在golang中,接口是一种类型,是用来将对方法进行一个收束,其作用是:1、作为方法的收束器,进行面向对象设计;2、作为各种数据的承载者,可以用来接收函数参数等。接口的定义语法“type 接口类型名 interface{方法名( 参数列表1 ) 返回值列表}”;当方法名首字母是大写且这个接口类型名首字母也是大写时,这个方法可以被接口所在的包(package)之外的代码访问。
本教程操作环境:windows7系统、GO 1.18版本、Dell G3电脑。
一、接口(interface)是什么
interface是一组method签名的组合,我们通过interface来定义对象的一组行为。
(注意method 和普通func的区别)
Interface是一种类型,和往常语言的接口不一样,它只是用来将对方法进行一个收束。然而正是这种收束,使GO语言拥有了基于功能的面向对象。
接口的主要功能:
1.作为方法的收束器,进行面向对象设计。
2.作为各种数据的承载者,可以用来接收函数参数等。
这也是,GO语言提倡面向接口编程。
二、接口的定义使用
2.1定义
类似结构体
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 … }
当然这只是有方法的接口定义,面向数据的接口不用。
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接口名:使用type将接口定义为自定义的类型名。Go语言的接口在命名时,一般会在单词后面添加er,如有写操作的接口叫Writer,有字符串功能的接口叫Stringer等。接口名最好要能突出该接口的类型含义。
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方法名:当方法名首字母是大写且这个接口类型名首字母也是大写时,这个方法可以被接口所在的包(package)之外的代码访问。
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参数列表、返回值列表:参数列表和返回值列表中的参数变量名可以省略
2.2使用
一个对象只要全部实现了接口中的方法,那么就实现了这个接口。换句话说,接口就是一个需要实现的方法列表。
//定义接口 type FastfoodStore interface{ MakeHamberger() MakeFriedChips() MakeSoftDrink() } //定义结构体 type KFC struct{} type HambergerKing struct{} //实现了接口中所有的方法 func (kfc KFC) MakeHamberger(){ fmt.println("肯德基的汉堡") } func (kfc KFC) MakeFriedChips(){ fmt.println("肯德基的薯条") } func (kfc KFC) MakeSoftDrink(){ fmt.println("肯德基的饮料") } func (K *HambergerKing) MakeHameberger(){ fmt.println("汉堡王的汉堡") } func (K *HambergerKing) MakeFriedChips(){ fmt.println("汉堡王的薯条") } func (K *HambergerKing) MakeSoftDrink(){ fmt.println("汉堡王的饮料") }
我们可以看到不同于Java的接口显式实现,Go的语言是隐式实现的。
- 在 Java 中:实现接口需要显式地声明接口并实现所有方法;
- 在 Go 中:实现接口的所有方法就隐式地实现了接口;
那么GO语言是如何检查该类型是否是接口呢?
答:Go 语言只会在传递参数、返回参数以及变量赋值时才会对某个类型是否实现接口进行检查。从类型检查的过程来看,编译器仅在需要时才检查类型,类型实现接口时只需要实现接口中的全部方法,不需要像 Java 等编程语言中一样显式声明。
我们可以看到在上面实现接口的时候,KFC是用结构体对象实现的,而Hamberger king是通过指针实现的两者有什么不同呢?
答:区别在于我们初始化接口的时候
//结构体初始化和指针初始化 var f faststore = KFC{} //可以通过编译 var f faststore = &KFC{} //可以通过编译 var f faststore = HambergerKing{} //无法通过编译 var f faststore = &HambergerKing{} //可以通过编译
所以在我们使用指针进行实现,结构体初始化时,为啥不行呢?
答:Go 语言在传递参数时都是传值的。
如上图所示,无论上述代码中初始化的变量指针还是结构体,使用 调用方法时都会发生值拷贝:
如上图左侧,对于 &HambergerKing{} 来说,这意味着拷贝一个新的 &HambergerKing{} 指针,这个指针与原来的指针指向一个相同并且唯一的结构体,所以编译器可以隐式的对变量解引用(dereference)获取指针指向的结构体;
如上图右侧,对于 HambergerKing{} 来说,这意味着方法会接受一个全新的 HambergerKing{},因为方法的参数是*HambergerKing,编译器不会无中生有创建一个新的指针;即使编译器可以创建新指针,这个指针指向的也不是最初调用该方法的结构体;
上面的分析解释了指针类型的现象,当我们使用指针实现接口时,只有指针类型的变量才会实现该接口;当我们使用结构体实现接口时,指针类型和结构体类型都会实现该接口。当然这并不意味着我们应该一律使用结构体实现接口,这个问题在实际工程中也没那么重要,在这里我们只想解释现象背后的原因。
在上面我们说过,interface有两种用法,现在介绍了其中一种就是作为方法的收束器。那么第二种就是作为数据的承载者。
2.3 数据承载者
作为数据容器时,接口就是一个“空”接口,这个空来形容没有Method。空interface(interface{})不包含任何的method,正因为如此,所有的类型都实现了空interface。空interface对于描述起不到任何的作用(因为它不包含任何的method),但是空interface在我们需要存储任意类型的数值的时候相当有用,因为它可以存储任意类型的数值。它有点类似于C语言的void*类型。
需要注意的是,与 C 语言中的 void * 不同,interface{} 类型不是任意类型。如果我们将类型转换成了 interface{} 类型,变量在运行期间的类型也会发生变化,获取变量类型时会得到 interface{}。
我们尝试从底层实现来解释两种用法的不同,你会好理解一些。Go 语言使用 runtime.iface 表示第一种接口,使用 runtime.eface 表示第二种不包含任何方法的接口 interface{},两种接口虽然都使用 interface 声明,但是由于后者在 Go 语言中很常见,所以在实现时使用了特殊的类型。
空接口作为函数的参数
使用空接口实现可以接收任意类型的函数参数。
