背景:
golang的interface是一種satisfied式的。A類只要實現了IA interface定義的方法,A就satisfied了接口IA。更抽象一層,若是某些設計上須要一些更抽象的共性,好比print各種型,這時須要使用reflect機制,reflect實質上就是將interface的實現暴露了一部分給應用代碼。要理解reflect,須要深刻了解interface。
go的interface是一種隱式的interface,但golang的類型是編譯階段定的,是static的,如:
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type
MyInt int
var
i int
var
j MyInt
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雖然MyInt底層就是int,但在編譯器角度看,i的類型是int,j的類型是MyInt,是靜態、不一致的。二者要賦值必需要進行類型轉換。
即便是interface,就語言角度來看也是靜態的。如:
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var
r io.Reader
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無論r後面用什麼來初始化,它的類型老是io.Reader。
更進一步,對於空的interface,也是如此。
記住go語言類型是靜態這一點,對於理解interface/reflect很重要。
看一例:
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var
r io.Reader
tty, err := os.OpenFile(
"/dev/tty"
, os.O_RDWR, 0)
if
err != nil {
return
nil, err
}
r = tty
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到這裏,r的類型是什麼?r的類型仍然是interface io.Reader,只是r = tty這一句,隱含了一個類型轉換,將tty轉成了io.Reader。html
interface的實現:
做爲一門編程語言,對方法的處理通常分爲兩種類型:一是將全部方法組織在一個表格裏,靜態地調用(C++, java);二是調用時動態查找方法(python, smalltalk, js)。
而go語言是二者的結合:雖然有table,可是是須要在運行時計算的table。
以下例:
Binary類實現了兩個方法,String()和Get()
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type
Binary uint64
func
(i Binary) String() string {
return
strconv.Uitob64(i.Get(), 2)
}
func
(i Binary) Get() uint64 {
return
uint64(i)
}
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由於它實現了String(),按照golang的隱式方法實現來看,Binary satisfied了Stringer接口。所以它能夠賦值: s:=Stringer(b)。
以此爲例來講明下interface的實現:
![](http://static.javashuo.com/static/loading.gif)
interface的內存組織如圖:
![](http://static.javashuo.com/static/loading.gif)
一個interface值由兩個指針組成,第一個指向一個interface table,叫 itable。itable開頭是一些描述類型的元字段,後面是一串方法。注意這個方法是interface自己的方法,並不是其dynamic value(Binary)的方法。即這裏只有String()方法,而沒有Get方法。但這個方法的實現確定是具體類的方法,這裏就是Binary的方法。
當這個interface無方法時,itable能夠省略,直接指向一個type便可。
另外一個指針data指向dynamic value的一個拷貝,這裏則是b的一份拷貝。也就是,給interface賦值時,會在堆上分配內存,用於存放拷貝的值。
一樣,當值自己只有一個字長時,這個指針也能夠省略。
一個interface的初始值是兩個nil。好比,
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var
w io.Writer
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這時,tab和data都是nil。interface是否爲nil取決於itable字段。因此不必定data爲nil就是nil,判斷時要額外注意。
這樣,像這樣的代碼:
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switch
v := any.(
type
) {
case
int:
return
strconv.Itoa(v)
case
float:
return
strconv.Ftoa(v,
'g'
, -1)
}
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其實是any這個interface取了 any. tab->type。
而interface的函數調用實際上就變成了:
s.tab->fun[0](s.data)。第一個參數即自身類型指針。
itable的生成:
itable的生成是理解interface的關鍵。
如剛開始處提的,爲了支持go語言這種接口間僅經過方法來聯繫的特性,是沒有辦法像C++同樣,在編譯時預先生成一個method table的,只能在運行時生成。所以,天然的,全部的實體類型都必須有一個包含此類型全部方法的「類型描述符」(type description structure);而interface類型也一樣有一個相似的描述符,包含了全部的方法。
這樣,interface賦值時,計算interface對象的itable時,須要對兩種類型的方法列表進行遍歷對比。如後面代碼所示,這種計算只須要進行一次,並且優化成了O(m+n)。
可見,interface與itable之間的關係不是獨立的,而是與interface具體的value類型有關。
即(interface類型, 具體類型)->itable。
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var
any
interface
{}
// initialized elsewhere
2 s := any.(Stringer)
// dynamic conversion
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for
i := 0; i < 100; i++ {
4 fmt.Println(s.String())
5 }
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itable的計算不須要到函數調用時進行,只須要在interface賦值時進行便可,如上第2行,不須要在第4行進行。
最後,看一些實現代碼:
如下是上面圖中的兩個字段。
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type
iface
struct
{
144 tab *itab
// 指南itable
145 data unsafe.Pointer
// 指向真實數據
146 }
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再看itab的實現:
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type
itab
struct
{
618 inter *interfacetype
619 _type *_type
620 link *itab
621 bad int32
622 unused int32
623 fun [1]uintptr
// variable sized
624 }
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可見,它使用一個疑似鏈表的東西,能夠猜這是用做hash表的拉鍊。
前兩個字段應該是用來表達具體的interface類型和實際擁有的值的類型的,即一個itable的key。(上文提到的(interface類型, 具體類型) )
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type
imethod
struct
{
311 name nameOff
312 ityp typeOff
313 }
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type
interfacetype
struct
{
316 typ _type
317 pkgpath name
318 mhdr []imethod
319 }
320
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interfacetype若有若干imethod,能夠猜測這是表達interface定義的方法數據結構。
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type
_type
struct
{
29 size uintptr
30 ptrdata uintptr
// size of memory prefix holding all pointers
31 hash uint32
32 tflag tflag
33 align uint8
34 fieldalign uint8
35 kind uint8
36 alg *typeAlg
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// gcdata stores the GC type data for the garbage collector.
