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golang: 详解interface和nil

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发表于 2014-2-11 21:01:48 | 显示全部楼层 |阅读模式
golang的nil在概念上和其它语言的null、None、nil、NULL一样,都指代零值或空值。nil是预先说明的标识符,也即通常意义上的关键字。在golang中,nil只能赋值给指针、channel、func、interface、map或slice类型的变量。如果未遵循这个规则,则会引发panic。对此官方有明确的说明http://pkg.golang.org/pkg/builtin/#Type


golang中的interface类似于java的interface、PHP的interface或C++的纯虚基类。接口就是一个协议,规定了一组成员。这个没什么好说的,本文不打算对宏观上的接口概念和基于接口的范式编程做剖析。golang语言的接口有其独到之处:只要类型T的公开方法完全满足接口I的要求,就可以把类型T的对象用在需要接口I的地方。这种做法的学名叫做Structural Typing,有人也把它看作是一种静态的Duck Typing。所谓类型T的公开方法完全满足接口I的要求,也即是类型T实现了接口I所规定的一组成员。

在底层,interface作为两个成员来实现,一个类型和一个值。对此官方也有文档说明:http://golang.org/doc/go_faq.html#nil_error,如果您不习惯看英文,这里有一篇柴大的翻译:Go中error类型的nil值和nil

接下来通过编写测试代码和gdb来看看interface倒底是什么。会用到反射,如果您不太了解golang的反射是什么,这里有刑星翻译自官方博客的一篇文章:反射的规则,原文在:laws-of-reflection

$GOPATH/src
----interface_test
--------main.go

main.go的代码如下:
  1. package main

  2. import (
  3.     "fmt"
  4.     "reflect"
  5. )

  6. func main() {
  7.     var val interface{} = int64(58)
  8.     fmt.Println(reflect.TypeOf(val))
  9.     val = 50
  10.     fmt.Println(reflect.TypeOf(val))
  11. }
复制代码
我们已经知道接口类型的变量底层是作为两个成员来实现,一个是type,一个是data。type用于存储变量的动态类型,data用于存储变量的具体数据。在上面的例子中,第一条打印语句输出的是:int64。这是因为已经显示的将类型为int64的数据58赋值给了interface类型的变量val,所以val的底层结构应该是:(int64, 58)。我们暂且用这种二元组的方式来描述,二元组的第一个成员为type,第二个成员为data。第二条打印语句输出的是:int。这是因为字面量的整数在golang中默认的类型是int,所以这个时候val的底层结构就变成了:(int, 50)。借助于gdb很容易观察到这点:
  1. $$ cd $$GOPATH/src/interface_test
  2. $$ go build -gcflags "-N -l"
  3. $$ gdb interface_test
复制代码


接下来说说interface类型的值和nil的比较问题。这是个比较经典的问题,也算是golang的一个坑。

                                                       ---来自柴大的翻译

接着来看代码:
  1. package main

  2. import (
  3.     "fmt"
  4. )

  5. func main() {
  6.     var val interface{} = nil
  7.     if val == nil {
  8.         fmt.Println("val is nil")
  9.     } else {
  10.         fmt.Println("val is not nil")
  11.     }
  12. }
复制代码
变量val是interface类型,它的底层结构必然是(type, data)。由于nil是untyped(无类型),而又将nil赋值给了变量val,所以val实际上存储的是(nil, nil)。因此很容易就知道val和nil的相等比较是为true的。
  1. $$$$$$$$ cd $$$$$$$$GOPATH/src/interface_test
  2. $$$$$$$$ go build
  3. $$$$$$$$ ./interface_test
  4. val is nil
复制代码
对于将任何其它有意义的值类型赋值给val,都导致val持有一个有效的类型和数据。也就是说变量val的底层结构肯定不为(nil, nil),因此它和nil的相等比较总是为false。

上面的讨论都是在围绕值类型来进行的。在继续讨论之前,让我们来看一种特例:(*interface{})(nil)。将nil转成interface类型的指针,其实得到的结果仅仅是空接口类型指针并且它指向无效的地址。注意是空接口类型指针而不是空指针,这两者的区别蛮大的,学过C的童鞋都知道空指针是什么概念。

