本文基于go1.12.12源码进行分析，代码在amd64机器上运行和调试
1. Duck Typing
1.1 什么是鸭子类型
图中的大黄鸭是一只鸭子吗？如果从传统角度来看，图中的大黄鸭并非是一只鸭子，因为它即不会叫也不会跑，甚至连生命都没有
首先看下鸭子类型的定义
If it walks like a duck and it quacks like a duck, then it must be a duck
如果某个东西像鸭子一样走，像鸭子一样嘎嘎叫，那它一定是鸭子
所以，从Duck Typing角度来看，图中的大黄鸭是一只鸭子
鸭子类型，是程序设计中的一种类型推断风格，它描述事物的外部行为而非内部结构
1.2 Go语言的鸭子类型
Go语言通过接口的方式实现
Duck Typing
。不像其他动态语言那样，只能在运行时才能检查到类型不匹配，也不像大多数静态语言那样，需要显示声明实现哪个接口，Go语言接口的独特之处在于它是隐式实现
。
2. 概述
2.1 接口类型
接口是一种抽象类型，它没有暴露所含数据的布局或者内部结构，当然也没有哪些数据的基本操作，所提供的仅仅是一些方法。当你拿到一个接口类型的变量，你无从知道它是什么，但你能知道它能做什么，或者更精确地讲，仅仅是它提供了哪些方法。
2.2 接口定义
Go语言提供了 interface关键字，接口中只能定义需要实现的方法，不能包含任何的变量
type 接口类型名 interface{ 方法名1( 参数列表1 ) 返回值列表1 方法名2( 参数列表2 ) 返回值列表2 …}
例如 io.Writer 其实就是接口类型
type Writer interface { Write(p []byte) (n int, err error)}
接口与接口间可以嵌套得到新接口，如 io.ReadWriter
type Reader interface { Read(p []byte) (n int, err error)} type ReadWriter interface{ Reader Writer}
不包含方法的接口，叫做空接口类型
interface{}
如果一个具体类型实现了一个接口要求的所有方法，那么这个类型实现了这个接口。当具体类型实现了一个接口时，这个具体类型才可以赋值给该接口
如下示例中，定义一个
Runner
接口，只包含一个
run()
方法，
Person
结构体实现了
Run()
方法，那么就实现了
Runner
接口
type Runner interface { Run()} type Person struct { Name string} func (p Person) Run() { fmt.Printf("%s is running\n", p.Name)} func main() { var r Runner r = Person{Name: "song_chh"} r.Run()}
另外，因为空接口类型是没有定义任何方法的接口，因此所有类型都实现了空接口，也就是说可以把任何类型赋给空接口类型
2.4 接口和指针
接口在定义一组方法时，没有对实现的接收者做限制，所以有两种实现方式的接收者，一种是指针接收者，另一种是值接收者
同一个方法不能两种实现同时存在
为Runner接口增加一个
Say()
方法，Person结构体类型使用指针接收者实现
Say()
方法
type Runner interface { Run() Say()} type Person struct { Name string} func (p Person) Run() { fmt.Printf("%s is running\n", p.Name)} func (p *Person) Say() { fmt.Printf("hello, %s", p.Name)}
在对接口变量进行初始化时，可以使用结构体或者结构体指针
var r Runnerr = &Person{Name: "song_chh"}r = Person{Name: "song_chh"}
因为实现接口的接受者类型和接口初始化时的类型都有两个维度，就会产生四种不同情况的编码
× 表示编译不通过
下面两种情况能够通过编译很好理解：
方法接受者和初始化类型都是结构体值
方法接受者和初始化类型都是结构体指针
首先，我们来看一下能够通过编译的情况，也就是方法接收者是结构体，而初始化的变量是指针类型
type Runner interface { Run() Say()} type Person struct { Name string} func (p Person) Run() { fmt.Printf("%s is running\n", p.Name)} func (p *Person) Say() { fmt.Printf("hello, %s", p.Name)} func main() { var r Runner r = &Person{Name: "song_chh"} r.Run() r.Say()}
上述代码中，Person结构体指针是能够直接调用Run和Say，因为作为结构体指针，能够隐式获取到底层的结构体，然后在通过结构体调用对应的方法
如果将引用去掉，即变量初始化使用结构体类型
r = Person{Name: "song_chh"}
则会提示编译不通过
./pointer.go:24:4: cannot use Person literal (type Person) as type Runner in assignment: Person does not implement Runner (Say method has pointer receiver)
那么为什么会编译不通过呢？首先在Go语言在进行参数传递都是
值传递
当代码中的变量是
&Person{}
时，在方法调用的过程中会对参数进行复制，创建一个新的
Person
结构体指针，指针指向一个确定的结构体，所以编译器会隐式的对变量解引用获取指针指向的结构体，完成方法的调用
当代码中的变量是
Person{}
时，在方法调用的过程中会对参数进行复制，也就是Run()和
Say()
会接受一个新的
Person{}
