在上一篇文章 《深入理解 Go Interface》中从设计和使用的角度介绍了 Golang 的 interface，作为补充，这篇文章将从源码级别来看看 interface 的具体实现。所有源码分析都是基于 Go 1.8.3。在开始之前，我们先看一个例子。
func Foo(x interface{}) { if x == nil { fmt.Println("empty interface") return } fmt.Println("non-empty interface")}func main() { var x *int = nil Foo(x)} 上面的例子的输出结果如下
$ go run test_interface.gonon-empty interface
如果你对于上面的输出结果有疑惑，那么不妨带着疑问来看这篇文章。
根据 interface 是否包含有 method，底层实现上用两种 struct 来表示：iface 和 eface。 eface表示不含 method 的 interface 结构，或者叫 empty interface。对于 Golang 中的大部分数据类型都可以抽象出来 _type结构，同时针对不同的类型还会有一些其他信息。
type eface struct { _type *_type data unsafe.Pointer}type _type struct { size uintptr // type size ptrdata uintptr // size of memory prefix holding all pointers hash uint32 // hash of type; avoids computation in hash tables tflag tflag // extra type information flags align uint8 // alignment of variable with this type fieldalign uint8 // alignment of struct field with this type kind uint8 // enumeration for C alg *typeAlg // algorithm table gcdata *byte // garbage collection data str nameOff // string form ptrToThis typeOff // type for pointer to this type, may be zero} iface表示 non-empty interface 的底层实现。相比于 empty interface，non-empty 要包含一些 method。method 的具体实现存放在 itab.fun 变量里。如果 interface 包含多个 method，这里只有一个 fun 变量怎么存呢？这个下面再细说。
type iface struct { tab *itab data unsafe.Pointer}// layout of Itab known to compilers// allocated in non-garbage-collected memory// Needs to be in sync with// ../cmd/compile/internal/gc/reflect.go:/^func.dumptypestructs.type itab struct { inter *interfacetype _type *_type link *itab bad int32 inhash int32 // has this itab been added to hash? fun [1]uintptr // variable sized} 我们使用实际程序来看一下。
package mainimport ( "fmt")type MyInterface interface { Print()}type MyStruct struct{}func (ms MyStruct) Print() {}func main() { x := 1 var y interface{} = x var s MyStruct var t MyInterface = s fmt.Println(y, z)} 查看汇编代码。
$ go build -gcflags '-l' -o interface1 interface1.go$ go tool objdump -s "main\.main" interface1TEXT main.main(SB) /Users/kltao/code/go/examples/interface1.go interface11.go:15 0x10870f0 65488b0c25a0080000 GS MOVQ GS:0x8a0, CX interface11.go:15 0x10870f9 483b6110 CMPQ 0x10(CX), SP interface11.go:15 0x10870fd 0f86de000000 JBE 0x10871e1 interface11.go:15 0x1087103 4883ec70 SUBQ $0x70, SP interface11.go:15 0x1087107 48896c2468 MOVQ BP, 0x68(SP) interface11.go:15 0x108710c 488d6c2468 LEAQ 0x68(SP), BP interface11.go:17 0x1087111 48c744243001000000 MOVQ $0x1, 0x30(SP) interface11.go:17 0x108711a 488d057fde0000 LEAQ 0xde7f(IP), AX interface11.go:17 0x1087121 48890424 MOVQ AX, 0(SP) interface11.go:17 0x1087125 488d442430 LEAQ 0x30(SP), AX interface11.go:17 0x108712a 4889442408 MOVQ AX, 0x8(SP) interface11.go:17 0x108712f e87c45f8ff CALL runtime.convT2E(SB) interface11.go:17 0x1087134 488b442410 MOVQ 0x10(SP), AX interface11.go:17 0x1087139 4889442438 MOVQ AX, 0x38(SP) interface11.go:17 0x108713e 488b4c2418 MOVQ 0x18(SP), CX interface11.go:17 0x1087143 48894c2440 MOVQ CX, 0x40(SP) interface11.go:19 0x1087148 488d15b1000800 LEAQ 0x800b1(IP), DX interface11.go:19 0x108714f 48891424 MOVQ DX, 0(SP) interface11.go:19 0x1087153 488d542430 LEAQ 0x30(SP), DX interface11.go:19 0x1087158 4889542408 MOVQ DX, 0x8(SP) interface11.go:19 0x108715d e8fe45f8ff CALL runtime.convT2I(SB)
