Golang 了解空接口
原文标题：Understrand the Empty Interface
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Illustration created for “A Journey With Go”, made from the original Go Gopher, created by Renee French.
空接口 = 空 interface = interface{} ， 由于翻译的流程问题，导致同一个定义出现不同的展示。
一个 interface{} 可以包含任何数据，同时他也是一个非常有用的参数，因为他可以是任何的 type。要了解 interface{} 是如何工作的，它是怎样可以符合任何类型的，我们必须要先知道它名字背后的概念。
Interfaces（接口）
这里有一个对空接口很好的定义，by Jordan Oreilli:
interface 包含两种功能：一坨方法的集合，同时他也是一个类型 (type)
interface{} 的类型是一个没有方法的接口。由于它没有需要实现的方法，所以所有的类型都至少实现了零个方法，自然满足了 interface 类型的条件，所有的类型都符合空的 interface
一个使用 Interface{} 类型做参数的方法，可以接收任何类型的参数。Go 会为方法把参数转化为 interface 类型。
Russ Cox 曾写过一篇内部描述 interfaces 的文章，描述了一个 interface 由两部分组成：
-
一个指针指向存储类型信息
-
一个指针指向具体的数据
Russ 用 C 语言描述了 interface 的定义
image.png
虽然现在的 runtime 使用 Go 写的，但是表述依然是相同的。我们可以通过打印出 interface{} 的指针地址来证明他：
func main() {
var i int8 = 1
read(i)
}
//go:noinline
func read(i interface{}) {
println(i)
}
print:
(0x10591e0,0x10be5c6)
两个指针地址一个指向了类型信息，另一个指向了值。
Underlying structure
空接口的底层描述是在 reflection package 的文档里：
type emptyInterface struct {
typ *rtype // word 1 with type description
word unsafe.Pointer // word 2 with the value
}
和上面说的一样，我们可以看到空 interface 有一个描述 type 的指针，以及包含具体数据的 word。
rtype 的结构体包含了具体的 type 的描述：
type rtype struct {
size uintptr
ptrdata uintptr
hash uint32
tflag tflag
align uint8
fieldAlign uint8
kind uint8
alg *typeAlg
gcdata *byte
str nameOff
ptrToThis typeOff
}
在这些字段中，有一些我们已知的内容：
-
size 是字节大小
-
kind 包含了 int8, int16, bool 等类型
-
align 是这个类型的变量的对齐方式
根据嵌入到空接口的类型，我们可以映射出字段或者方法：
type structType struct {
rtype
pkgPath name
fields []structField
}
该结构体还有两个包含字段列表的映射关系。它清楚地展示了将内建的类型转换成空接口将会导致一次水平转换，在字段描述和它的值被存在内存中的地方
这是我们看到的空接口的描述：
interface is composed by two words
现在让我们看下，从空接口实际上可以转换到那种类型上。
Conversions
让我们试试用空接口来转换错误的类型
func main() {
var i int8 = 1
read(i)
}
//go:noinline
func read(i interface{}) {
n := i.(int16)
println(n)
}
虽然从 int8 转到 int16 是可以的，但是程序会 panic:
panic: interface conversion: interface {} is int8, not int16
goroutine 1 [running]:
main.read(0x10592e0, 0x10be5c1)
main.go:10 +0x7d
main.main()
main.go:5 +0x39
exit status 2
我们生产 asm 代码来看看 Go 到底检查了什么
code generated while checking the type of an empty interface
步骤如下
-
步骤 1： 用 int16 (指令 LEAQ：Load Effective Address)的类型与空接口的内部类型（指令 MOVQ：读取空接口 48字节偏移的内存）作比较（指令 CMPQ）
-
步骤 2：指令 JNE，如果不等于就跳转，跳转到在第 3 步创建的指令，来处理错误信息
-
步骤 3：代码抛出异常，并生成上一步的错误信息
-
步骤 4：这是错误指令的结尾。这个特定的指令由显示该指令（main.go:10+0x7d）错误信息所引用
任何从空接口内部类型的转换都是在原始类型转换之后进行。转换成空接口然后再转换回原始类型对你的程序耗时有一些影响。让我们运行一些基准测试来大致了解一下。
性能
这里有两个基准测试。一个是复制一个结构体，另外一个是复制一个空接口。
package main_test
import (
"testing"
)
var x MultipleFieldStructure
type MultipleFieldStructure struct {
a int
b string
c float32
d float64
e int32
f bool
g uint64
h *string
i uint16
}
//go:noinline
func emptyInterface(i interface {}) {
s := i.(MultipleFieldStructure)
x = s
}
//go:noinline
func typed(s MultipleFieldStructure) {
x = s
}
func BenchmarkWithType(b *testing.B) {
s := MultipleFieldStructure{a: 1, h: new(string)}
for i := 0; i < b.N; i++ {
typed(s)
}
}
func BenchmarkWithEmptyInterface(b *testing.B) {
s := MultipleFieldStructure{a: 1, h: new(string)}
for i := 0; i < b.N; i++ {
emptyInterface(s)
}
}
结果如下
BenchmarkWithType-8 300000000 4.24 ns/op
BenchmarkWithEmptyInterface-8 20000000 60.4 ns/op
将类型转换为空接口，再从空接口转换回类型的两次过程消耗量超过 55 纳秒。而且时长会随着结构体内部字段的增加而增加：
BenchmarkWithType-8 100000000 17 ns/op
BenchmarkWithEmptyInterface-8 10000000 153 ns/op
但是，用指针转换回相同的结构体指针是一个好办法。转换看起来是下面这个样子
func emptyInterface(i interface {}) {
s := i.(*MultipleFieldStructure)
y = s
}
现在结果有显著的不同
BenchmarkWithType-8 2000000000 2.16 ns/op
BenchmarkWithEmptyInterface-8 2000000000 2.02 ns/op
对于像 int 或者 string 这样的基本类型，性能测试略微不同
int:
BenchmarkWithTypeInt-8 2000000000 1.42 ns/op
BenchmarkWithEmptyInterfaceInt-8 1000000000 2.02 ns/op
string:
BenchmarkWithTypeString-8 1000000000 2.19 ns/op
BenchmarkWithEmptyInterfaceString-8 50000000 30.7 ns/op
合理并节制使用空接口，在大多数情况下，空接口会对你的程序性能造成一些真正的影响。
英文原文地址： 阅读原文
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