golang: 詳解interface和nil

golang: 詳解interface和nil
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golang的nil在概念上和其它語言的null、None、nil、NULL一樣,都指代零值或空值。nil是預先說明的識別符號,也即通常意義上的關鍵字。在golang中,nil只能賦值給指標、channel、func、interface、map或slice型別的變數。如果未遵循這個規則,則會引發panic。對此官方有明確的說明:http://pkg.golang.org/pkg/builtin/#Type

golang中的interface類似於java的interface、PHP的interface或C 的純虛基類。介面就是一個協議,規定了一組成員。這個沒什麼好說的,本文不打算對巨集觀上的介面概念和基於介面的正規化程式設計做剖析。golang語言的介面有其獨到之處:只要型別T的公開方法完全滿足介面I的要求,就可以把型別T的物件用在需要介面I的地方。這種做法的學名叫做Structural Typing,有人也把它看作是一種靜態的Duck Typing。所謂型別T的公開方法完全滿足介面I的要求,也即是型別T實現了介面I所規定的一組成員。

在底層,interface作為兩個成員來實現,一個型別和一個值。對此官方也有文件說明:http://golang.org/doc/go_faq.html#nil_error,如果您不習慣看英文,這裡有一篇柴大的翻譯:Go中error型別的nil值和nil 。

接下來通過編寫測試程式碼和gdb來看看interface倒底是什麼。會用到反射,如果您不太瞭解golang的反射是什麼,這裡有刑星翻譯自官方部落格的一篇文章:反射的規則,原文在:laws-of-reflection

$GOPATH/src

—-interface_test

——–main.go

main.go的程式碼如下:

package main
import (
"fmt"
"reflect"
)
func main() {
var val interface{} = int64(58)
fmt.Println(reflect.TypeOf(val))
val = 50
fmt.Println(reflect.TypeOf(val))
}

我們已經知道介面型別的變數底層是作為兩個成員來實現,一個是type,一個是data。type用於儲存變數的動態型別,data用於儲存變數的具體資料。在上面的例子中,第一條列印語句輸出的是:int64。這是因為已經顯示的將型別為int64的資料58賦值給了interface型別的變數val,所以val的底層結構應該是:(int64, 58)。我們暫且用這種二元組的方式來描述,二元組的第一個成員為type,第二個成員為data。第二條列印語句輸出的是:int。這是因為字面量的整數在golang中預設的型別是int,所以這個時候val的底層結構就變成了:(int, 50)。藉助於gdb很容易觀察到這點:

$ cd $GOPATH/src/interface_test
$ go build -gcflags "-N -l"
$ gdb interface_test

接下來說說interface型別的值和nil的比較問題。這是個比較經典的問題,也算是golang的一個坑。

                                                                                                                —來自柴大的翻譯

接著來看程式碼:

package main
import (
"fmt"
)
func main() {
var val interface{} = nil
if val == nil {
fmt.Println("val is nil")
} else {
fmt.Println("val is not nil")
}
}

變數val是interface型別,它的底層結構必然是(type, data)。由於nil是untyped(無型別),而又將nil賦值給了變數val,所以val實際上儲存的是(nil, nil)。因此很容易就知道val和nil的相等比較是為true的。

$ cd $GOPATH/src/interface_test
$ go build
$ ./interface_test
val is nil

對於將任何其它有意義的值型別賦值給val,都導致val持有一個有效的型別和資料。也就是說變數val的底層結構肯定不為(nil, nil),因此它和nil的相等比較總是為false。

上面的討論都是在圍繞值型別來進行的。在繼續討論之前,讓我們來看一種特例:(*interface{})(nil)。將nil轉成interface型別的指標,其實得到的結果僅僅是空介面型別指標並且它指向無效的地址。注意是空介面型別指標而不是空指標,這兩者的區別蠻大的,學過C的童鞋都知道空指標是什麼概念。

關於(*interface{})(nil)還有一些要注意的地方。這裡僅僅是拿(*interface{})(nil)來舉例,對於(*int)(nil)、(*byte)(nil)等等來說是一樣的。上面的程式碼定義了介面指標型別變數val,它指向無效的地址(0x0),因此val持有無效的資料。但它是有型別的(*interface{})。所以val的底層結構應該是:(*interface{}, nil)。有時候您會看到(*interface{})(nil)的應用,比如var ptrIface = (*interface{})(nil),如果您接下來將ptrIface指向其它型別的指標,將通不過編譯。或者您這樣賦值:*ptrIface = 123,那樣的話編譯是通過了,但在執行時還是會panic的,這是因為ptrIface指向的是無效的記憶體地址。其實宣告類似ptrIface這樣的變數,是因為使用者只是關心指標的型別,而忽略它儲存的值是什麼。還是以例子來說明:

package main
import (
"fmt"
)
func main() {
var val interface{} = (*interface{})(nil)
// val = (*int)(nil)
if val == nil {
fmt.Println("val is nil")
} else {
fmt.Println("val is not nil")
}
}

很顯然,無論該指標的值是什麼:(*interface{}, nil),這樣的介面值總是非nil的,即使在該指標的內部為nil。

$ cd $GOPATH/src/interface_test
$ go build
$ ./interface_test
val is not nil

 interface型別的變數和nil的相等比較出現最多的地方應該是error介面型別的值與nil的比較。有時候您想自定義一個返回錯誤的函式來做這個事,可能會寫出以下程式碼:

package main
import (
"fmt"
)
type data struct{}
func (this *data) Error() string { return "" }
func test() error {
var p *data = nil
return p
}
func main() {
var e error = test()
if e == nil {
fmt.Println("e is nil")
} else {
fmt.Println("e is not nil")
}
}

但是很可惜,以上程式碼是有問題的。

$ cd $GOPATH/src/interface_test
$ go build
$ ./interface_test
e is not nil

我們可以來分析一下。error是一個介面型別,test方法中返回的指標p雖然資料是nil,但是由於它被返回成包裝的error型別,也即它是有型別的。所以它的底層結構應該是(*data, nil),很明顯它是非nil的。

可以列印觀察下底層結構資料:

package main
import (
"fmt"
"unsafe"
)
type data struct{}
func (this *data) Error() string { return "" }
func test() error {
var p *data = nil
return p
}
func main() {
var e error = test()
d := (*struct {
itab uintptr
data uintptr
})(unsafe.Pointer(&e))
fmt.Println(d)
}

$ cd $GOPATH/src/interface_test
$ go build
$ ./interface_test
&{3078907912 0}

正確的做法應該是:

package main
import (
"fmt"
)
type data struct{}
func (this *data) Error() string { return "" }
func bad() bool {
return true
}
func test() error {
var p *data = nil
if bad() {
return p
}
return nil
}
func main() {
var e error = test()
if e == nil {
fmt.Println("e is nil")
} else {
fmt.Println("e is not nil")
}
}

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