Golang中interface内部构造与面试真题分析

原创声明

作者: 刘丹冰Aceld , 微信公众号同名

(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 .

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{}) 的 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{}

关于作者：

mail: danbing.at@gmail.com

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原创书籍gitbook:  http://legacy.gitbook.com/@aceld

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