【Golang】Golang进阶系列教程--为什么 Go 不支持 []T 转换为 []interface

男娘i 2023-10-14 09:12 15阅读 0赞

#### 文章目录 ####

*  前言
 *  官方解释
 *  内存布局
 *  程序运行中的内存布局
 *  通用方法

## 前言 ##

在 Go 中，如果 interface\{\} 作为函数参数的话，是可以传任意参数的，然后通过类型断言来转换。  
举个例子：

package main
    
    import "fmt"
    
    func foo(v interface{
        }) {
        
        if v1, ok1 := v.(string); ok1 {
        
            fmt.Println(v1)
        } else if v2, ok2 := v.(int); ok2 {
        
            fmt.Println(v2)
        }
    }
    
    func main() {
        
        foo(233)
        foo("666")
    }

不管是传 int 还是 string，最终都能输出正确结果。  
那么，既然是这样的话，我就有一个疑问了，拿出我举一反三的能力。是否可以将 \[\]T 转换为 \[\]interface 呢？

比如下面这段代码：

func foo([]interface{
        }) {
         /* do something */ }
    
    func main() {
        
        var a []string = []string{
        "hello", "world"}
        foo(a)
    }

很遗憾，这段代码是不能编译通过的，如果想直接通过 b := \[\]interface\{\}(a) 的方式来转换，还是会报错：

cannot use a (type []string) as type []interface {
        } in function argument

正确的转换方式需要这样写：

b := make([]interface{
        }, len(a), len(a))
    for i := range a {
        
        b[i] = a[i]
    }

本来一行代码就能搞定的事情，却非要让人写四行，是不是感觉很麻烦？那为什么 Go 不支持呢？我们接着往下看。

## 官方解释 ##

这个问题在官方 Wiki 中是有回答的，我复制出来放在下面：

> The first is that a variable with type \[\]interface\{\} is not an interface! It is a slice whose element type happens to be interface\{\}. But even given this, one might say that the meaning is clear.  
> Well, is it? A variable with type \[\]interface\{\} has a specific memory layout, known at compile time.  
> Each interface\{\} takes up two words (one word for the type of what is contained, the other word for either the contained data or a pointer to it). As a consequence, a slice with length N and with type \[\]interface\{\} is backed by a chunk of data that is N*2 words long.  
> This is different than the chunk of data backing a slice with type \[\]MyType and the same length. Its chunk of data will be N*sizeof(MyType) words long.  
> The result is that you cannot quickly assign something of type \[\]MyType to something of type \[\]interface\{\}; the data behind them just look different.

大概意思就是说，主要有两方面原因：

1.  \[\]interface\{\} 类型并不是 interface，它是一个切片，只不过碰巧它的元素是 interface；
2.  \[\]interface\{\} 是有特殊内存布局的，跟 interface 不一样。

下面就来详细说说，是怎么个不一样。

## 内存布局 ##

首先来看看 slice 在内存中是如何存储的。在源码中，它是这样定义的：

// src/runtime/slice.go
    
    type slice struct {
        
        array unsafe.Pointer
        len   int
        cap   int
    }

*  array 是指向底层数组的指针；
 *  len 是切片的长度；
 *  cap 是切片的容量，也就是 array 数组的大小。

举个例子，创建如下一个切片：

is := []int64{
        0x55, 0x22, 0xab, 0x9}

那么它的布局如下图所示：  
![在这里插入图片描述][92c10cdd284941fe9f3594cd9d7b0f86.png]

假设程序运行在 64 位的机器上，那么每个「正方形」所占空间是 8 bytes。上图中的 ptr 所指向的底层数组占用空间就是 4 个「正方形」，也就是 32 bytes。

接下来再看看 \[\]interface\{\} 在内存中是什么样的。

回答这个问题之前先看一下 interface\{\} 的结构，Go 中的接口类型分成两类：

1.  iface 表示包含方法的接口；
2.  eface 表示不包含方法的空接口。

源码中的定义分别如下：

type iface struct {
        
        tab  *itab
        data unsafe.Pointer
    }

type eface struct {
        
        _type *_type
        data  unsafe.Pointer
    }

具体细节我们不去深究，但可以明确的是，每个 interface\{\} 包含两个指针， 会占据两个「正方形」。第一个指针指向 itab 或者 \_type；第二个指针指向实际的数据。

所以它在内存中的布局如下图所示：  
![在这里插入图片描述][d248e8f19b51463297f721a2641fc471.png]

因此，不能直接将 \[\]int64 直接传给 \[\]interface\{\}。

## 程序运行中的内存布局 ##

接下来换一个更形象的方式，从程序实际运行过程中，看看内存的分布是怎么样的？  
看下面这样一段代码：

package main
    
    var sum int64
    
    func addUpDirect(s []int64) {
        
    	for i := 0; i < len(s); i++ {
        
    		sum += s[i]
    	}
    }
    
    func addUpViaInterface(s []interface{
        }) {
        
    	for i := 0; i < len(s); i++ {
        
    		sum += s[i].(int64)
    	}
    }
    
    func main() {
        
    	is := []int64{
        0x55, 0x22, 0xab, 0x9}
    
    	addUpDirect(is)
    
    	iis := make([]interface{
        }, len(is))
    	for i := 0; i < len(is); i++ {
        
    		iis[i] = is[i]
    	}
    
    	addUpViaInterface(iis)
    }

我们使用 Delve 来进行调试，可以点击这里进行安装。

dlv debug slice-layout.go
    Type 'help' for list of commands.
    (dlv) break slice-layout.go:27
    Breakpoint 1 set at 0x105a3fe for main.main() ./slice-layout.go:27
    (dlv) c
    > main.main() ./slice-layout.go:27 (hits goroutine(1):1 total:1) (PC: 0x105a3fe)
        22:		iis := make([]interface{
        }, len(is))
        23:		for i := 0; i < len(is); i++ {
        
