GO语言面试精华——接口的动态类型和动态值？

接口的动态类型和动态值？

从源码里可以看到：iface包含两个字段：tab 是接口表指针，指向类型信息；data 是数据指针，则指向具体的数据。它们分别被称为动态类型和动态值。而接口值包括动态类型和动态值。

【引申1】接口类型和 nil 作比较

接口值的零值是指动态类型和动态值都为 nil。当仅且当这两部分的值都为 nil 的情况下，这个接口值就才会被认为 接口值 == nil。

来看个例子：

package main

import "fmt"

type Coder interface {
	code()
}

type Gopher struct {
	name string
}

func (g Gopher) code() {
	fmt.Printf("%s is coding\n", g.name)
}

func main() {
	var c Coder
	fmt.Println(c == nil)
	fmt.Printf("c: %T, %v\n", c, c)

	var g *Gopher
	fmt.Println(g == nil)

	c = g
	fmt.Println(c == nil)
	fmt.Printf("c: %T, %v\n", c, c)
}

输出：

true
c: <nil>, <nil>
true
false
c: *main.Gopher, <nil>

一开始，c 的动态类型和动态值都为 nil，g 也为 nil，当把 g 赋值给 c 后，c 的动态类型变成了 *main.Gopher，仅管 c 的动态值仍为 nil，但是当 c 和 nil 作比较的时候，结果就是 false 了。

【引申2】
来看一个例子，看一下它的输出：

package main

import "fmt"

type MyError struct {}

func (i MyError) Error() string {
	return "MyError"
}

func main() {
	err := Process()
	fmt.Println(err)

	fmt.Println(err == nil)
}

func Process() error {
	var err *MyError = nil
	return err
}

函数运行结果：

<nil>
false

这里先定义了一个 MyError 结构体，实现了 Error 函数，也就实现了 error 接口。Process 函数返回了一个 error 接口，这块隐含了类型转换。所以，虽然它的值是 nil，其实它的类型是 *MyError，最后和 nil 比较的时候，结果为 false。

【引申3】如何打印出接口的动态类型和值？

直接看代码：

package main

import (
	"unsafe"
	"fmt"
)

type iface struct {
	itab, data uintptr
}

func main() {
	var a interface{} = nil

	var b interface{} = (*int)(nil)

	x := 5
	var c interface{} = (*int)(&x)
	
	ia := *(*iface)(unsafe.Pointer(&a))
	ib := *(*iface)(unsafe.Pointer(&b))
	ic := *(*iface)(unsafe.Pointer(&c))

	fmt.Println(ia, ib, ic)

	fmt.Println(*(*int)(unsafe.Pointer(ic.data)))
}

代码里直接定义了一个 iface 结构体，用两个指针来描述 itab 和 data，之后将 a, b, c 在内存中的内容强制解释成我们自定义的 iface。最后就可以打印出动态类型和动态值的地址。

运行结果如下：

{
    
    0 0} {
    
    17426912 0} {
    
    17426912 842350714568}
5

a 的动态类型和动态值的地址均为 0，也就是 nil；b 的动态类型和 c 的动态类型一致，都是 *int；最后，c 的动态值为 5。

编译器自动检测类型是否实现接口

经常看到一些开源库里会有一些类似下面这种奇怪的用法：

var _ io.Writer = (*myWriter)(nil)

这时候会有点懵，不知道作者想要干什么，实际上这就是此问题的答案。编译器会由此检查 *myWriter 类型是否实现了 io.Writer 接口。

来看一个例子：

package main

import "io"

type myWriter struct {

}

/*func (w myWriter) Write(p []byte) (n int, err error) {
	return
}*/

func main() {
    // 检查 *myWriter 类型是否实现了 io.Writer 接口
    var _ io.Writer = (*myWriter)(nil)

    // 检查 myWriter 类型是否实现了 io.Writer 接口
    var _ io.Writer = myWriter{}
}

注释掉为 myWriter 定义的 Write 函数后，运行程序：

src/main.go:14:6: cannot use (*myWriter)(nil) (type *myWriter) as type io.Writer in assignment:
	*myWriter does not implement io.Writer (missing Write method)
src/main.go:15:6: cannot use myWriter literal (type myWriter) as type io.Writer in assignment:
	myWriter does not implement io.Writer (missing Write method)