代码 17 行 var y interface{} = x调用了函数 runtime.convT2E，将 int 类型的 x 转换成 empty interface。代码 19 行 var t MyInterface = s将 MyStruct 类型转换成 non-empty interface: MyInterface。
func convT2E(t *_type, elem unsafe.Pointer) (e eface) { ... x := newobject(t) typedmemmove(t, x, elem) e._type = t e.data = x return}func convT2I(tab *itab, elem unsafe.Pointer) (i iface) { t := tab._type ... x := newobject(t) typedmemmove(t, x, elem) i.tab = tab i.data = x return} 看上面的函数原型，可以看出中间过程编译器将根据我们的转换目标类型的 empty interface 还是 non-empty interface，来对原数据类型进行转换（转换成 <*_type, unsafe.Pointer> 或者 <*itab, unsafe.Pointer>）。这里对于 struct 满不满足 interface 的类型要求（也就是 struct 是否实现了 interface 的所有 method），是由编译器来检测的。
iface 结构中最重要的是 itab 结构。itab 可以理解为 pair\
type itab struct { inter *interfacetype _type *_type link *itab bad int32 inhash int32 // has this itab been added to hash? fun [1]uintptr // variable sized} 其中 interfacetype 包含了一些关于 interface 本身的信息，比如 package path，包含的 method。上面提到的 iface 和 eface 是数据类型（built-in 和 type-define）转换成 interface 之后的实体的 struct 结构，而这里的 interfacetype 是我们定义 interface 时候的一种抽象表示。
type interfacetype struct { typ _type pkgpath name mhdr []imethod}type imethod struct { //这里的 method 只是一种函数声明的抽象，比如 func Print() error name nameOff ityp typeOff} _type 表示 concrete type。fun 表示的 interface 里面的 method 的具体实现。比如 interface type 包含了 method A, B，则通过 fun 就可以找到这两个 method 的具体实现。这里有个问题 fun 是长度为 1 的 uintptr 数组，那么怎么表示多个 method 呢？看一下测试程序。
package maintype MyInterface interface { Print() Hello() World() AWK()}func Foo(me MyInterface) { me.Print() me.Hello() me.World() me.AWK()}type MyStruct struct {}func (me MyStruct) Print() {}func (me MyStruct) Hello() {}func (me MyStruct) World() {}func (me MyStruct) AWK() {}func main() { var me MyStruct Foo(me)} 看一下函数调用对应的汇编代码。
$ go build -gcflags '-l' -o interface2 interface2.go$ go tool objdump -s "main\.Foo" interface2TEXT main.Foo(SB) /Users/kltao/code/go/examples/interface2.go interface8.go:10 0x104c060 65488b0c25a0080000 GS MOVQ GS:0x8a0, CX interface8.go:10 0x104c069 483b6110 CMPQ 0x10(CX), SP interface8.go:10 0x104c06d 7668 JBE 0x104c0d7 interface8.go:10 0x104c06f 4883ec10 SUBQ $0x10, SP interface8.go:10 0x104c073 48896c2408 MOVQ BP, 0x8(SP) interface8.go:10 0x104c078 488d6c2408 LEAQ 0x8(SP), BP interface8.go:11 0x104c07d 488b442418 MOVQ 0x18(SP), AX interface8.go:11 0x104c082 488b4830 MOVQ 0x30(AX), CX //取得 Print 函数地址 interface8.go:11 0x104c086 488b542420 MOVQ 0x20(SP), DX interface8.go:11 0x104c08b 48891424 MOVQ DX, 0(SP) interface8.go:11 0x104c08f ffd1 CALL CX // 调用 Print() interface8.go:12 0x104c091 488b442418 MOVQ 0x18(SP), AX interface8.go:12 0x104c096 488b4828 MOVQ 0x28(AX), CX //取得 Hello 函数地址 interface8.go:12 0x104c09a 488b542420 MOVQ 0x20(SP), DX interface8.go:12 0x104c09f 48891424 MOVQ DX, 0(SP) interface8.go:12 0x104c0a3 ffd1 CALL CX //调用 Hello() interface8.go:13 0x104c0a5 488b442418 MOVQ 0x18(SP), AX interface8.go:13 0x104c0aa 488b4838 MOVQ 0x38(AX), CX //取得 