GoLang之接口转换的原理(8)

通过前面提到的 iface 的源码可以看到，实际上它包含接口的类型 interfacetype 和实体类型的类型 _type，这两者都是 iface 的字段 itab 的成员。也就是说生成一个 itab 同时需要接口的类型和实体的类型。

<interface 类型，实体类型> ->itable

当判定一种类型是否满足某个接口时，Go 使用类型的方法集和接口所需要的方法集进行匹配，如果类型的方法集完全包含接口的方法集，则可认为该类型实现了该接口。

例如某类型有 m 个方法，某接口有 n 个方法，则很容易知道这种判定的时间复杂度为 O(mn)，Go 会对方法集的函数按照函数名的字典序进行排序，所以实际的时间复杂度为 O(m+n)。

这里我们来探索将一个接口转换给另外一个接口背后的原理，当然，能转换的原因必然是类型兼容。

直接来看一个例子：

package mainimport "fmt"type coder interface {code()run()
}type runner interface {run()
}type Gopher struct {language string
}func (g Gopher) code() {return
}func (g Gopher) run() {return
}func main() {var c coder = Gopher{}var r runnerr = cfmt.Println(c, r)
}

简单解释下上述代码：定义了两个 interface: coder 和 runner。定义了一个实体类型 Gopher，类型 Gopher 实现了两个方法，分别是 run() 和 code()。main 函数里定义了一个接口变量 c，绑定了一个 Gopher 对象，之后将 c 赋值给另外一个接口变量 r 。赋值成功的原因是 c 中包含 run() 方法。这样，两个接口变量完成了转换。

执行命令：

go tool compile -S ./src/main.go

得到 main 函数的汇编命令，可以看到： r = c 这一行语句实际上是调用了 runtime.convI2I(SB)，也就是 convI2I 函数，从函数名来看，就是将一个 interface 转换成另外一个 interface，看下它的源代码：

func convI2I(inter *interfacetype, i iface) (r iface) {tab := i.tabif tab == nil {return}if tab.inter == inter {r.tab = tabr.data = i.datareturn}r.tab = getitab(inter, tab._type, false)r.data = i.datareturn
}

代码比较简单，函数参数 inter 表示接口类型，i 表示绑定了实体类型的接口，r 则表示接口转换了之后的新的 iface。通过前面的分析，我们又知道， iface 是由 tab 和 data 两个字段组成。所以，实际上 convI2I 函数真正要做的事，找到新 interface 的 tab 和 data，就大功告成了。

我们还知道，tab 是由接口类型 interfacetype 和实体类型 _type。所以最关键的语句是 r.tab = getitab(inter, tab._type, false)。

因此，重点来看下 getitab 函数的源码，只看关键的地方：

func getitab(inter *interfacetype, typ *_type, canfail bool) *itab {// ……// 根据 inter, typ 计算出 hash 值h := itabhash(inter, typ)// look twice - once without lock, once with.// common case will be no lock contention.var m *itabvar locked intfor locked = 0; locked < 2; locked++ {if locked != 0 {lock(&ifaceLock)}// 遍历哈希表的一个 slotfor m = (*itab)(atomic.Loadp(unsafe.Pointer(&hash[h]))); m != nil; m = m.link {// 如果在 hash 表中已经找到了 itab（inter 和 typ 指针都相同）if m.inter == inter && m._type == typ {// ……if locked != 0 {unlock(&ifaceLock)}return m}}}// 在 hash 表中没有找到 itab，那么新生成一个 itabm = (*itab)(persistentalloc(unsafe.Sizeof(itab{})+uintptr(len(inter.mhdr)-1)*sys.PtrSize, 0, &memstats.other_sys))m.inter = interm._type = typ// 添加到全局的 hash 表中additab(m, true, canfail)unlock(&ifaceLock)if m.bad {return nil}return m
}