// 空接口作为函数参数 func show(a interface{}) { fmt.Printf("type:%T value:%vn", a, a) }
空接口作为map的值
使用空接口实现可以保存任意值的字典。
// 空接口作为map值 var studentInfo = make(map[string]interface{}) studentInfo["name"] = "Wilen" studentInfo["age"] = 18 studentInfo["married"] = false fmt.Println(studentInfo) //gin框架的gin.H{}
三、关于接口类型转换
interface 可以存储所有的值,那么自然会涉及到类型转换这个话题。与此同时,我们也将在这节细说类型转换中,因为结构体实现和结构体指针实现的接口的异同。
3.1结构体指针实现接口
//我们仍然运用上面快餐店的例子 type Store interface{ MakeHamberger() } type KFC struct{ name string } func (k *KFC) MakeHamberger(){ fmt.println(k.name+"制作了一个汉堡") } func main(){ var s store = &KFC{name:"东街店"} store.MakeHamberger() }
这里将上述代码生成的汇编指令拆分成三部分分析:
1.结构体 KFC 的初始化;
KFC的初始化又可以分为下面几步:
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获取 KFC 结构体类型指针并将其作为参数放到栈上;
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通过 CALL 指定调用 runtime.newobject函数,这个函数会以 KFC 结构体类型指针作为入参,分配一片新的内存空间并将指向这片内存空间的指针返回到 SP+8 上;
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SP+8 现在存储了一个指向 KFC 结构体的指针,我们将栈上的指针拷贝到寄存器 DI 上方便操作;
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由于 Cat 中只包含一个字符串类型的 Name 变量,所以在这里会分别将字符串地址 &"东街店" 和字符串长度 6 设置到结构体上。
2.赋值触发的类型转换过程;
因为 KFC 结构体的定义中只包含一个字符串,而字符串在 Go 语言中总共占 16 字节,所以每一个 KFC 结构体的大小都是 16 字节。初始化 KFC 结构体之后就进入了将 *KFC 转换成 Store 类型的过程了:
类型转换的过程比较简单,Store 作为一个包含方法的接口,它在底层使用 [runtime.iface] 结构体表示。runtime.iface 结构体包含两个字段,其中一个是指向数据的指针,另一个是表示接口和结构体关系的 tab 字段,我们已经通过上一段代码 SP+8 初始化了 KFC 结构体指针,这段代码只是将编译期间生成的 runtime.itab 结构体指针复制到 SP 上:
到这里,我们会发现 SP ~ SP+16 共同组成了 runtime.iface 结构体。
3.调用接口的方法 Quack();
栈上的这个 runtime.iface 也是 MakeHamberger() 方法的第一个入参。通过CALL()完成方法的调用。
3.2 结构体实现接口
//我们仍然运用上面快餐店的例子 type Store interface{ MakeHamberger() } type KFC struct{ name string } func (k KFC) MakeHamberger(){ fmt.println(k.name+"制作了一个汉堡") } func main(){ var s store = KFC{name:"东街店"} store.MakeHamberger() }
如果我们在初始化变量时使用指针类型 &KFC{Name: "东街店"} 也能够通过编译,不过生成的汇编代码和上一节中的几乎完全相同,所以这里也就不分析这个情况了。
初始化 KFC 结构体;
在栈上初始化 KFC 结构体,而上一节的代码在堆上申请了 16 字节的内存空间,栈上只有一个指向 KFC 的指针。
完成从 KFC 到 Store 接口的类型转换;
初始化结构体后会进入类型转换的阶段,编译器会将 go.itab."".KFC,"".Store 的地址和指向 KFC 结构体的指针作为参数一并传入 runtime.convT2I 函数:这个函数会获取 runtime.itab 中存储的类型,根据类型的大小申请一片内存空间并将 elem 指针中的内容拷贝到目标的内存中:
func convT2I(tab *itab, elem unsafe.Pointer) (i iface) { t := tab._type x := mallocgc(t.size, t, true) typedmemmove(t, x, elem) i.tab = tab i.data = x return }
runtime.convT2I 会返回一个 runtime.iface,其中包含 runtime.itab 指针和 KFC 变量。当前函数返回之后,main 函数的栈上会包含以下数据:
SP 和 SP+8 中存储的 runtime.itab 和 KFC 指针是 runtime.convT2I 函数的入参,这个函数的返回值位于 SP+16,是一个占 16 字节内存空间的 runtime.iface 结构体,SP+32 存储的是在栈上的 KFC 结构体,它会在 runtime.convT2I 执行的过程中拷贝到堆上。
3.3类型断言
如何将一个接口类型转换成具体类型?
x.(T)
非空接口
func main() { var c Store = &KFC{Name: "东街店"} switch c.(type) { case *KFC: kfc := c.(*KFC) kfc.MakeHamberger() } }
因为 Go 语言的编译器做了一些优化,所以代码中没有runtime.iface 的构建过程,不过对于这一节要介绍的类型断言和转换没有太多的影响。
switch语句生成的汇编指令会将目标类型的 hash 与接口变量中的 itab.hash 进行比较
空接口
func main() { var c interface{} = &KFC{Name: "东街店"} switch c.(type) { case *KFC: kfc := c.(*KFC) kfc.MakeHamberger() } }
上述代码会在类型断言时就不是直接获取变量中具体类型的 runtime._type,而是从 eface._type 中获取,汇编指令仍然会使用目标类型的 hash 与变量的类型比较.
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