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這期內(nèi)容當(dāng)中小編將會(huì)給大家?guī)碛嘘P(guān)go語言中接口的應(yīng)用,以專業(yè)的角度為大家分析和敘述,閱讀完這篇文章希望大家可以有所收獲。
1. 接口的基本使用
golang中的interface本身也是一種類型,它代表的是一個(gè)方法的集合。任何類型只要實(shí)現(xiàn)了接口中聲明的所有方法,那么該類就實(shí)現(xiàn)了該接口。與其他語言不同,golang并不需要顯式聲明類型實(shí)現(xiàn)了某個(gè)接口,而是由編譯器和runtime進(jìn)行檢查。
聲明
type 接口名 interface{ 方法1 方法2 ... 方法n } type 接口名 interface { 已聲明接口名1 ... 已聲明接口名n } type iface interface{ tab *itab data unsafe.Pointer }
接口自身也是一種結(jié)構(gòu)類型,只是編譯器對(duì)其做了很多限制:
● 不能有字段
● 不能定義自己的方法
● 只能聲明方法,不能實(shí)現(xiàn)
● 可嵌入其他接口類型
package main import ( "fmt" ) // 定義一個(gè)接口 type People interface { ReturnName() string } // 定義一個(gè)結(jié)構(gòu)體 type Student struct { Name string } // 定義結(jié)構(gòu)體的一個(gè)方法。 // 突然發(fā)現(xiàn)這個(gè)方法同接口People的所有方法(就一個(gè)),此時(shí)可直接認(rèn)為結(jié)構(gòu)體Student實(shí)現(xiàn)了接口People func (s Student) ReturnName() string { return s.Name } func main() { cbs := Student{Name:"小明"} var a People // 因?yàn)镾tudents實(shí)現(xiàn)了接口所以直接賦值沒問題 // 如果沒實(shí)現(xiàn)會(huì)報(bào)錯(cuò):cannot use cbs (type Student) as type People in assignment:Student does not implement People (missing ReturnName method) a = cbs name := a.ReturnName() fmt.Println(name) // 輸出"小明" }
如果一個(gè)接口不包含任何方法,那么它就是一個(gè)空接口(empty interface),所有類型都符合empty interface的定義,因此任何類型都能轉(zhuǎn)換成empty interface。
接口的值簡(jiǎn)單來說,是由兩部分組成的,就是類型和數(shù)據(jù),判斷兩個(gè)接口是相等,就是看他們的這兩部分是否相等;另外類型和數(shù)據(jù)都為nil才代表接口是nil。
var a interface{} var b interface{} = (*int)(nil) fmt.Println(a == nil, b == nil) //true false
2. 接口嵌套
像匿名字段那樣嵌入其他接口。目標(biāo)類型方法集中必須擁有包含嵌入接口方法在內(nèi)的全部方法才算實(shí)現(xiàn)了該接口。嵌入其他接口類型相當(dāng)于將其聲明的方法集中導(dǎo)入。這就要求不能有同名方法,不能嵌入自身或循環(huán)嵌入。
type stringer interfaceP{ string() string } type tester interface { stringer test() } type data struct{} func (*data) test() {} func (data) string () string { return "" } func main() { var d data var t tester = &d t.test() println(t.string()) }
超集接口變量可隱式轉(zhuǎn)換為子集,反過來不行。
3. 接口的實(shí)現(xiàn)
golang的接口檢測(cè)既有靜態(tài)部分,也有動(dòng)態(tài)部分。
● 靜態(tài)部分
對(duì)于具體類型(concrete type,包括自定義類型) -> interface,編譯器生成對(duì)應(yīng)的itab放到ELF的.rodata段,后續(xù)要獲取itab時(shí),直接把指針指向存在.rodata的相關(guān)偏移地址即可。具體實(shí)現(xiàn)可以看golang的提交日志CL 20901、CL 20902。
對(duì)于interface->具體類型(concrete type,包括自定義類型),編譯器提取相關(guān)字段進(jìn)行比較,并生成值
● 動(dòng)態(tài)部分