简单总结一下：getitab 函数会根据 interfacetype 和 _type 去全局的 itab 哈希表中查找，如果能找到，则直接返回；否则，会根据给定的 interfacetype 和 _type 新生成一个 itab，并插入到 itab 哈希表，这样下一次就可以直接拿到 itab。

这里查找了两次，并且第二次上锁了，这是因为如果第一次没找到，在第二次仍然没有找到相应的 itab 的情况下，需要新生成一个，并且写入哈希表，因此需要加锁。这样，其他协程在查找相同的 itab 并且也没有找到时，第二次查找时，会被挂住，之后，就会查到第一个协程写入哈希表的 itab。

再来看一下 additab 函数的代码：

// 检查 _type 是否符合 interface_type 并且创建对应的 itab 结构体 将其放到 hash 表中
func additab(m *itab, locked, canfail bool) {inter := m.intertyp := m._typex := typ.uncommon()// both inter and typ have method sorted by name,// and interface names are unique,// so can iterate over both in lock step;// the loop is O(ni+nt) not O(ni*nt).// // inter 和 typ 的方法都按方法名称进行了排序// 并且方法名都是唯一的。所以循环的次数是固定的// 只用循环 O(ni+nt)，而非 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 := 0for 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)// 检查方法名字是否一致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 {// 获取函数地址，并加入到itab.fun数组中ifn := typ.textOff(t.ifn)*(*unsafe.Pointer)(add(unsafe.Pointer(&m.fun[0]), uintptr(k)*sys.PtrSize)) = ifn}goto nextimethod}}}// ……m.bad = truebreaknextimethod:}if !locked {throw("invalid itab locking")}// 计算 hash 值h := itabhash(inter, typ)// 加到Hash Slot链表中m.link = hash[h]m.inhash = trueatomicstorep(unsafe.Pointer(&hash[h]), unsafe.Pointer(m))
}

additab 会检查 itab 持有的 interfacetype 和 _type 是否符合，就是看 _type 是否完全实现了 interfacetype 的方法，也就是看两者的方法列表重叠的部分就是 interfacetype 所持有的方法列表。注意到其中有一个双层循环，乍一看，循环次数是 ni * nt，但由于两者的函数列表都按照函数名称进行了排序，因此最终只执行了 ni + nt 次，代码里通过一个小技巧来实现：第二层循环并没有从 0 开始计数，而是从上一次遍历到的位置开始。

求 hash 值的函数比较简单：

func itabhash(inter *interfacetype, typ *_type) uint32 {h := inter.typ.hashh += 17 * typ.hashreturn h % hashSize
}

hashSize 的值是 1009。

更一般的，当把实体类型赋值给接口的时候，会调用 conv 系列函数，例如空接口调用 convT2E 系列、非空接口调用 convT2I 系列。这些函数比较相似：

1.具体类型转空接口时，_type 字段直接复制源类型的 _type；调用 mallocgc 获得一块新内存，把值复制进去，data 再指向这块新内存。
2.具体类型转非空接口时，入参 tab 是编译器在编译阶段预先生成好的，新接口 tab 字段直接指向入参 tab 指向的 itab；调用 mallocgc 获得一块新内存，把值复制进去，data 再指向这块新内存。
3.而对于接口转接口，itab 调用 getitab 函数获取。只用生成一次，之后直接从 hash 表中获取。

参考资料

【接口赋值、反射】http://wudaijun.com/2018/01/go-interface-implement/

【itab】http://legendtkl.com/2017/07/01/golang-interface-implement/

【和 C++ 的对比】https://www.jianshu.com/p/b38b1719636e

【itab 原理】https://ninokop.github.io/2017/10/29/Go-%E6%96%B9%E6%B3%95%E8%B0%83%E7%94%A8%E4%B8%8E%E6%8E%A5%E5%8F%A3/

【getitab源码说明】https://www.twblogs.net/a/5c245d59bd9eee16b3db561d

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