Knowledge Sharing

Go 接口的底层实现

发表于 更新于 分类于

Go 接口的底层实现

iface 和 eface 都是 Go 中描述接口的底层结构体，区别在于 iface 描述的接口包含方法，而 eface 则是不包含任何方法的空接口：interface{}。

从源码层面：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
type iface struct {
	tab  *itab
	data unsafe.Pointer
}

type itab struct {
	inter  *interfacetype
	_type  *_type
	link   *itab
	hash   uint32 // copy of _type.hash. Used for type switches.
	bad    bool   // type does not implement interface
	inhash bool   // has this itab been added to hash?
	unused [2]byte
	fun    [1]uintptr // variable sized
}

iface 内部维护两个指针，tab 指向一个 itab 实体， 它表示接口的类型以及赋给这个接口的实体类型。data 则指向接口具体的值，一般而言是一个指向堆内存的指针。

再来仔细看一下 itab 结构体：

  • _type 字段描述了实体的类型，包括内存对齐方式，大小等；
  • inter 字段则描述了接口的类型。
  • fun 字段放置和接口方法对应的具体数据类型的方法地址，实现接口调用方法的动态分派，一般在每次给接口赋值发生转换时会更新此表，或者直接拿缓存的 itab。

为什么 fun 数组的大小为 1，要是接口定义了多个方法可怎么办？实际上，这里存储的是第一个方法的函数指针，如果有更多的方法，在它之后的内存空间里继续存储。从汇编角度来看，通过增加地址就能获取到这些函数指针，没什么影响。这些方法是按照函数名称的字典序进行排列的。

再看一下 interfacetype 类型，它描述的是接口的类型：

1
2
3
4
5
type interfacetype struct {
	typ     _type
	pkgpath name
	mhdr    []imethod
}

可以看到，它包装了 _type 类型，_type 实际上是描述 Go 语言中各种数据类型的结构体。这里还包含一个 mhdr 字段，表示接口所定义的函数列表， pkgpath 记录定义了接口的包名。

这里通过一张图来看下 iface 结构体的全貌：

eface 的源码：

1
2
3
4
type eface struct {
    _type *_type
    data  unsafe.Pointer
}

相比 iface，eface 比较简单。只维护了一个 _type 字段，表示空接口所承载的具体的实体类型。data 描述了具体的值。

eface 结构体

例子：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
package main

import "fmt"

func main() {
	x := 200
	var any interface{} = x
	fmt.Println(any)

	g := Gopher{"Go"}
	var c coder = g
	fmt.Println(c)
}

type coder interface {
	code()
	debug()
}

type Gopher struct {
	language string
}

func (p Gopher) code() {
	fmt.Printf("I am coding %s language\n", p.language)
}

func (p Gopher) debug() {
	fmt.Printf("I am debuging %s language\n", p.language)
}

执行命令，打印出汇编语言：

1
go tool compile -S ./src/main.go

可以看到，main 函数里调用了两个函数：

1
2
func convT2E64(t *_type, elem unsafe.Pointer) (e eface)
func convT2I(tab *itab, elem unsafe.Pointer) (i iface)

上面两个函数的参数和 iface 及 eface 结构体的字段是可以联系起来的：两个函数都是将参数组装一下，形成最终的接口。

作为补充，最后再来看下 _type 结构体：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
type _type struct {
    // 类型大小
	size       uintptr
    ptrdata    uintptr
    // 类型的 hash 值
    hash       uint32
    // 类型的 flag，和反射相关
    tflag      tflag
    // 内存对齐相关
    align      uint8
    fieldalign uint8
    // 类型的编号，有bool, slice, struct 等等等等
	kind       uint8
	alg        *typeAlg
	// gc 相关
	gcdata    *byte
	str       nameOff
	ptrToThis typeOff
}

Go 语言各种数据类型都是在 _type 字段的基础上，增加一些额外的字段来进行管理的：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
type arraytype struct {
	typ   _type
	elem  *_type
	slice *_type
	len   uintptr
}

type chantype struct {
	typ  _type
	elem *_type
	dir  uintptr
}

type slicetype struct {
	typ  _type
	elem *_type
}

type structtype struct {
	typ     _type
	pkgPath name
	fields  []structfield
}

这些数据类型的结构体定义，是反射实现的基础。

参考资料

【Go Interface 源码剖析 】http://legendtkl.com/2017/07/01/golang-interface-implement/

【interface 源码解读 包含反射】http://wudaijun.com/2018/01/go-interface-implement/