Go 語言 接口值

原文鏈接：https://gopl-zh.github.io/ch7/ch7-05.html

7.5. 接口值

概念上講一個接口的值，接口值，由兩個部分組成，一個具體的類型和那個類型的值。它們被稱為接口的動態(tài)類型和動態(tài)值。對于像Go語言這種靜態(tài)類型的語言，類型是編譯期的概念；因此一個類型不是一個值。在我們的概念模型中，一些提供每個類型信息的值被稱為類型描述符，比如類型的名稱和方法。在一個接口值中，類型部分代表與之相關(guān)類型的描述符。

下面4個語句中，變量w得到了3個不同的值。（開始和最后的值是相同的）

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

讓我們進一步觀察在每一個語句后的w變量的值和動態(tài)行為。第一個語句定義了變量w:

var w io.Writer

在Go語言中，變量總是被一個定義明確的值初始化，即使接口類型也不例外。對于一個接口的零值就是它的類型和值的部分都是nil（圖7.1）。

一個接口值基于它的動態(tài)類型被描述為空或非空，所以這是一個空的接口值。你可以通過使用w==nil或者w!=nil來判斷接口值是否為空。調(diào)用一個空接口值上的任意方法都會產(chǎn)生panic:

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

第二個語句將一個*os.File類型的值賦給變量w:

w = os.Stdout

這個賦值過程調(diào)用了一個具體類型到接口類型的隱式轉(zhuǎn)換，這和顯式的使用io.Writer(os.Stdout)是等價的。這類轉(zhuǎn)換不管是顯式的還是隱式的，都會刻畫出操作到的類型和值。這個接口值的動態(tài)類型被設(shè)為*os.File指針的類型描述符，它的動態(tài)值持有os.Stdout的拷貝；這是一個代表處理標準輸出的os.File類型變量的指針（圖7.2）。

調(diào)用一個包含*os.File類型指針的接口值的Write方法，使得(*os.File).Write方法被調(diào)用。這個調(diào)用輸出“hello”。

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

通常在編譯期，我們不知道接口值的動態(tài)類型是什么，所以一個接口上的調(diào)用必須使用動態(tài)分配。因為不是直接進行調(diào)用，所以編譯器必須把代碼生成在類型描述符的方法Write上，然后間接調(diào)用那個地址。這個調(diào)用的接收者是一個接口動態(tài)值的拷貝，os.Stdout。效果和下面這個直接調(diào)用一樣：

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

第三個語句給接口值賦了一個*bytes.Buffer類型的值

w = new(bytes.Buffer)

現(xiàn)在動態(tài)類型是*bytes.Buffer并且動態(tài)值是一個指向新分配的緩沖區(qū)的指針（圖7.3）。

Write方法的調(diào)用也使用了和之前一樣的機制：

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

這次類型描述符是*bytes.Buffer，所以調(diào)用了(*bytes.Buffer).Write方法，并且接收者是該緩沖區(qū)的地址。這個調(diào)用把字符串“hello”添加到緩沖區(qū)中。

最后，第四個語句將nil賦給了接口值：

w = nil

這個重置將它所有的部分都設(shè)為nil值，把變量w恢復(fù)到和它之前定義時相同的狀態(tài)，在圖7.1中可以看到。

一個接口值可以持有任意大的動態(tài)值。例如，表示時間實例的time.Time類型，這個類型有幾個對外不公開的字段。我們從它上面創(chuàng)建一個接口值：

var x interface{} = time.Now()

結(jié)果可能和圖7.4相似。從概念上講，不論接口值多大，動態(tài)值總是可以容下它。（這只是一個概念上的模型；具體的實現(xiàn)可能會非常不同）

接口值可以使用==和!＝來進行比較。兩個接口值相等僅當它們都是nil值，或者它們的動態(tài)類型相同并且動態(tài)值也根據(jù)這個動態(tài)類型的==操作相等。因為接口值是可比較的，所以它們可以用在map的鍵或者作為switch語句的操作數(shù)。

然而，如果兩個接口值的動態(tài)類型相同，但是這個動態(tài)類型是不可比較的（比如切片），將它們進行比較就會失敗并且panic:

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

考慮到這點，接口類型是非常與眾不同的。其它類型要么是安全的可比較類型（如基本類型和指針）要么是完全不可比較的類型（如切片，映射類型，和函數(shù)），但是在比較接口值或者包含了接口值的聚合類型時，我們必須要意識到潛在的panic。同樣的風(fēng)險也存在于使用接口作為map的鍵或者switch的操作數(shù)。只能比較你非常確定它們的動態(tài)值是可比較類型的接口值。

當我們處理錯誤或者調(diào)試的過程中，得知接口值的動態(tài)類型是非常有幫助的。所以我們使用fmt包的%T動作:

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包內(nèi)部，使用反射來獲取接口動態(tài)類型的名稱。我們會在第12章中學(xué)到反射相關(guān)的知識。

7.5.1. 警告：一個包含nil指針的接口不是nil接口

一個不包含任何值的nil接口值和一個剛好包含nil指針的接口值是不同的。這個細微區(qū)別產(chǎn)生了一個容易絆倒每個Go程序員的陷阱。

思考下面的程序。當debug變量設(shè)置為true時，main函數(shù)會將f函數(shù)的輸出收集到一個bytes.Buffer類型中。

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"))
    }
}

我們可能會預(yù)計當把變量debug設(shè)置為false時可以禁止對輸出的收集，但是實際上在out.Write方法調(diào)用時程序發(fā)生了panic：

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

當main函數(shù)調(diào)用函數(shù)f時，它給f函數(shù)的out參數(shù)賦了一個*bytes.Buffer的空指針，所以out的動態(tài)值是nil。然而，它的動態(tài)類型是*bytes.Buffer，意思就是out變量是一個包含空指針值的非空接口（如圖7.5），所以防御性檢查out!=nil的結(jié)果依然是true。

動態(tài)分配機制依然決定(*bytes.Buffer).Write的方法會被調(diào)用，但是這次的接收者的值是nil。對于一些如*os.File的類型，nil是一個有效的接收者（§6.2.1），但是*bytes.Buffer類型不在這些種類中。這個方法會被調(diào)用，但是當它嘗試去獲取緩沖區(qū)時會發(fā)生panic。

問題在于盡管一個nil的*bytes.Buffer指針有實現(xiàn)這個接口的方法，它也不滿足這個接口具體的行為上的要求。特別是這個調(diào)用違反了(*bytes.Buffer).Write方法的接收者非空的隱含先覺條件，所以將nil指針賦給這個接口是錯誤的。解決方案就是將main函數(shù)中的變量buf的類型改為io.Writer，因此可以避免一開始就將一個不完整的值賦值給這個接口：

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

現(xiàn)在我們已經(jīng)把接口值的技巧都講完了，讓我們來看更多的一些在Go標準庫中的重要接口類型。在下面的三章中，我們會看到接口類型是怎樣用在排序，web服務(wù)，錯誤處理中的。