Go: 了解空接口

Understrand the Empty Interface

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Illustration created for “A Journey With Go”, made from the original Go Gopher, created by Renee French.

> 空接口 = 空 interface  = interface{}  ， 由于翻译的流程问题，导致同一个定义出现不同的展示。

一个 interface{} 可以包含任何数据，同时他也是一个非常有用的参数，因为他可以是任何的 type。要了解 interface{} 是如何工作的，它是怎样可以符合任何类型的，我们必须要先知道它名字背后的概念。

Interfaces(接口)

这里有一个对空接口很好的定义，by Jordan Oreilli:

interface 包含两种功能：一坨方法的集合，同时他也是一个类型 (type)

interface{} 的类型是一个没有方法的接口。由于它没有需要实现的方法，所以所有的类型都至少实现了零个方法，自然满足了 interface 类型的条件，所有的类型都符合空的 interface

一个使用 Interface{} 类型做参数的方法，可以接收任何类型的参数。Go 会为方法把参数转化为 interface 类型。

Russ Cox 曾写过一篇内部描述 interfaces 的文章，描述了一个 interface 由两部分组成：

• 一个指针指向存储类型信息

• 一个指针指向具体的数据

Russ  用 C 语言描述了 interface 的定义

虽然现在的 runtime 使用 Go 写的，但是表述依然是相同的。我们可以通过打印出 interface{} 的指针地址来证明他：

func main() {  var i int8 = 1  read(i)}//go:noinlinefunc read(i interface{}) {  println(i)}print:(0x10591e0,0x10be5c6)

两个指针地址一个指向了类型信息，另一个指向了值。

Underlying structure

空接口的底层描述是在 reflection package 的文档里：

type emptyInterface struct {   typ  *rtype            // word 1 with type description   word unsafe.Pointer    // word 2 with the value}

和上面说的一样，我们可以看到空 interface 有一个描述 type 的指针，以及包含具体数据的 word

rtype 的结构体包含了具体的 type 的描述：

type rtype struct {   size       uintptr   ptrdata    uintptr   hash       uint32   tflag      tflag   align      uint8   fieldAlign uint8   kind       uint8   alg        *typeAlg   gcdata     *byte   str        nameOff   ptrToThis  typeOff}

在这些字段中，有一些我们已知的内容：

• size 是字节大小

• kind 包含了 int8, int16, bool 等类型

• align 是这个类型的变量的对齐方式

根据嵌入到空接口的类型，我们可以映射出字段或者方法：

type structType struct {   rtype   pkgPath name   fields  []structField}

该结构体还有两个包含字段列表的映射关系。它清楚地展示了将内建的类型转换成空接口将会导致一次水平转换，在字段描述和它的值被存在内存中的地方

这是我们看到的空接口的描述：

interface is composed by two words

现在让我们看下，从空接口实际上可以转换到那种类型上。

Conversions

让我们试试用空接口来转换错误的类型

func main() {  var i int8 = 1  read(i)}//go:noinlinefunc read(i interface{}) {  n := i.(int16)  println(n)}

虽然从 int8 转到 int16 是可以的，但是程序会 panic:

panic: interface conversion: interface {} is int8, not int16goroutine 1 [running]:main.read(0x10592e0, 0x10be5c1)main.go:10 +0x7dmain.main()main.go:5 +0x39exit status 2

我们生产 asm 代码来看看 Go 到底检查了什么

code generated while checking the type of an empty interface

步骤如下

• 步骤 1： 用 int16 (指令 LEAQ：Load Effective Address)的类型与空接口的内部类型(指令 MOVQ：读取空接口 48字节偏移的内存)作比较(指令 CMPQ)

• 步骤 2：指令 JNE，如果不等于就跳转，跳转到在第 3 步创建的指令，来处理错误信息

• 步骤 3：代码抛出异常，并生成上一步的错误信息

• 步骤 4：这是错误指令的结尾。这个特定的指令由显示该指令(main.go:10+0x7d)错误信息所引用

任何从空接口内部类型的转换都是在原始类型转换之后进行。转换成空接口然后再转换回原始类型对你的程序耗时有一些影响。让我们运行一些基准测试来大致了解一下。

性能

这里有两个基准测试。一个是复制一个结构体，另外一个是复制一个空接口。

package main_testimport (  "testing")var x MultipleFieldStructuretype MultipleFieldStructure struct {  a int  b string  c float32  d float64  e int32  f bool  g uint64  h *string  i uint16}//go:noinlinefunc emptyInterface(i interface {}) {  s := i.(MultipleFieldStructure)  x = s}//go:noinlinefunc typed(s MultipleFieldStructure) {  x = s}func BenchmarkWithType(b *testing.B) {  s := MultipleFieldStructure{a: 1, h: new(string)}  for i := 0; i < b.N; i++ {    typed(s)  }}func BenchmarkWithEmptyInterface(b *testing.B) {  s := MultipleFieldStructure{a: 1, h: new(string)}  for i := 0; i < b.N; i++ {    emptyInterface(s)  }}

结果如下

BenchmarkWithType-8               300000000           4.24 ns/opBenchmarkWithEmptyInterface-8      20000000           60.4 ns/op

将类型转换为空接口，再从空接口转换回类型的两次过程消耗量超过 55 纳秒。而且时长会随着结构体内部字段的增加而增加：

BenchmarkWithType-8             100000000         17 ns/opBenchmarkWithEmptyInterface-8    10000000        153 ns/op

但是，用指针转换回相同的结构体指针是一个好办法。转换看起来是下面这个样子

func emptyInterface(i interface {}) {  s := i.(*MultipleFieldStructure)  y = s}

现在结果有显著的不同

BenchmarkWithType-8                 2000000000          2.16 ns/opBenchmarkWithEmptyInterface-8       2000000000          2.02 ns/op

对于像 int 或者 string 这样的基本类型，性能测试略微不同

int:BenchmarkWithTypeInt-8              2000000000          1.42 ns/opBenchmarkWithEmptyInterfaceInt-8    1000000000          2.02 ns/opstring:BenchmarkWithTypeString-8           1000000000          2.19 ns/opBenchmarkWithEmptyInterfaceString-8  50000000           30.7 ns/op

合理并节制使用空接口，在大多数情况下，空接口会对你的程序性能造成一些真正的影响。

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