World 函数地址 interface8.go:13 0x104c0ae 488b542420 MOVQ 0x20(SP), DX interface8.go:13 0x104c0b3 48891424 MOVQ DX, 0(SP) interface8.go:13 0x104c0b7 ffd1 CALL CX //调用 World() interface8.go:14 0x104c0b9 488b442418 MOVQ 0x18(SP), AX interface8.go:14 0x104c0be 488b4020 MOVQ 0x20(AX), AX //取得 AWK 函数地址 interface8.go:14 0x104c0c2 488b4c2420 MOVQ 0x20(SP), CX interface8.go:14 0x104c0c7 48890c24 MOVQ CX, 0(SP) interface8.go:14 0x104c0cb ffd0 CALL AX //调用 AWK() interface8.go:15 0x104c0cd 488b6c2408 MOVQ 0x8(SP), BP interface8.go:15 0x104c0d2 4883c410 ADDQ $0x10, SP interface8.go:15 0x104c0d6 c3 RET interface8.go:10 0x104c0d7 e8f48bffff CALL runtime.morestack_noctxt(SB) interface8.go:10 0x104c0dc eb82 JMP main.Foo(SB)
其中 0x18(SP) 对应的 itab 的值。fun 在 x86-64 机器上对应 itab 内的地址偏移为 8+8+8+4+4 = 32 = 0x20，也就是 0x20(AX) 对应的 fun 的值，此时存放的 AWK 函数地址。然后 0x28(AX) = &Hello，0x30(AX) = &Print，0x38(AX) = &World。对的，每次函数是按字典序排序存放的。
我们再来看一下函数地址究竟是怎么写入的？首先 Golang 中的 uintptr 一般用来存放指针的值，这里对应的就是函数指针的值（也就是函数的调用地址）。但是这里的 fun 是一个长度为 1 的 uintptr 数组。我们看一下 runtime 包的 additab 函数。
func additab(m *itab, locked, canfail bool) { ... *(*unsafe.Pointer)(add(unsafe.Pointer(&m.fun[0]), uintptr(k)*sys.PtrSize)) = ifn ...} 上面的代码的意思是在 fun[0] 的地址后面依次写入其他 method 对应的函数指针。熟悉 C++ 的同学可以类比 C++ 的虚函数表指针来看。
剩下的还有 bad，link，inhash。其中 bad 是一个表征 itab 状态的变量。而这里的 link 是 *itab 类型，是不是表示 interface 的嵌套呢？并不是，interface 的嵌套也是把 method 平铺而已。link 要和 inhash 一起来说。在 runtime 包里面有一个 hash 表，通过 hash[hashitab(interface_type, concrete_type)] 可以取得 itab，这是出于性能方面的考虑。主要代码如下，这里就不再赘述了。
const ( hashSize = 1009)var ( ifaceLock mutex // lock for accessing hash hash [hashSize]*itab)func itabhash(inter *interfacetype, typ *_type) uint32 { // compiler has provided some good hash codes for us. h := inter.typ.hash h += 17 * typ.hash // TODO(rsc): h += 23 * x.mhash ? return h % hashSize}func additab(...) { ... h := itabhash(inter, typ) m.link = hash[h] m.inhash = 1 atomicstorep(unsafe.Pointer(&hash[h]), unsafe.Pointer(m))} 我们知道使用 interface type assertion (中文一般叫断言) 的时候需要注意，不然很容易引入 panic。
func do(v interface{}) { n := v.(int) // might panic}func do(v interface{}) { n, ok := v.(int) if !ok { // 断言失败处理 }} 这个过程体现在下面的几个函数上。
// The assertXXX functions may fail (either panicking or returning false,// depending on whether they are 1-result or 2-result).func assertI2I(inter *interfacetype, i iface) (r iface) { tab := i.tab if tab == nil { // explicit conversions require non-nil interface value. panic(&TypeAssertionError{"", "", inter.typ.string(), ""}) } if tab.inter == inter { r.tab = tab r.data = i.data return } r.tab = getitab(inter, tab._type, false) r.data = i.data return}func assertI2I2(inter *interfacetype, i iface) (r iface, b bool) { tab := i.tab if tab == nil { return } if tab.inter != inter { tab = getitab(inter, tab._type, true) if tab == nil { return } } r.tab = tab r.data = i.data b = true return}// 类似func assertE2I(inter *interfacetype, e eface) (r iface)func assertE2I2(inter *interfacetype, e eface) (r iface, b bool) 从某种意义上来说，Golang 的 interface 也是一种多态的体现。对比其他支持多态特性的语言，实现还是略有差异，很难说谁好谁坏。
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