在runtime中會(huì)有一個(gè)全局的hash表,記錄了相應(yīng)type->interface類型轉(zhuǎn)換的itab,進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)候,先到hash表中查,如果有就返回成功;如果沒有,就檢查這兩種類型能否轉(zhuǎn)換,能就插入到hash表中返回成功,不能就返回失敗。注意這里的hash表不是go中的map,而是一個(gè)最原始的使用數(shù)組的hash表,使用開放地址法來解決沖突。主要是interface <-> interface(接口賦值給接口、接口轉(zhuǎn)換成另一接口)使用到動(dòng)態(tài)生產(chǎn)itab。
interface的結(jié)構(gòu)如下:
接口類型的結(jié)構(gòu)interfacetype
type interfacetype struct { typ _type pkgpath name //記錄定義接口的包名 mhdr []imethod //一個(gè)imethod切片,記錄接口中定義的那些函數(shù)。 } // imethod表示接口類型上的方法 type imethod struct { name nameOff // name of method typ typeOff // .(*FuncType) underneath }
nameOff 和 typeOff 類型是 int32 ,這兩個(gè)值是鏈接器負(fù)責(zé)嵌入的,相對(duì)于可執(zhí)行文件的元信息的偏移量。元信息會(huì)在運(yùn)行期,加載到 runtime.moduledata 結(jié)構(gòu)體中。
4. 接口值的結(jié)構(gòu)iface和eface
為了性能,golang專門分了兩種interface,eface和iface,eface就是空接口,iface就是有方法的接口。
type iface struct { tab *itab data unsafe.Pointer } type eface struct { _type *_type data unsafe.Pointer } type itab struct { inter *interfacetype //inter接口類型 _type *_type //_type數(shù)據(jù)類型 hash uint32 //_type.hash的副本。用于類型開關(guān)。 hash哈希的方法 _ [4]byte fun [1]uintptr // 大小可變。 fun [0] == 0表示_type未實(shí)現(xiàn)inter。 fun函數(shù)地址占位符 }
iface結(jié)構(gòu)體中的data是用來存儲(chǔ)實(shí)際數(shù)據(jù)的,runtime會(huì)申請(qǐng)一塊新的內(nèi)存,把數(shù)據(jù)考到那,然后data指向這塊新的內(nèi)存。
itab中的hash方法拷貝自_type.hash;fun是一個(gè)大小為1的uintptr數(shù)組,當(dāng)fun[0]為0時(shí),說明_type并沒有實(shí)現(xiàn)該接口,當(dāng)有實(shí)現(xiàn)接口時(shí),fun存放了第一個(gè)接口方法的地址,其他方法一次往下存放,這里就簡(jiǎn)單用空間換時(shí)間,其實(shí)方法都在_type字段中能找到,實(shí)際在這記錄下,每次調(diào)用的時(shí)候就不用動(dòng)態(tài)查找了。
4.1 全局的itab table
iface.go:
const itabInitSize = 512 // 注意:如果更改這些字段,請(qǐng)?jiān)趇tabAdd的mallocgc調(diào)用中更改公式。 type itabTableType struct { size uintptr // 條目數(shù)組的長(zhǎng)度。始終為2的冪。 count uintptr // 當(dāng)前已填寫的條目數(shù)。 entries [itabInitSize]*itab // really [size] large }
可以看出這個(gè)全局的itabTable是用數(shù)組在存儲(chǔ)的,size記錄數(shù)組的大小,總是2的次冪。count記錄數(shù)組中已使用了多少。entries是一個(gè)*itab數(shù)組,初始大小是512。
5. 接口類型轉(zhuǎn)換
把一個(gè)具體的值,賦值給接口,會(huì)調(diào)用conv系列函數(shù),例如空接口調(diào)用convT2E系列、非空接口調(diào)用convT2I系列,為了性能考慮,很多特例的convT2I64、convT2Estring諸如此類,避免了typedmemmove的調(diào)用。
