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為什么Go不支持[]T轉(zhuǎn)換為[]interface

在 Go 中，如果 interface{} 作為函數(shù)參數(shù)的話，是可以傳任意參數(shù)的，然后通過(guò)類(lèi)型斷言來(lái)轉(zhuǎn)換。

舉個(gè)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")
}

不管是傳 int? 還是 string，最終都能輸出正確結(jié)果。

那么，既然是這樣的話，我就有一個(gè)疑問(wèn)了，拿出我舉一反三的能力。是否可以將 []T? 轉(zhuǎn)換為 []interface 呢？

比如下面這段代碼：

func foo([]interface{}) { /* do something */ }

func main() {
    var a []string = []string{"hello", "world"}
    foo(a)
}

很遺憾，這段代碼是不能編譯通過(guò)的，如果想直接通過(guò) b := []interface{}(a) 的方式來(lái)轉(zhuǎn)換，還是會(huì)報(bào)錯(cuò)：

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

正確的轉(zhuǎn)換方式需要這樣寫(xiě)：

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

本來(lái)一行代碼就能搞定的事情，卻非要讓人寫(xiě)四行，是不是感覺(jué)很麻煩？那為什么 Go 不支持呢？我們接著往下看。

官方解釋

這個(gè)問(wèn)題在官方 Wiki 中是有回答的，我復(fù)制出來(lái)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.

大概意思就是說(shuō)，主要有兩方面原因：

  1. []interface{}? 類(lèi)型并不是interface?，它是一個(gè)切片，只不過(guò)碰巧它的元素是interface；
  2. []interface{}? 是有特殊內(nèi)存布局的，跟interface 不一樣。

下面就來(lái)詳細(xì)說(shuō)說(shuō)，是怎么個(gè)不一樣。

內(nèi)存布局

首先來(lái)看看 slice 在內(nèi)存中是如何存儲(chǔ)的。在源碼中，它是這樣定義的：

// src/runtime/slice.go

type slice struct {
    array unsafe.Pointer
    len   int
    cap   int
}

  • array 是指向底層數(shù)組的指針；
  • len 是切片的長(zhǎng)度；
  • cap? 是切片的容量，也就是array 數(shù)組的大小。

舉個(gè)例子，創(chuàng)建如下一個(gè)切片：

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

那么它的布局如下圖所示：

假設(shè)程序運(yùn)行在 64 位的機(jī)器上，那么每個(gè)「正方形」所占空間是 8 bytes。上圖中的 ptr 所指向的底層數(shù)組占用空間就是 4 個(gè)「正方形」，也就是 32 bytes。

接下來(lái)再看看 []interface{} 在內(nèi)存中是什么樣的。

回答這個(gè)問(wèn)題之前先看一下 interface{} 的結(jié)構(gòu)，Go 中的接口類(lèi)型分成兩類(lèi)：

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

源碼中的定義分別如下：

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

具體細(xì)節(jié)我們不去深究，但可以明確的是，每個(gè) interface{}? 包含兩個(gè)指針， 會(huì)占據(jù)兩個(gè)「正方形」。第一個(gè)指針指向 itab? 或者 _type；第二個(gè)指針指向?qū)嶋H的數(shù)據(jù)。

所以它在內(nèi)存中的布局如下圖所示：

因此，不能直接將 []int64? 直接傳給 []interface{}。

程序運(yùn)行中的內(nèi)存布局

接下來(lái)?yè)Q一個(gè)更形象的方式，從程序?qū)嶋H運(yùn)行過(guò)程中，看看內(nèi)存的分布是怎么樣的？

看下面這樣一段代碼：

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)
}

我們使用 Delve 來(lái)進(jìn)行調(diào)試，可以點(diǎn)擊這里進(jìn)行安裝。

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)

接下來(lái)看看 slice 在內(nèi)存中都包含了哪些內(nèi)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 個(gè)字節(jié)，也就是上文說(shuō)的一個(gè)「正方形」。第一行是指向數(shù)據(jù)的地址；第二行是 4，表示切片長(zhǎng)度；第三行也是 4，表示切片容量。

再來(lái)看看指向的數(shù)據(jù)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

這就是一片連續(xù)的存儲(chǔ)空間，保存著實(shí)際數(shù)據(jù)。

接下來(lái)用同樣的方式，再來(lái)看看 iis 的內(nèi)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 是一樣的，主要的不同是所指向的數(shù)據(jù)：

(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

仔細(xì)觀察上面的數(shù)據(jù)，偶數(shù)行內(nèi)容都是相同的，這個(gè)是 interface{}? 的 itab 地址。奇數(shù)行內(nèi)容是不同的，指向?qū)嶋H的數(shù)據(jù)。

打印地址內(nèi)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

很明顯，通過(guò)打印程序運(yùn)行中的狀態(tài)，和我們的理論分析是一致的。

通用方法

通過(guò)以上分析，我們知道了不能轉(zhuǎn)換的原因，那有沒(méi)有一個(gè)通用方法呢？因?yàn)槲覍?shí)在是不想每次多寫(xiě)那幾行代碼。

也是有的，用反射 reflect，但是缺點(diǎn)也很明顯，效率會(huì)差一些，不建議使用。

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
}

還有其他方式嗎？答案就是 Go 1.18 支持的泛型，這里就不過(guò)多介紹了，大家有興趣的話可以繼續(xù)研究。

以上就是本文的全部?jī)?nèi)容，如果覺(jué)得還不錯(cuò)的話歡迎點(diǎn)贊，轉(zhuǎn)發(fā)和關(guān)注，感謝支持。

參考文章：

  • https://stackoverflow.com/questions/12753805/type-converting-slices-of-interfaces
  • https://github.com/golang/go/wiki/InterfaceSlice
  • https://eli.thegreenplace.net/2021/go-internals-invariance-and-memory-layout-of-slices/

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