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    Go语言教程: 7.5 接口值

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    4 月 24, 2021 #Go语言教程

    概念上讲一个接口的值,接口值,由两个部分组成,一个具体的类型和那个类型的值。它们被称为接口的动态类型和动态值。对于像Go语言这种静态类型的语言,类型是编译期的概念;因此一个类型不是一个值。在我们的概念模型中,一些提供每个类型信息的值被称为类型描述符,比如类型的名称和方法。在一个接口值中,类型部分代表与之相关类型的描述符。

    下面4个语句中,变量w得到了3个不同的值。(开始和最后的值是相同的)

    var w io.Writer
    w = os.Stdout
    w = new(bytes.Buffer)
    w = nil
    

    让我们进一步观察在每一个语句后的w变量的值和动态行为。第一个语句定义了变量w:

    var w io.Writer
    

    在Go语言中,变量总是被一个定义明确的值初始化,即使接口类型也不例外。对于一个接口的零值就是它的类型和值的部分都是nil(图7.1)。

    一个接口值基于它的动态类型被描述为空或非空,所以这是一个空的接口值。你可以通过使用w==nil或者w!=nil来判断接口值是否为空。调用一个空接口值上的任意方法都会产生panic:

    w.Write([]byte("hello")) // panic: nil pointer dereference
    

    第二个语句将一个*os.File类型的值赋给变量w:

    w = os.Stdout
    

    这个赋值过程调用了一个具体类型到接口类型的隐式转换,这和显式的使用io.Writer(os.Stdout)是等价的。这类转换不管是显式的还是隐式的,都会刻画出操作到的类型和值。这个接口值的动态类型被设为*os.File指针的类型描述符,它的动态值持有os.Stdout的拷贝;这是一个代表处理标准输出的os.File类型变量的指针(图7.2)。

    调用一个包含*os.File类型指针的接口值的Write方法,使得(*os.File).Write方法被调用。这个调用输出“hello”。

    w.Write([]byte("hello")) // "hello"
    

    通常在编译期,我们不知道接口值的动态类型是什么,所以一个接口上的调用必须使用动态分配。因为不是直接进行调用,所以编译器必须把代码生成在类型描述符的方法Write上,然后间接调用那个地址。这个调用的接收者是一个接口动态值的拷贝,os.Stdout。效果和下面这个直接调用一样:

    os.Stdout.Write([]byte("hello")) // "hello"
    

    第三个语句给接口值赋了一个*bytes.Buffer类型的值

    w = new(bytes.Buffer)
    

    现在动态类型是*bytes.Buffer并且动态值是一个指向新分配的缓冲区的指针(图7.3)。

    Write方法的调用也使用了和之前一样的机制:

    w.Write([]byte("hello")) // writes "hello" to the bytes.Buffers
    

    这次类型描述符是*bytes.Buffer,所以调用了(*bytes.Buffer).Write方法,并且接收者是该缓冲区的地址。这个调用把字符串“hello”添加到缓冲区中。

    最后,第四个语句将nil赋给了接口值:

    w = nil
    

    这个重置将它所有的部分都设为nil值,把变量w恢复到和它之前定义时相同的状态,在图7.1中可以看到。

    一个接口值可以持有任意大的动态值。例如,表示时间实例的time.Time类型,这个类型有几个对外不公开的字段。我们从它上面创建一个接口值:

    var x interface{} = time.Now()
    

    结果可能和图7.4相似。从概念上讲,不论接口值多大,动态值总是可以容下它。(这只是一个概念上的模型;具体的实现可能会非常不同)

    接口值可以使用==和!=来进行比较。两个接口值相等仅当它们都是nil值,或者它们的动态类型相同并且动态值也根据这个动态类型的==操作相等。因为接口值是可比较的,所以它们可以用在map的键或者作为switch语句的操作数。

    然而,如果两个接口值的动态类型相同,但是这个动态类型是不可比较的(比如切片),将它们进行比较就会失败并且panic:

    var x interface{} = []int{1, 2, 3}
    fmt.Println(x == x) // panic: comparing uncomparable type []int
    

    考虑到这点,接口类型是非常与众不同的。其它类型要么是安全的可比较类型(如基本类型和指针)要么是完全不可比较的类型(如切片,映射类型,和函数),但是在比较接口值或者包含了接口值的聚合类型时,我们必须要意识到潜在的panic。同样的风险也存在于使用接口作为map的键或者switch的操作数。只能比较你非常确定它们的动态值是可比较类型的接口值。

    当我们处理错误或者调试的过程中,得知接口值的动态类型是非常有帮助的。所以我们使用fmt包的%T动作:

    var w io.Writer
    fmt.Printf("%T\n", w) // "<nil>"
    w = os.Stdout
    fmt.Printf("%T\n", w) // "*os.File"
    w = new(bytes.Buffer)
    fmt.Printf("%T\n", w) // "*bytes.Buffer"
    

    在fmt包内部,使用反射来获取接口动态类型的名称。我们会在第12章中学到反射相关的知识。

    7.5.1. 警告:一个包含nil指针的接口不是nil接口

    一个不包含任何值的nil接口值和一个刚好包含nil指针的接口值是不同的。这个细微区别产生了一个容易绊倒每个Go程序员的陷阱。

    思考下面的程序。当debug变量设置为true时,main函数会将f函数的输出收集到一个bytes.Buffer类型中。

    const debug = true
    
    func main() {
        var buf *bytes.Buffer
        if debug {
            buf = new(bytes.Buffer) // enable collection of output
        }
        f(buf) // NOTE: subtly incorrect!
        if debug {
            // ...use buf...
        }
    }
    
    // If out is non-nil, output will be written to it.
    func f(out io.Writer) {
        // ...do something...
        if out != nil {
            out.Write([]byte("done!\n"))
        }
    }
    

    我们可能会预计当把变量debug设置为false时可以禁止对输出的收集,但是实际上在out.Write方法调用时程序发生了panic:

    if out != nil {
        out.Write([]byte("done!\n")) // panic: nil pointer dereference
    }
    

    当main函数调用函数f时,它给f函数的out参数赋了一个*bytes.Buffer的空指针,所以out的动态值是nil。然而,它的动态类型是*bytes.Buffer,意思就是out变量是一个包含空指针值的非空接口(如图7.5),所以防御性检查out!=nil的结果依然是true。

    动态分配机制依然决定(*bytes.Buffer).Write的方法会被调用,但是这次的接收者的值是nil。对于一些如*os.File的类型,nil是一个有效的接收者(§6.2.1),但是*bytes.Buffer类型不在这些种类中。这个方法会被调用,但是当它尝试去获取缓冲区时会发生panic。

    问题在于尽管一个nil的*bytes.Buffer指针有实现这个接口的方法,它也不满足这个接口具体的行为上的要求。特别是这个调用违反了(*bytes.Buffer).Write方法的接收者非空的隐含先觉条件,所以将nil指针赋给这个接口是错误的。解决方案就是将main函数中的变量buf的类型改为io.Writer,因此可以避免一开始就将一个不完整的值赋值给这个接口:

    var buf io.Writer
    if debug {
        buf = new(bytes.Buffer) // enable collection of output
    }
    f(buf) // OK
    

    现在我们已经把接口值的技巧都讲完了,让我们来看更多的一些在Go标准库中的重要接口类型。在下面的三章中,我们会看到接口类型是怎样用在排序,web服务,错误处理中的。

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