func convT2E(t *_type, elem unsafe.Pointer) (e eface) { if raceenabled { raceReadObjectPC(t, elem, getcallerpc(), funcPC(convT2E)) } if msanenabled { msanread(elem, t.size) } x := mallocgc(t.size, t, true) // TODO: 我們分配一個(gè)清零的對(duì)象只是為了用實(shí)際數(shù)據(jù)覆蓋它。 //確定如何避免歸零。同樣在下面的convT2Eslice,convT2I,convT2Islice中。 typedmemmove(t, x, elem) e._type = t e.data = x return } func convT2I(tab *itab, elem unsafe.Pointer) (i iface) { t := tab._type if raceenabled { raceReadObjectPC(t, elem, getcallerpc(), funcPC(convT2I)) } if msanenabled { msanread(elem, t.size) } x := mallocgc(t.size, t, true) typedmemmove(t, x, elem) i.tab = tab i.data = x return } func convT2I16(tab *itab, val uint16) (i iface) { t := tab._type var x unsafe.Pointer if val == 0 { x = unsafe.Pointer(&zeroVal[0]) } else { x = mallocgc(2, t, false) *(*uint16)(x) = val } i.tab = tab i.data = x return } func convI2I(inter *interfacetype, i iface) (r iface) { tab := i.tab if tab == nil { return } if tab.inter == inter { r.tab = tab r.data = i.data return } r.tab = getitab(inter, tab._type, false) r.data = i.data return }
可以看出:
● 具體類型轉(zhuǎn)空接口,_type字段直接復(fù)制源的type;mallocgc一個(gè)新內(nèi)存,把值復(fù)制過去,data再指向這塊內(nèi)存。
● 具體類型轉(zhuǎn)非空接口,入?yún)ab是編譯器生成的填進(jìn)去的,接口指向同一個(gè)入?yún)ab指向的itab;mallocgc一個(gè)新內(nèi)存,把值復(fù)制過去,data再指向這塊內(nèi)存。
● 對(duì)于接口轉(zhuǎn)接口,itab是調(diào)用getitab函數(shù)去獲取的,而不是編譯器傳入的。
對(duì)于那些特定類型的值,如果是零值,那么不會(huì)mallocgc一塊新內(nèi)存,data會(huì)指向zeroVal[0]。
5.1 接口轉(zhuǎn)接口
func assertI2I2(inter *interfacetype, i iface) (r iface, b bool) { tab := i.tab if tab == nil { return } if tab.inter != inter { tab = getitab(inter, tab._type, true) if tab == nil { return } } r.tab = tab r.data = i.data b = true return } func assertE2I(inter *interfacetype, e eface) (r iface) { t := e._type if t == nil { // 顯式轉(zhuǎn)換需要非nil接口值。 panic(&TypeAssertionError{nil, nil, &inter.typ, ""}) } r.tab = getitab(inter, t, false) r.data = e.data return } func assertE2I2(inter *interfacetype, e eface) (r iface, b bool) { t := e._type if t == nil { return } tab := getitab(inter, t, true) if tab == nil { return } r.tab = tab r.data = e.data b = true return }
我們看到有兩種用法:
● 返回值是一個(gè)時(shí),不能轉(zhuǎn)換就panic。
● 返回值是兩個(gè)時(shí),第二個(gè)返回值標(biāo)記能否轉(zhuǎn)換成功
此外,data復(fù)制的是指針,不會(huì)完整拷貝值。每次都malloc一塊內(nèi)存,那么性能會(huì)很差,因此,對(duì)于一些類型,golang的編譯器做了優(yōu)化。
5.2 接口轉(zhuǎn)具體類型
接口判斷是否轉(zhuǎn)換成具體類型,是編譯器生成好的代碼去做的。我們看個(gè)empty interface轉(zhuǎn)換成具體類型的例子:
var EFace interface{} var j int func F4(i int) int{ EFace = I j = EFace.(int) return j } func main() { F4(10) }
反匯編:
go build -gcflags '-N -l' -o tmp build.go go tool objdump -s "main.F4" tmp
可以看匯編代碼:
MOVQ main.EFace(SB), CX //CX = EFace.typ2 LEAQ type.*+60128(SB), DX //DX = &type.int3 CMPQ DX, CX.