变量。如果方法接收者是
*Person
，编译器无法根据结构体找到一个唯一的指针，所以编译器会报错
注意：一个具体类型T的变量，直接调用*T的方法也是合法的，因为编译器会隐式的帮你完成取地址操作，但这仅仅是一个语法糖
2.5 nil和non-nil
再看一段示例，还是Runner接口和Person结构体，注意看main()函数体，首先声明一个接口变量r，打印是否为nil，紧接着定义一个*Person类型的p，打印p是否为nil，最后将p赋值给r，打印此时的r是否为nil
type Runner interface { Run()} type Person struct { Name string} func (p Person) Run() { fmt.Printf("%s is running\n", p.Name)} func main() { var r Runner fmt.Println("r:", r == nil) var p *Person fmt.Println("p:", p == nil) r = p fmt.Println("r:", r == nil)}
输出结果是什么？
r: true or falsep: true or falser: true or false
实际输出结果为：
r: truep: truer: false
前两个输出r为nil和p为nil，因为接口类型和指针类型的零值为nil，那么当p赋值给r后，r却不为nil呢？其实是有个接口值的概念
2.6 接口值
从概念上来讲，一个接口类型的值（简称接口值）其实有两个部分：分别是
具体类型
和
该类型的值
，二者称为接口的
动态类型
和
动态值
，所以当且仅当接口的动态类型和动态值都为nil时，接口值才为nil
回到2.5的示例中，当p赋值给r接口后，r实际结构如图所示
验证一下是否真的是这样，在main函数体末尾加上一行代码
fmt.Printf("r type: %T, data: %v\n", r, r)
运行结果
r type: *main.Person, data:
可以看到动态值确实为nil
现在已经知道接口值的概念，那么接口底层实现具体是怎样的呢？
3. 实现原理
Go语言中的接口类型会根据是否包含一组方法而分成两种不同的实现，分别为包含一组方法的iface结构体和不包含任何方法的eface结构体
3.1 iface
iface底层是一个结构体，定义如下：
//runtime/runtime2.gotype iface struct { tab *itab data unsafe.Pointer}
iface内部有两个指针，一个是itab结构体指针，另一个是指向数据的指针
unsafe.Pointer类型是一种特殊类型的指针，它可以存储任何变量的地址（类似C语言的void*）
//runtime/runtime2.gotype itab struct { inter *interfacetype _type *_type hash uint32 // copy of _type.hash. Used for type switches. _ [4]byte fun [1]uintptr // variable sized. fun[0]==0 means _type does not implement inter.}
itab用于表示具体类型和接口类型关系，其中 inter 是接口类型定义信息，_type 是具体类型的信息，hash是_type.hash的拷贝，在类型转换时，快速判断目标类型和接口中类型是否一致，fun是实现方法地址列表，虽然fun固定长度为1的数组，但是这其实是一个柔型数组，保存元素的数量是不确定的，如有多个方法，则会按照字典顺序排序
//runtime/type.gotype interfacetype struct { typ _type pkgpath name mhdr []imethod}
interfacetype是描述接口定义的信息，_type：接口的类型信息，pkgpath是定义接口的包名；，mhdr是接口中定义的函数表，按字典序排序
假设接口有ni个方法，实现接口的结构体有nt个方法，正常情况itab函数表生成时间复杂为O(ni*nt)，如果接口方法列表和结构体方法列表有序，那么函数表生成时间复杂度为O(ni+nt)
//runtime/type.gotype _type struct { size uintptr ptrdata uintptr // size of memory prefix holding all pointers hash uint32 tflag tflag align uint8 fieldalign uint8 kind uint8 alg *typeAlg // gcdata stores the GC type data for the garbage collector. // If the KindGCProg bit is set in kind, gcdata is a GC program. // Otherwise it is a ptrmask bitmap. See mbitmap.go for details. gcdata *byte str nameOff ptrToThis typeOff}
_type是所有类型的公共描述。
size
是类型的大小，
hash
是类型的哈希值；
tflag
是类型的tags，与反射相关，
align
和
fieldalign
与内存对齐相关，
kind
是类型编号，具体定义位于runtime/typekind.go中，
gcdata
是gc相关信息
整个iface的结构图如下所示：
3.2 eface
相对于iface，eface结构比较简单
//runtime/runtime2.gotype eface struct { _type *_type data unsafe.Pointer}
eface内部同样有两个指针，一个具体类型信息_type结构体的指针，一个指向数据的指针
3.3 具体类型转换成接口类型
到此已经知道什么是接口以及接口的底层结构，那么当具体类型赋值给接口类型时，是如何进行转换的？再来看下2.3中的示例
