golang的interface剖析
背景：
golang的interface是一种satisfied式的。A类只要实现了IA interface定义的方法，A就satisfied了接口IA。更抽象一层，如果某些设计上需要一些更抽象的共性，比如print各类型，这时需要使用reflect机制，reflect实质上就是将interface的实现暴露了一部分给应用代码。要理解reflect，需要深入了解interface。
go的interface是一种隐式的interface，但golang的类型是编译阶段定的，是static的，如：
type MyInt int var i int var j MyInt
虽然MyInt底层就是int，但在编译器角度看，i的类型是int，j的类型是MyInt，是静态、不一致的。两者要赋值必须要进行类型转换。
即使是interface，就语言角度来看也是静态的。如:
var r io.Reader
不管r后面用什么来初始化，它的类型总是io.Reader。
更进一步，对于空的interface，也是如此。
记住go语言类型是静态这一点，对于理解interface/reflect很重要。
看一例：
var r io.Reader
tty, err := os.OpenFile("/dev/tty", os.O_RDWR, 0)
if err != nil {
return nil, err
}
r = tty
到这里，r的类型是什么？r的类型仍然是interface io.Reader，只是r = tty这一句，隐含了一个类型转换，将tty转成了io.Reader。
interface的实现：
作为一门编程语言，对方法的处理一般分为两种类型：一是将所有方法组织在一个表格里，静态地调用（C++, java）；二是调用时动态查找方法(python, smalltalk, js)。
而go语言是两者的结合：虽然有table，但是是需要在运行时计算的table。
如下例：
Binary类实现了两个方法，String()和Get()
type Binary uint64
func (i Binary) String() string {
return strconv.Uitob64(i.Get(), 2)
}
func (i Binary) Get() uint64 {
return uint64(i)
}
因为它实现了String()，按照golang的隐式方法实现来看，Binary satisfied了Stringer接口。因此它可以赋值： s:=Stringer(b)。
以此为例来说明下interface的实现：
interface的内存组织如图：
一个interface值由两个指针组成，第一个指向一个interface table，叫 itable。itable开头是一些描述类型的元字段，后面是一串方法。注意这个方法是interface本身的方法，并非其dynamic value（Binary）的方法。即这里只有String()方法，而没有Get方法。但这个方法的实现肯定是具体类的方法，这里就是Binary的方法。
当这个interface无方法时，itable可以省略，直接指向一个type即可。
另一个指针data指向dynamic value的一个拷贝，这里则是b的一份拷贝。也就是，给interface赋值时，会在堆上分配内存，用于存放拷贝的值。
同样，当值本身只有一个字长时，这个指针也可以省略。
一个interface的初始值是两个nil。比如，
var w io.Writer
这时，tab和data都是nil。interface是否为nil取决于itable字段。所以不一定data为nil就是nil，判断时要额外注意。
这样，像这样的代码：
switch v := any.(type) {
case int:
return strconv.Itoa(v)
case float:
return strconv.Ftoa(v, 'g', -1)
}
实际上是any这个interface取了 any. tab->type。
而interface的函数调用实际上就变成了：
s.tab->fun[0](s.data)。第一个参数即自身类型指针。
itable的生成：
itable的生成是理解interface的关键。
如刚开始处提的，为了支持go语言这种接口间仅通过方法来联系的特性，是没有办法像C++一样，在编译时预先生成一个method table的，只能在运行时生成。因此，自然的，所有的实体类型都必须有一个包含此类型所有方法的“类型描述符”(type description structure)；而interface类型也同样有一个类似的描述符，包含了所有的方法。
这样，interface赋值时，计算interface对象的itable时，需要对两种类型的方法列表进行遍历对比。如后面代码所示，这种计算只需要进行一次，而且优化成了O(m+n)。
可见，interface与itable之间的关系不是独立的，而是与interface具体的value类型有关。即（interface类型， 具体类型）->itable。
1 var any interface{} // initialized elsewhere
2 s := any.(Stringer) // dynamic conversion
3 for i := 0; i < 100; i++ {
4 fmt.Println(s.String())
5 }
itable的计算不需要到函数调用时进行，只需要在interface赋值时进行即可，如上第2行，不需要在第4行进行。
最后，看一些实现代码：
以下是上面图中的两个字段。
143 type iface struct {
144 tab *itab // 指南itable
145 data unsafe.Pointer // 指向真实数据
146 }
再看itab的实现：
617 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 }
可见，它使用一个疑似链表的东西，可以猜这是用作hash表的拉链。
前两个字段应该是用来表达具体的interface类型和实际拥有的值的类型的，即一个itable的key。(上文提到的（interface类型， 具体类型） )
310 type imethod struct {
311 name nameOff
312 ityp typeOff
313 }
314
315 type interfacetype struct {
316 typ _type
317 pkgpath name
318 mhdr []imethod
319 }
320
interfacetype如有若干imethod，可以猜想这是表达interface定义的方法数据结构。
28 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
37 // gcdata stores the GC type data for the garbage collector.
38 // 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 }
对于_type，可见里面有gc的东西，应该就是具体的类型了。这里有个hash字段，itable实现就是挂在一个全局的hash table中。hash时用到了这个字段：
22 func itabhash(inter *interfacetype, typ *_type) uint32 {
23 // compiler has provided some good hash codes for us.
24 h := inter.typ.hash
25 h += 17 * typ.hash
26 // TODO(rsc): h += 23 * x.mhash ?
27 return h % hashSize
28 }
可见，这里有个把interface类型与具体类型之间的信息结合起来做一个hash的过程，这个hash就是上述的itab的存储地点，itab中的link就是hash中的拉链。
回到itab，看取一个itab的逻辑：
如果发生了typeassert或是interface的赋值（强转），需要临时计算一个itab。这时会先在hash表中找，找不到才会真实计算。
44 h := itabhash(inter, typ)
45
46 // look twice - once without lock, once with.
47 // common case will be no lock contention.
48 var m *itab
49 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 // 找到了前面计算过的itab
72 }
73 }
74 }
75 // 没有找到，生成一个，并加入到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)
这个hash是个全局变量：
13 const ( 14 hashSize = 1009 15 ) 16 17 var ( 18 ifaceLock mutex // lock for accessing hash 19 hash [hashSize]*itab 20 )
最后，看一下如何生成itab：
92 // both inter and typ have method sorted by name,
93 // and interface names are unique,
94 // so can iterate over both in lock step;
95 // the loop is O(ni+nt) not O(ni*nt). // 按name排序过的，因此这里的匹配只需要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，将实际类型的方法填入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 }
到这里，interface的数据结构的框架。
reflection实质上是将interface背后的实现暴露了一部分给应用代码，使应用程序可以使用interface实现的一些内容。只要理解了interface的实现，reflect就好理解了。如reflect.typeof(i)返回interface i的type，Valueof返回value.
参考：