可以看到empty interface轉(zhuǎn)具體類型,是編譯器生成好對(duì)比代碼,比較具體類型和空接口是不是同一個(gè)type,而不是調(diào)用某個(gè)函數(shù)在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)對(duì)比。
5.3 非空接口類型轉(zhuǎn)換
var tf Tester var t testStruct func F4() int{ t := tf.(testStruct) return t.i } func main() { F4() } //反匯編 MOVQ main.tf(SB), CX // CX = tf.tab(.inter.typ) LEAQ go.itab.main.testStruct,main.Tester(SB), DX // DX = <testStruct,Tester>對(duì)應(yīng)的&itab(.inter.typ) CMPQ DX, CX //
可以看到,非空接口轉(zhuǎn)具體類型,也是編譯器生成的代碼,比較是不是同一個(gè)itab,而不是調(diào)用某個(gè)函數(shù)在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)對(duì)比。
6. 獲取itab的流程
golang interface的核心邏輯就在這,在get的時(shí)候,不僅僅會(huì)從itabTalbe中查找,還可能會(huì)創(chuàng)建插入,itabTable使用容量超過75%還會(huì)擴(kuò)容??聪麓a:
func getitab(inter *interfacetype, typ *_type, canfail bool) *itab { if len(inter.mhdr) == 0 { throw("internal error - misuse of itab") } // 簡(jiǎn)單的情況 if typ.tflag&tflagUncommon == 0 { if canfail { return nil } name := inter.typ.nameOff(inter.mhdr[0].name) panic(&TypeAssertionError{nil, typ, &inter.typ, name.name()}) } var m *itab //首先,查看現(xiàn)有表以查看是否可以找到所需的itab。 //這是迄今為止最常見的情況,因此請(qǐng)不要使用鎖。 //使用atomic確保我們看到該線程完成的所有先前寫入更新itabTable字段(在itabAdd中使用atomic.Storep)。 t := (*itabTableType)(atomic.Loadp(unsafe.Pointer(&itabTable))) if m = t.find(inter, typ); m != nil { goto finish } // 未找到。抓住鎖,然后重試。 lock(&itabLock) if m = itabTable.find(inter, typ); m != nil { unlock(&itabLock) goto finish } // 條目尚不存在。進(jìn)行新輸入并添加。 m = (*itab)(persistentalloc(unsafe.Sizeof(itab{})+uintptr(len(inter.mhdr)-1)*sys.PtrSize, 0, &memstats.other_sys)) m.inter = inter m._type = typ m.init() itabAdd(m) unlock(&itabLock) finish: if m.fun[0] != 0 { return m } if canfail { return nil } //僅當(dāng)轉(zhuǎn)換時(shí)才會(huì)發(fā)生,使用ok形式已經(jīng)完成一次,我們得到了一個(gè)緩存的否定結(jié)果。 //緩存的結(jié)果不會(huì)記錄,缺少接口函數(shù),因此初始化再次獲取itab,以獲取缺少的函數(shù)名稱。 panic(&TypeAssertionError{concrete: typ, asserted: &inter.typ, missingMethod: m.init()}) }
流程如下:
● 先用t保存全局itabTable的地址,然后使用t.find去查找,這樣是為了防止查找過程中,itabTable被替換導(dǎo)致查找錯(cuò)誤。
● 如果沒找到,那么就會(huì)上鎖,然后使用itabTable.find去查找,這樣是因?yàn)樵诘谝徊讲檎业耐瑫r(shí),另外一個(gè)協(xié)程寫入,可能導(dǎo)致實(shí)際存在卻查找不到,這時(shí)上鎖避免itabTable被替換,然后直接在itaTable中查找。