关于(*interface{})(nil)还有一些要注意的地方。这里仅仅是拿(*interface{})(nil)来举例,对于(*int)(nil)、(*byte)(nil)等等来说是一样的。上面的代码定义了接口指针类型变量val,它指向无效的地址(0x0),因此val持有无效的数据。但它是有类型的(*interface{})。所以val的底层结构应该是:(*interface{}, nil)。有时候您会看到(*interface{})(nil)的应用,比如var ptrIface = (*interface{})(nil),如果您接下来将ptrIface指向其它类型的指针,将通不过编译。或者您这样赋值:*ptrIface = 123,那样的话编译是通过了,但在运行时还是会panic的,这是因为ptrIface指向的是无效的内存地址。其实声明类似ptrIface这样的变量,是因为使用者只是关心指针的类型,而忽略它存储的值是什么。还是以例子来说明:
  1. package main

  2. import (
  3.     "fmt"
  4. )

  5. func main() {
  6.     var val interface{} = (*interface{})(nil)
  7.     // val = (*int)(nil)
  8.     if val == nil {
  9.         fmt.Println("val is nil")
  10.     } else {
  11.         fmt.Println("val is not nil")
  12.     }
  13. }
复制代码
很显然,无论该指针的值是什么:(*interface{}, nil),这样的接口值总是非nil的,即使在该指针的内部为nil。
  1. $$$$$$$$ cd $$$$$$$$GOPATH/src/interface_test
  2. $$$$$$$$ go build
  3. $$$$$$$$ ./interface_test
  4. val is not nil
复制代码
interface类型的变量和nil的相等比较出现最多的地方应该是error接口类型的值与nil的比较。有时候您想自定义一个返回错误的函数来做这个事,可能会写出以下代码:

  1. package main

  2. import (
  3.     "fmt"
  4. )

  5. type data struct{}

  6. func (this *data) Error() string { return "" }

  7. func test() error {
  8.     var p *data = nil
  9.     return p
  10. }

  11. func main() {
  12.     var e error = test()
  13.     if e == nil {
  14.         fmt.Println("e is nil")
  15.     } else {
  16.         fmt.Println("e is not nil")
  17.     }
  18. }
复制代码
但是很可惜,以上代码是有问题的。
  1. $$$$$$$$ cd $$$$$$$$GOPATH/src/interface_test
  2. $$$$$$$$ go build
  3. $$$$$$$$ ./interface_test
  4. e is not nil
复制代码
我们可以来分析一下。error是一个接口类型,test方法中返回的指针p虽然数据是nil,但是由于它被返回成包装的error类型,也即它是有类型的。所以它的底层结构应该是(*data, nil),很明显它是非nil的。

可以打印观察下底层结构数据:

  1. package main

  2. import (
  3.     "fmt"
  4.     "unsafe"
  5. )

  6. type data struct{}

  7. func (this *data) Error() string { return "" }

  8. func test() error {
  9.     var p *data = nil
  10.     return p
  11. }

  12. func main() {
  13.     var e error = test()

  14.     d := (*struct {
  15.         itab uintptr
  16.         data uintptr
  17.     })(unsafe.Pointer(&e))

  18.     fmt.Println(d)
  19. }
复制代码
  1. $$$$$$$$ cd $$$$$$$$GOPATH/src/interface_test
  2. $$$$$$$$ go build
  3. $$$$$$$$ ./interface_test
  4. &{3078907912 0}
复制代码
正确的做法应该是:

  1. package main

  2. import (
  3.     "fmt"
  4. )

  5. type data struct{}

  6. func (this *data) Error() string { return "" }

  7. func bad() bool {
  8.     return true
  9. }

  10. func test() error {
  11.     var p *data = nil
  12.     if bad() {
  13.         return p
  14.     }
  15.     return nil
  16. }

  17. func main() {
  18.     var e error = test()
  19.     if e == nil {
  20.         fmt.Println("e is nil")
  21.     } else {
  22.         fmt.Println("e is not nil")
  23.     }
  24. }
复制代码
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