package main import "fmt" type Runner interface { Run()} type Person struct { Name string} func (p Person) Run() { fmt.Printf("%s is running\n", p.Name)} func main() { var r Runner r = Person{Name: "song_chh"} r.Run()}
通过Go提供的工具生成汇编代码
go tool compile -S interface.go
只截取与第19行相关的代码
0x001d 00029 (interface.go:19) PCDATA $2, $00x001d 00029 (interface.go:19) PCDATA $0, $10x001d 00029 (interface.go:19) XORPS X0, X00x0020 00032 (interface.go:19) MOVUPS X0, ""..autotmp_1+32(SP)0x0025 00037 (interface.go:19) PCDATA $2, $10x0025 00037 (interface.go:19) LEAQ go.string."song_chh"(SB), AX0x002c 00044 (interface.go:19) PCDATA $2, $00x002c 00044 (interface.go:19) MOVQ AX, ""..autotmp_1+32(SP)0x0031 00049 (interface.go:19) MOVQ $8, ""..autotmp_1+40(SP)0x003a 00058 (interface.go:19) PCDATA $2, $10x003a 00058 (interface.go:19) LEAQ go.itab."".Person,"".Runner(SB), AX0x0041 00065 (interface.go:19) PCDATA $2, $00x0041 00065 (interface.go:19) MOVQ AX, (SP)0x0045 00069 (interface.go:19) PCDATA $2, $10x0045 00069 (interface.go:19) PCDATA $0, $00x0045 00069 (interface.go:19) LEAQ ""..autotmp_1+32(SP), AX0x004a 00074 (interface.go:19) PCDATA $2, $00x004a 00074 (interface.go:19) MOVQ AX, 8(SP)0x004f 00079 (interface.go:19) CALL runtime.convT2I(SB)0x0054 00084 (interface.go:19) MOVQ 16(SP), AX0x0059 00089 (interface.go:19) PCDATA $2, $20x0059 00089 (interface.go:19) MOVQ 24(SP), CX
可以看到，编译器在构造itab后调用
runtime.convT2I(SB)
转换函数，看下函数的实现
//runtime/iface.gofunc 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}
首先根据类型大小调用mallocgc申请一块内存空间，将elem指针的内容拷贝到新空间，将tab赋值给iface的tab，将新内存指针赋值给iface的data，这样一个iface就创建完成
将示例代码稍作更改，使用结构体指针类型的变量赋值给接口变量
r = &Person{Name: "song_chh"}
再次通过工具生成汇编代码
go tool compile -S interface.go
查看如下汇编代码
0x001d 00029 (interface.go:19) PCDATA $2, $10x001d 00029 (interface.go:19) PCDATA $0, $00x001d 00029 (interface.go:19) LEAQ type."".Person(SB), AX0x0024 00036 (interface.go:19) PCDATA $2, $00x0024 00036 (interface.go:19) MOVQ AX, (SP)0x0028 00040 (interface.go:19) CALL runtime.newobject(SB)0x002d 00045 (interface.go:19) PCDATA $2, $20x002d 00045 (interface.go:19) MOVQ 8(SP), DI0x0032 00050 (interface.go:19) MOVQ $8, 8(DI)0x003a 00058 (interface.go:19) PCDATA $2, $-20x003a 00058 (interface.go:19) PCDATA $0, $-20x003a 00058 (interface.go:19) CMPL runtime.writeBarrier(SB), $00x0041 00065 (interface.go:19) JNE 1050x0043 00067 (interface.go:19) LEAQ go.string."song_chh"(SB), AX0x004a 00074 (interface.go:19) MOVQ AX, (DI)
首先编译器通过
type."".Person(SB)
获取
Person
结构体类型，作为参数调用
runtime.newobject()
函数，同样的在源码中查看函数定义