● 再?zèng)]找到,說明確實(shí)沒有,那么就根據(jù)接口類型、數(shù)據(jù)類型,去生成一個(gè)新的itab,然后插入到itabTable中,這里可能會(huì)導(dǎo)致hash表擴(kuò)容,如果數(shù)據(jù)類型并沒有實(shí)現(xiàn)接口,那么根據(jù)調(diào)用方式,該報(bào)錯(cuò)報(bào)錯(cuò),該panic panic。
這里我們可以看到申請(qǐng)新的itab空間時(shí),內(nèi)存空間的大小是unsafe.Sizeof(itab{})+uintptr(len(inter.mhdr)-1)*sys.PtrSize,參照前面接受的結(jié)構(gòu),len(inter.mhdr)就是接口定義的方法數(shù)量,因?yàn)樽侄蝔un是一個(gè)大小為1的數(shù)組,所以len(inter.mhdr)-1,在fun字段下面其實(shí)隱藏了其他方法接口地址。
6.1 在itabTable中查找itab find
func itabHashFunc(inter *interfacetype, typ *_type) uintptr { // 編譯器為我們提供了一些很好的哈希碼。 return uintptr(inter.typ.hash ^ typ.hash) } // find在t中找到給定的接口/類型對(duì)。 // 如果不存在給定的接口/類型對(duì),則返回nil。 func (t *itabTableType) find(inter *interfacetype, typ *_type) *itab { // 使用二次探測(cè)實(shí)現(xiàn)。 //探測(cè)順序?yàn)閔(i)= h0 + i *(i + 1)/ 2 mod 2 ^ k。 //我們保證使用此探測(cè)序列擊中所有表?xiàng)l目。 mask := t.size - 1 h := itabHashFunc(inter, typ) & mask for i := uintptr(1); ; i++ { p := (**itab)(add(unsafe.Pointer(&t.entries), h*sys.PtrSize)) // 在這里使用atomic read,所以如果我們看到m!= nil,我們也會(huì)看到m字段的初始化。 // m := *p m := (*itab)(atomic.Loadp(unsafe.Pointer(p))) if m == nil { return nil } if m.inter == inter && m._type == typ { return m } h += I h &= mask } }
從注釋可以看到,golang使用的開放地址探測(cè)法,用的是公式h(i) = h0 + i*(i+1)/2 mod 2^k,h0是根據(jù)接口類型和數(shù)據(jù)類型的hash字段算出來的。以前的版本是額外使用一個(gè)link字段去連到下一個(gè)slot,那樣會(huì)有額外的存儲(chǔ),性能也會(huì)差寫,在1.11中我們看到有了改進(jìn)。
6.2 檢查并生成itab init
// init用所有代碼指針填充m.fun數(shù)組m.inter / m._type對(duì)。 如果該類型未實(shí)現(xiàn)該接口,將m.fun [0]設(shè)置為0,并返回缺少的接口函數(shù)的名稱。 //可以在同一m上多次調(diào)用此函數(shù),即使同時(shí)調(diào)用也可以。 func (m *itab) init() string { inter := m.inter typ := m._type x := typ.uncommon() // inter和typ都有按名稱排序的方法, //并且接口名稱是唯一的, //因此可以在鎖定步驟中對(duì)兩者進(jìn)行迭代; //循環(huán)是O(ni + nt)而不是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 := 0 imethods: for 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) 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 { ifn := typ.textOff(t.ifn) *(*unsafe.Pointer)(add(unsafe.Pointer(&m.fun[0]), uintptr(k)*sys.PtrSize)) = ifn } continue imethods } } } // didn't find method m.fun[0] = 0 return iname } m.hash = typ.hash return "" }