报错信息：*myWriter/myWriter 未实现 io.Writer 接口，也就是未实现 Write 方法。

解除注释后，运行程序不报错。

实际上，上述赋值语句会发生隐式地类型转换，在转换的过程中，编译器会检测等号右边的类型是否实现了等号左边接口所规定的函数。

总结一下，可通过在代码中添加类似如下的代码，用来检测类型是否实现了接口：

var _ io.Writer = (*myWriter)(nil)
var _ io.Writer = myWriter{}

如何用 interface 实现多态？

Go 语言并没有设计诸如虚函数、纯虚函数、继承、多重继承等概念，但它通过接口却非常优雅地支持了面向对象的特性。

多态是一种运行期的行为，它有以下几个特点：

一种类型具有多种类型的能力

允许不同的对象对同一消息做出灵活的反应

以一种通用的方式对待个使用的对象

非动态语言必须通过继承和接口的方式来实现

看一个实现了多态的代码例子：

package main

import "fmt"

func main() {
	qcrao := Student{age: 18}
	whatJob(&qcrao)

	growUp(&qcrao)
	fmt.Println(qcrao)

	stefno := Programmer{age: 100}
	whatJob(stefno)

	growUp(stefno)
	fmt.Println(stefno)
}

func whatJob(p Person) {
	p.job()
}

func growUp(p Person) {
	p.growUp()
}

type Person interface {
	job()
	growUp()
}

type Student struct {
	age int
}

func (p Student) job() {
	fmt.Println("I am a student.")
	return
}

func (p *Student) growUp() {
	p.age += 1
	return
}

type Programmer struct {
	age int
}

func (p Programmer) job() {
	fmt.Println("I am a programmer.")
	return
}

func (p Programmer) growUp() {
	// 程序员老得太快 ^_^
	p.age += 10
	return
}

代码里先定义了 1 个 Person 接口，包含两个函数：

job()
growUp()

然后，又定义了 2 个结构体，Student 和 Programmer，同时，类型 *Student、Programmer 实现了 Person 接口定义的两个函数。注意，*Student 类型实现了接口， Student 类型却没有。

之后，我又定义了函数参数是 Person 接口的两个函数：

func whatJob(p Person)
func growUp(p Person)

main 函数里先生成 Student 和 Programmer 的对象，再将它们分别传入到函数 whatJob 和 growUp。函数中，直接调用接口函数，实际执行的时候是看最终传入的实体类型是什么，调用的是实体类型实现的函数。于是，不同对象针对同一消息就有多种表现，多态就实现了。

更深入一点来说的话，在函数 whatJob() 或者 growUp() 内部，接口 person 绑定了实体类型 *Student 或者 Programmer。根据前面分析的 iface 源码，这里会直接调用 fun 里保存的函数，类似于： s.tab->fun[0]，而因为 fun 数组里保存的是实体类型实现的函数，所以当函数传入不同的实体类型时，调用的实际上是不同的函数实现，从而实现多态。

运行一下代码：

I am a student.
{
    
    19}
I am a programmer.
{
    
    100}

Go 接口与 C++ 接口有何异同？

接口定义了一种规范，描述了类的行为和功能，而不做具体实现。

C++ 的接口是使用抽象类来实现的，如果类中至少有一个函数被声明为纯虚函数，则这个类就是抽象类。纯虚函数是通过在声明中使用 “= 0” 来指定的。例如：

class Shape
{
   public:
      // 纯虚函数
      virtual double getArea() = 0;
   private:
      string name;      // 名称
};

设计抽象类的目的，是为了给其他类提供一个可以继承的适当的基类。抽象类不能被用于实例化对象，它只能作为接口使用。

派生类需要明确地声明它继承自基类，并且需要实现基类中所有的纯虚函数。

C++ 定义接口的方式称为“侵入式”，而 Go 采用的是 “非侵入式”，不需要显式声明，只需要实现接口定义的函数，编译器自动会识别。

C++ 和 Go 在定义接口方式上的不同，也导致了底层实现上的不同。C++ 通过虚函数表来实现基类调用派生类的函数；而 Go 通过 itab 中的 fun 字段来实现接口变量调用实体类型的函数。C++ 中的虚函数表是在编译期生成的；而 Go 的 itab 中的 fun 字段是在运行期间动态生成的。原因在于，Go 中实体类型可能会无意中实现 N 多接口，很多接口并不是本来需要的，所以不能为类型实现的所有接口都生成一个 itab，这也是“非侵入式”带来的影响；这在 C++ 中是不存在的，因为派生需要显示声明它继承自哪个基类。

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