang 类型的父类 函数中func f(x interface{})interface{}可以支持传入 golang 的任何类型,包括指针,但是函数func g(x *interface{})只能接受*interface{}

如果掌握interface构造,建议看下一篇文章
使用 Golang 的 interface 接口设计原则


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