這個(gè)方法會(huì)檢查interface和type的方法是否匹配,即type有沒有實(shí)現(xiàn)interface。假如interface有n中方法,type有m中方法,那么匹配的時(shí)間復(fù)雜度是O(n x m),由于interface、type的方法都按字典序排,所以O(shè)(n+m)的時(shí)間復(fù)雜度可以匹配完。在檢測(cè)的過程中,匹配上了,依次往fun字段寫入type中對(duì)應(yīng)方法的地址。如果有一個(gè)方法沒有匹配上,那么就設(shè)置fun[0]為0,在外層調(diào)用會(huì)檢查fun[0]==0,即type并沒有實(shí)現(xiàn)interface。
這里我們還可以看到golang中continue的特殊用法,要直接continue到外層的循環(huán)中,那么就在那一層的循環(huán)上加個(gè)標(biāo)簽,然后continue 標(biāo)簽。
6.3 把itab插入到itabTable中 itabAdd
// itabAdd將給定的itab添加到itab哈希表中。 //必須保持itabLock。 func itabAdd(m *itab) { // 設(shè)置了mallocing時(shí),錯(cuò)誤可能導(dǎo)致調(diào)用此方法,通常是因?yàn)檫@是在恐慌時(shí)調(diào)用的。 //可靠地崩潰,而不是僅在需要增長(zhǎng)時(shí)崩潰哈希表。 if getg().m.mallocing != 0 { throw("malloc deadlock") } t := itabTable if t.count >= 3*(t.size/4) { // 75% 負(fù)載系數(shù) // 增長(zhǎng)哈希表。 // t2 = new(itabTableType)+一些其他條目我們?nèi)鲋e并告訴malloc我們想要無指針的內(nèi)存,因?yàn)樗兄赶虻闹刀疾辉诙阎小? t2 := (*itabTableType)(mallocgc((2+2*t.size)*sys.PtrSize, nil, true)) t2.size = t.size * 2 // 復(fù)制條目。 //注意:在復(fù)制時(shí),其他線程可能會(huì)尋找itab和找不到它。沒關(guān)系,他們將嘗試獲取Itab鎖,因此請(qǐng)等到復(fù)制完成。 if t2.count != t.count { throw("mismatched count during itab table copy") } // 發(fā)布新的哈希表。使用原子寫入:請(qǐng)參閱getitab中的注釋。 atomicstorep(unsafe.Pointer(&itabTable), unsafe.Pointer(t2)) // 采用新表作為我們自己的表。 t = itabTable // 注意:舊表可以在此處進(jìn)行GC處理。 } t.add(m) } // add將給定的itab添加到itab表t中。 //必須保持itabLock。 func (t *itabTableType) add(m *itab) { //請(qǐng)參閱注釋中的有關(guān)探查序列的注釋。 //將新的itab插入探針序列的第一個(gè)空位。 mask := t.size - 1 h := itabHashFunc(m.inter, m._type) & mask for i := uintptr(1); ; i++ { p := (**itab)(add(unsafe.Pointer(&t.entries), h*sys.PtrSize)) m2 := *p if m2 == m { //給定的itab可以在多個(gè)模塊中使用并且由于全局符號(hào)解析的工作方式, //指向itab的代碼可能已經(jīng)插入了全局“哈?!?。 return } if m2 == nil { // 在這里使用原子寫,所以如果讀者看到m,它也會(huì)看到正確初始化的m字段。 // NoWB正常,因?yàn)閙不在堆內(nèi)存中。 // *p = m atomic.StorepNoWB(unsafe.Pointer(p), unsafe.Pointer(m)) t.count++ return } h += I h &= mask } }
可以看到,當(dāng)hash表使用達(dá)到75%或以上時(shí),就會(huì)進(jìn)行擴(kuò)容,容量是原來的2倍,申請(qǐng)完空間,就會(huì)把老表中的數(shù)據(jù)插入到新的hash表中。然后使itabTable指向新的表,最后把新的itab插入到新表中。
上述就是小編為大家分享的go語言中接口的應(yīng)用了,如果您也有類似的疑惑,不妨參照上述方法進(jìn)行嘗試。如果想了解更多相關(guān)內(nèi)容,請(qǐng)關(guān)注億速云行業(yè)資訊。
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