        24:			iis[i] = is[i]
        25:		}
        26:
    =>  27:		addUpViaInterface(iis)
        28:	}

打印 is 的地址：

(dlv) p &is
    (*[]int64)(0xc00003a740)

接下来看看 slice 在内存中都包含了哪些内容：

(dlv) x -fmt hex -len 32 0xc00003a740
    0xc00003a740:   0x10   0xa7   0x03   0x00   0xc0   0x00   0x00   0x00
    0xc00003a748:   0x04   0x00   0x00   0x00   0x00   0x00   0x00   0x00
    0xc00003a750:   0x04   0x00   0x00   0x00   0x00   0x00   0x00   0x00
    0xc00003a758:   0x00   0x00   0x09   0x00   0xc0   0x00   0x00   0x00

每行有 8 个字节，也就是上文说的一个「正方形」。第一行是指向数据的地址；第二行是 4，表示切片长度；第三行也是 4，表示切片容量。  
再来看看指向的数据到底是怎么存的：

(dlv) x -fmt hex -len 32 0xc00003a710
    0xc00003a710:   0x55   0x00   0x00   0x00   0x00   0x00   0x00   0x00
    0xc00003a718:   0x22   0x00   0x00   0x00   0x00   0x00   0x00   0x00
    0xc00003a720:   0xab   0x00   0x00   0x00   0x00   0x00   0x00   0x00
    0xc00003a728:   0x09   0x00   0x00   0x00   0x00   0x00   0x00   0x00

这就是一片连续的存储空间，保存着实际数据。  
接下来用同样的方式，再来看看 iis 的内存布局。

(dlv) p &iis
    (*[]interface {
        })(0xc00003a758)
    (dlv) x -fmt hex -len 32 0xc00003a758
    0xc00003a758:   0x00   0x00   0x09   0x00   0xc0   0x00   0x00   0x00
    0xc00003a760:   0x04   0x00   0x00   0x00   0x00   0x00   0x00   0x00
    0xc00003a768:   0x04   0x00   0x00   0x00   0x00   0x00   0x00   0x00
    0xc00003a770:   0xd0   0xa7   0x03   0x00   0xc0   0x00   0x00   0x00

切片的布局和 is 是一样的，主要的不同是所指向的数据：

(dlv) x -fmt hex -len 64 0xc000090000
    0xc000090000:   0x00   0xe4   0x05   0x01   0x00   0x00   0x00   0x00
    0xc000090008:   0xa8   0xee   0x0a   0x01   0x00   0x00   0x00   0x00
    0xc000090010:   0x00   0xe4   0x05   0x01   0x00   0x00   0x00   0x00
    0xc000090018:   0x10   0xed   0x0a   0x01   0x00   0x00   0x00   0x00
    0xc000090020:   0x00   0xe4   0x05   0x01   0x00   0x00   0x00   0x00
    0xc000090028:   0x58   0xf1   0x0a   0x01   0x00   0x00   0x00   0x00
    0xc000090030:   0x00   0xe4   0x05   0x01   0x00   0x00   0x00   0x00
    0xc000090038:   0x48   0xec   0x0a   0x01   0x00   0x00   0x00   0x00

仔细观察上面的数据，偶数行内容都是相同的，这个是 interface\{\} 的 itab 地址。奇数行内容是不同的，指向实际的数据。  
打印地址内容：

(dlv) x -fmt hex -len 8 0x010aeea8
    0x10aeea8:   0x55   0x00   0x00   0x00   0x00   0x00   0x00   0x00
    (dlv) x -fmt hex -len 8 0x010aed10
    0x10aed10:   0x22   0x00   0x00   0x00   0x00   0x00   0x00   0x00
    (dlv) x -fmt hex -len 8 0x010af158
    0x10af158:   0xab   0x00   0x00   0x00   0x00   0x00   0x00   0x00
    (dlv) x -fmt hex -len 8 0x010aec48
    0x10aec48:   0x09   0x00   0x00   0x00   0x00   0x00   0x00   0x00

很明显，通过打印程序运行中的状态，和我们的理论分析是一致的。

## 通用方法 ##

通过以上分析，我们知道了不能转换的原因，那有没有一个通用方法呢？因为我实在是不想每次多写那几行代码。  
也是有的，用反射 reflect，但是缺点也很明显，效率会差一些，不建议使用。

func InterfaceSlice(slice interface{
        }) []interface{
        } {
        
    	s := reflect.ValueOf(slice)
    	if s.Kind() != reflect.Slice {
        
    		panic("InterfaceSlice() given a non-slice type")
    	}
    
    	// Keep the distinction between nil and empty slice input
    	if s.IsNil() {
        
    		return nil
    	}
    
    	ret := make([]interface{
        }, s.Len())
    
    	for i := 0; i < s.Len(); i++ {
        
    		ret[i] = s.Index(i).Interface()
    	}
    
    	return ret
    }

还有其他方式吗？答案就是 Go 1.18 支持的泛型，这里就不过多介绍了，大家有兴趣的话可以继续研究。

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