浅析 golang interface 实现原理
interface 在 golang 中是一个非常重要的特性。它相对于其它语言有很多优势：
<ol><li> duck typing。大多数的静态语言需要显示的声明类型的继承关系。而 golang 通过 interface 实现了 <code>duck typing</code>， 使得我们无需显示的类型继承。</li> <li>不像其它实现了 <code>duck typing</code> 的动态语言那样，只能在运行时才能检查到类型的转换错误。而 golang 的 interface 特性可以让我们在编译时就能发现错误。</li> </ol>本文将简单分析 interface 的实现原理。
<h2>interface 的数据结构</h2> <h3>eface 和 iface</h3>
data 用来保存实际变量的地址。
data 中的内容会根据实际情况变化，因为 golang 在函数传参和赋值时是 <code>值传递</code> 的，所以：
<ol><li>如果实际类型是一个值，那么 interface 会保存这个值的一份拷贝。interface 会在堆上为这个值分配一块内存，然后 data 指向它。</li> <li>如果实际类型是一个指针，那么 interface 会保存这个指针的一份拷贝。由于 data 的长度恰好能保存这个指针的内容，所以 data 中存储的就是指针的值。它和实际数据指向的是同一个变量。</li> </ol>以 interface{} 的赋值为例：
上图中, i1 和 i2 是 interface，A 为要赋值给 interface 的对象。
<ul><li> i1 = A 将 A 的值赋值给 i1，则 i1 中的 data 中的内容是一块新内存的地址 (0x123456)，这块内存的值从 A 拷贝。</li> <li> i2 = &A 将 A 的地址赋值给 i2，则 i2 中的 data 的值为 A 的地址，即 0xabcdef；</li> </ul><h3>itab</h3>
itab 表示 interface 和 实际类型的转换信息。对于每个 interface 和实际类型，只要在代码中存在引用关系， go 就会在运行时为这一对具体的 <Interface, Type> 生成 itab 信息。
<ul><li>inter 指向对应的 interface 的类型信息。</li> <li>type 和 eface 中的一样，指向的是实际类型的描述信息 _type</li> <li>fun 为函数列表，表示对于该特定的实际类型而言，interface 中所有函数的地址。</li> </ul><h3>_type</h3>
_type 表示类型信息。每个类型的 _type 信息由编译器在编译时生成。其中:
<ul><li>size 为该类型所占用的字节数量。</li> <li>kind 表示类型的种类，如 bool、int、float、string、struct、interface 等。</li> <li>str 表示类型的名字信息，它是一个 nameOff(int32) 类型，通过这个 nameOff，可以找到类型的名字字符串</li> <li>灰色的 extras 对于基础类型（如 bool，int, float 等）是 size 为 0 的，它为复杂的类型提供了一些额外信息。例如为 struct 类型提供 structtype，为 slice 类型提供 slicetype 等信息。</li> <li>灰色的 ucom 对于基础类型也是 size 为 0 的，但是对于 <em>type Binary int</em> 这种定义或者是其它复杂类型来说，ucom 用来存储类型的函数列表等信息。</li> <li>注意 extras 和 ucom 的圆头箭头，它表示 extras 和 ucom 不是指针，它们的内容位于 _type 的内存空间中。</li> </ul><h3>interfacetype</h3>
interfacetype 也并没有什么神奇的地方，只是 _type 为 interface 类型提供的另一种信息罢了。 它包括这个 interface 所申明的所有函数信息。
<h2>interface 相关的操作</h2> <h3>itab 中函数表（fun） 的生成</h3>
假设 interface 有 ni 个函数， struct 有 nt 个函数，那么 itab 中的函数表生成的时间复杂度为 O(ni*nt) （遍历 interface 的所有函数，对每次迭代都从 struct 中遍历找到匹配的函数）。 但实际上编译器对此做了优化，它将 interfacetype 中的函数列表和 uncommontype 中的函数列表都做了排序. 所以实现了 O(ni nt) 时间复杂度的算法。
<pre><code class="lang-go hljs">// 生成 itab 的 funcs 的算法 // 代码摘录自 $GOROOT/src/runtime/iface.go // 经过了部分修改，只保留了最核心的逻辑 var j = 0 for k := 0; k < ni; k { mi := inter.methods[k] for ; j < nt; j { mt := t.methods[j] if isOk(mi, mt) { itab.fun[k] = mt.f } } } </code></code></pre> <h3>interface 参数传递与函数调用</h3> <pre><code class="lang-go hljs">type Binary uint64 func (i Binary) String() string { return strconv.FormatUint(uint64(i), 10) } type Stringer interface { String() string } func test(s Stringer) { s.String() } func main() { b := Binary(0x123) test(b) } </code></code></pre>在上面的代码中，golang 的参数传递过程是：
<ol><li>分配一块内存 p， 并且将对象 b 的内容拷贝到 p 中；</li> <li>创建 iface 对象 i，将 i.tab 赋值为 itab<Stringer, Binary>。将 i.data 赋值为 p；</li> <li>使用 i 作为参数调用 test 函数。</li> </ol>当 test 函数执行 s.String 时，实际上就是在 s.tab 的 fun 中索引（索引由编译器在编译时生成）到 String 函数，并且调用它。
参考资料：
<ol><li>Why I like Go’s interfaces</li> <li>duck typing</li> <li>Go Data Structures: Interfaces</li> <li>go 源码 https://github.com/golang/go/tree/master/src/runtime </li> </ol>本文始发于https://zhuanlan.zhihu.com/p/60983066
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