import "unsafe" // runtime/malloc.go // implementation of new builtin// compiler (both frontend and SSA backend) knows the signature// of this functionfunc newobject(typ *_type) unsafe.Pointer { return mallocgc(typ.size, typ, true)}
newobject
以
*Person
作为入参，创建新的
Person
结构体指针，之后由编译器设置值，iface由编译器直接生成
除了
convT2I
函数外，其实在
runtime/runtime.go
文件中，还有很多转换函数的定义
// Non-empty-interface to non-empty-interface conversion.func convI2I(typ *byte, elem any) (ret any) // Specialized type-to-interface conversion.// These return only a data pointer.func convT16(val any) unsafe.Pointer // val must be uint16-like (same size and alignment as a uint16)func convT32(val any) unsafe.Pointer // val must be uint32-like (same size and alignment as a uint32)func convT64(val any) unsafe.Pointer // val must be uint64-like (same size and alignment as a uint64 and contains no pointers)func convTstring(val any) unsafe.Pointer // val must be a stringfunc convTslice(val any) unsafe.Pointer // val must be a slice // Type to empty-interface conversion.func convT2E(typ *byte, elem *any) (ret any)func convT2Enoptr(typ *byte, elem *any) (ret any) // Type to non-empty-interface conversion. func convT2I(tab *byte, elem *any) (ret any) //for the general casefunc convT2Inoptr(tab *byte, elem *any) (ret any) //for structs that do not contain pointers
convI2I
用于接口转换成另一个接口时调用，在3.4会进行讲解
convT2Inoptr
用于变量内部不含指针的转换，noptr可以理解为no pointer，转换过程与
convT2I
类似
convT16
、
convT32
、
convT64
、
convTstring
和
convTslice
是针对简单类型转接口的特例优化，有兴趣的可以看下函数实现的源码，因为这几个函数内容相似，这里就简单介绍下
convT64
//runtime/iface.gofunc convT64(val uint64) (x unsafe.Pointer) { if val == 0 { x = unsafe.Pointer(&zeroVal[0]) } else { x = mallocgc(8, uint64Type, false) *(*uint64)(x) = val } return}
相较于
convT2
系列函数，缺少
typedmemmove
和
memmove
函数的调用，减少内存拷贝。另外如果变量值为该类型的零值，则不会调用 mallocgc 去申请一块新内存，而是直接返回指向
zeroVal[0]
的指针
再来看下，空接口转换函数
convT2E
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: We allocate a zeroed object only to overwrite it with actual data. // Figure out how to avoid zeroing. Also below in convT2Eslice, convT2I, convT2Islice. typedmemmove(t, x, elem) e._type = t e.data = x return}
convT2E
和
convT2I
类似，同样在转换成eface时
*_type
是由编译器生成，当做入参调用
convT2E
3.4 接口与接口的转换
如果某个类型实现多个接口，那接口直接是如何进行转换的，还是先看一段示
package main import "fmt" type Runner interface { Run() Say()} type Sayer interface { Say()} type Person struct { Name string} func (p Person) Run() { fmt.Printf("%s is running\n", p.Name)} func (p Person) Say() { fmt.Printf("hello, %s", p.Name)} func main() { var r Runner r = Person{Name: "song_chh"} var s Sayer s = r s.Say()}
增加
Sayer
接口定义，包含
Say()
方法，在main函数中声明一个
Sayer
变量，并将
Runner
接口变量赋值给
Sayer
变量。因为
Person
实现了
Say()
方法，所以说
Person
既实现了是
Runner
接口，又实现了
Sayer
接口
执行命令
go tool compile -S interface.go
截取32行汇编代码