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// If the KindGCProg bit is set in kind, gcdata is a GC program.
39
// Otherwise it is a ptrmask bitmap. See mbitmap.go for details.
40 gcdata *byte
41 str nameOff
42 ptrToThis typeOff
43 }
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對於_type,可見裏面有gc的東西,應該就是具體的類型了。這裏有個hash字段,itable實現就是掛在一個全局的hash table中。hash時用到了這個字段:
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func
itabhash(inter *interfacetype, typ *_type) uint32 {
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// compiler has provided some good hash codes for us.
24 h := inter.typ.hash
25 h += 17 * typ.hash
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// TODO(rsc): h += 23 * x.mhash ?
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return
h % hashSize
28 }
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可見,這裏有個把interface類型與具體類型之間的信息結合起來作一個hash的過程,這個hash就是上述的itab的存儲地點,itab中的link就是hash中的拉鍊。
回到itab,看取一個itab的邏輯:
若是發生了typeassert或是interface的賦值(強轉),須要臨時計算一個itab。這時會先在hash表中找,找不到纔會真實計算。
44 h := itabhash(inter, typ)
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// look twice - once without lock, once with.
47
// common case will be no lock contention.
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var
m *itab
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var
locked int
50
for
locked = 0; locked < 2; locked++ {
51
if
locked != 0 {
52 lock(&ifaceLock)
53 }
54
for
m = (*itab)(atomic.Loadp(unsafe.Pointer(&hash[h]))); m != nil; m = m.link {
55
if
m.inter == inter && m._type == typ {
71
return
m
// 找到了前面計算過的itab
72 }
73 }
74 }
75
// 沒有找到,生成一個,並加入到itab的hash中。
76 m = (*itab)(persistentalloc(unsafe.Sizeof(itab{})+uintptr(len(inter.mhdr)-1)*sys.PtrSize, 0, &memstats.other_sys))
77 m.inter = inter
78 m._type = typ
79 additab(m, true, canfail)
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這個hash是個全局變量:
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const
(
14 hashSize = 1009
15 )
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var
(
18 ifaceLock mutex
// lock for accessing hash
19 hash [hashSize]*itab
20 )
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最後,看一下如何生成itab:
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// both inter and typ have method sorted by name,
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// and interface names are unique,
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// so can iterate over both in lock step;
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// the loop is O(ni+nt) not O(ni*nt). // 按name排序過的,所以這裏的匹配只須要O(ni+nt)
99 j := 0
100
for
k := 0; k < ni; k++ {
101 i := &inter.mhdr[k]
102 itype := inter.typ.typeOff(i.ityp)
103 name := inter.typ.nameOff(i.name)
104 iname := name.name()
109
for
; j < nt; j++ {
110 t := &xmhdr[j]
111 tname := typ.nameOff(t.name)
112
if
typ.typeOff(t.mtyp) == itype && tname.name() == iname {
118
if
m != nil {
119 ifn := typ.textOff(t.ifn)
120 *(*unsafe.Pointer)(add(unsafe.Pointer(&m.fun[0]), uintptr(k)*sys.PtrSize)) = ifn
// 找到匹配,將實際類型的方法填入itab的fun
121 }
122
goto
nextimethod
123 }
124 }
125 }
135 nextimethod:
136 }
140 h := itabhash(inter, typ)
//插入上面的全局hash
141 m.link = hash[h]
142 atomicstorep(unsafe.Pointer(&hash[h]), unsafe.Pointer(m))
143 }
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到這裏,interface的數據結構的框架。java
reflection實質上是將interface背後的實現暴露了一部分給應用代碼,使應用程序可使用interface實現的一些內容。只要理解了interface的實現,reflect就好理解了。如reflect.typeof(i)返回interface i的type,Valueof返回value.
參考:
摘抄自他人博客