Go 语言 接口值

原文链接：https://gopl-zh.github.io/ch7/ch7-05.html

7.5. 接口值

概念上讲一个接口的值，接口值，由两个部分组成，一个具体的类型和那个类型的值。它们被称为接口的动态类型和动态值。对于像Go语言这种静态类型的语言，类型是编译期的概念；因此一个类型不是一个值。在我们的概念模型中，一些提供每个类型信息的值被称为类型描述符，比如类型的名称和方法。在一个接口值中，类型部分代表与之相关类型的描述符。

下面4个语句中，变量w得到了3个不同的值。（开始和最后的值是相同的）

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

让我们进一步观察在每一个语句后的w变量的值和动态行为。第一个语句定义了变量w:

var w io.Writer

在Go语言中，变量总是被一个定义明确的值初始化，即使接口类型也不例外。对于一个接口的零值就是它的类型和值的部分都是nil（图7.1）。

一个接口值基于它的动态类型被描述为空或非空，所以这是一个空的接口值。你可以通过使用w==nil或者w!=nil来判断接口值是否为空。调用一个空接口值上的任意方法都会产生panic:

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

第二个语句将一个*os.File类型的值赋给变量w:

w = os.Stdout

这个赋值过程调用了一个具体类型到接口类型的隐式转换，这和显式的使用io.Writer(os.Stdout)是等价的。这类转换不管是显式的还是隐式的，都会刻画出操作到的类型和值。这个接口值的动态类型被设为*os.File指针的类型描述符，它的动态值持有os.Stdout的拷贝；这是一个代表处理标准输出的os.File类型变量的指针（图7.2）。

调用一个包含*os.File类型指针的接口值的Write方法，使得(*os.File).Write方法被调用。这个调用输出“hello”。

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

通常在编译期，我们不知道接口值的动态类型是什么，所以一个接口上的调用必须使用动态分配。因为不是直接进行调用，所以编译器必须把代码生成在类型描述符的方法Write上，然后间接调用那个地址。这个调用的接收者是一个接口动态值的拷贝，os.Stdout。效果和下面这个直接调用一样：

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

第三个语句给接口值赋了一个*bytes.Buffer类型的值

w = new(bytes.Buffer)

现在动态类型是*bytes.Buffer并且动态值是一个指向新分配的缓冲区的指针（图7.3）。

Write方法的调用也使用了和之前一样的机制：

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

这次类型描述符是*bytes.Buffer，所以调用了(*bytes.Buffer).Write方法，并且接收者是该缓冲区的地址。这个调用把字符串“hello”添加到缓冲区中。

最后，第四个语句将nil赋给了接口值：

w = nil

这个重置将它所有的部分都设为nil值，把变量w恢复到和它之前定义时相同的状态，在图7.1中可以看到。

一个接口值可以持有任意大的动态值。例如，表示时间实例的time.Time类型，这个类型有几个对外不公开的字段。我们从它上面创建一个接口值：

var x interface{} = time.Now()

结果可能和图7.4相似。从概念上讲，不论接口值多大，动态值总是可以容下它。（这只是一个概念上的模型；具体的实现可能会非常不同）

接口值可以使用==和!＝来进行比较。两个接口值相等仅当它们都是nil值，或者它们的动态类型相同并且动态值也根据这个动态类型的==操作相等。因为接口值是可比较的，所以它们可以用在map的键或者作为switch语句的操作数。

然而，如果两个接口值的动态类型相同，但是这个动态类型是不可比较的（比如切片），将它们进行比较就会失败并且panic:

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

考虑到这点，接口类型是非常与众不同的。其它类型要么是安全的可比较类型（如基本类型和指针）要么是完全不可比较的类型（如切片，映射类型，和函数），但是在比较接口值或者包含了接口值的聚合类型时，我们必须要意识到潜在的panic。同样的风险也存在于使用接口作为map的键或者switch的操作数。只能比较你非常确定它们的动态值是可比较类型的接口值。

当我们处理错误或者调试的过程中，得知接口值的动态类型是非常有帮助的。所以我们使用fmt包的%T动作:

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包内部，使用反射来获取接口动态类型的名称。我们会在第12章中学到反射相关的知识。

7.5.1. 警告：一个包含nil指针的接口不是nil接口

一个不包含任何值的nil接口值和一个刚好包含nil指针的接口值是不同的。这个细微区别产生了一个容易绊倒每个Go程序员的陷阱。

思考下面的程序。当debug变量设置为true时，main函数会将f函数的输出收集到一个bytes.Buffer类型中。

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"))
    }
}

我们可能会预计当把变量debug设置为false时可以禁止对输出的收集，但是实际上在out.Write方法调用时程序发生了panic：

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

当main函数调用函数f时，它给f函数的out参数赋了一个*bytes.Buffer的空指针，所以out的动态值是nil。然而，它的动态类型是*bytes.Buffer，意思就是out变量是一个包含空指针值的非空接口（如图7.5），所以防御性检查out!=nil的结果依然是true。

动态分配机制依然决定(*bytes.Buffer).Write的方法会被调用，但是这次的接收者的值是nil。对于一些如*os.File的类型，nil是一个有效的接收者（§6.2.1），但是*bytes.Buffer类型不在这些种类中。这个方法会被调用，但是当它尝试去获取缓冲区时会发生panic。

问题在于尽管一个nil的*bytes.Buffer指针有实现这个接口的方法，它也不满足这个接口具体的行为上的要求。特别是这个调用违反了(*bytes.Buffer).Write方法的接收者非空的隐含先觉条件，所以将nil指针赋给这个接口是错误的。解决方案就是将main函数中的变量buf的类型改为io.Writer，因此可以避免一开始就将一个不完整的值赋值给这个接口：

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

现在我们已经把接口值的技巧都讲完了，让我们来看更多的一些在Go标准库中的重要接口类型。在下面的三章中，我们会看到接口类型是怎样用在排序，web服务，错误处理中的。