0x0062 00098 (interface.go:32) PCDATA $2, $30x0062 00098 (interface.go:32) LEAQ type."".Sayer(SB), DX0x0069 00105 (interface.go:32) PCDATA $2, $20x0069 00105 (interface.go:32) MOVQ DX, (SP) 0x006d 00109 (interface.go:32) MOVQ AX, 8(SP)0x0072 00114 (interface.go:32) PCDATA $2, $00x0072 00114 (interface.go:32) MOVQ CX, 16(SP)0x0077 00119 (interface.go:32) CALL runtime.convI2I(SB)0x007c 00124 (interface.go:32) MOVQ 24(SP), AX0x0081 00129 (interface.go:32) PCDATA $2, $20x0081 00129 (interface.go:32) MOVQ 32(SP), CX
可以看到在执行期间，调用
runtime.convI2I
进行接口转换，接下来看下源代码
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 = (inter, tab._type, false) r.data = i.data return}
函数参数
inter
表示接口的类型，由编译器生成，即
type."".Sayer(SB)
，
i
是绑定实体的接口，
r
是转换后新的接口，如果要转换的接口是同一类型，则直接把
i
的tab和data给新接口
r
，将
r
返回。如果要转换的接口不是同一类型，则通过
getitab
生成一个新的tab复制给
r.tab
，然后将
r
返回
那么具体来看一下
getitab
这个函数，还是先看源码
func getitab(inter *interfacetype, typ *_type, canfail bool) *itab { if len(inter.mhdr) == 0 { throw("internal error - misuse of itab") } // easy case 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 // First, look in the existing table to see if we can find the itab we need. // This is by far the most common case, so do it without locks. // Use atomic to ensure we see any previous writes done by the thread // that updates the itabTable field (with atomic.Storep in itabAdd). t := (*itabTableType)(atomic.Loadp(unsafe.Pointer(&itabTable))) if m = t.find(inter, typ); m != nil { goto finish } // Not found. Grab the lock and try again. lock(&itabLock) if m = itabTable.find(inter, typ); m != nil { unlock(&itabLock) goto finish } // Entry doesn't exist yet. Make a new entry & add it. 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 } // this can only happen if the conversion // was already done once using the , ok form // and we have a cached negative result. // The cached result doesn't record which // interface function was missing, so initialize // the itab again to get the missing function name. panic(&TypeAssertionError{concrete: typ, asserted: &inter.typ, missingMethod: m.init()})}
首先，用
t
保存全局
itabTable
的地址，使用
t.find
进行查找，这个是通用的查找
如果没有查找到，就会上锁，重新使用
itabTable.find
进行查找
再没有找到，就会根据具体类型
typ
和接口类型
inter
生成一个
itab
，并将这个新生成的
itab
添加到全局的
itabTable
中。如果具体类型并没有实现接口，根据
canfail
值
返回
nil
或者
painc
3.5 断言
上一节的内容主要介绍如何把具体类型转换成接口类型，那么怎样将接口类型转换成具体类型呢？Go语言提供两种方式，分别是类型断言和类型分支
type assertion
类型断言有两种写法
v := x.(T)v, ok := x.(T)
x：是一个接口类型的的表达式
T：是一个已知类型
注意第一种写法，如果类型断言失败，会触发painc
type switch
switch x := x.(type) { /* ... */}
使用示例
switch i.(type) {case string: fmt.Println("i'm a string")case int: fmt.Println("i'm a int")default: fmt.Println("unknown")}
接口转具体类型时，是由编译器进行对比，进行转换的，并非是在运行时动态调用某个函数