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golang介面值 (Go程式設計師的陷阱)

概念上講一個介面的值,介面值,由兩個部分組成,一個具體的型別和那個型別的值。它們被稱為介面的動態型別和動態值。對於像Go語言這種靜態型別的語言,型別是編譯期的概念;因此一個型別不是一個值。在我們的概念模型中,一些提供每個型別資訊的值被稱為型別描述符,比如型別的名稱和方法。在一個介面值中,型別部分代表與之相關型別的描述符。

下面4個語句中,變數w得到了3個不同的值。(開始和最後的值是相同的)

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

讓我們進一步觀察在每一個語句後的w變數的值和動態行為。第一個語句定義了變數w:

讓我們進一步觀察在每一個語句後的w變數的值和動態行為。第一個語句定義了變數w:

var w io.Writer

  

在Go語言中,變數總是被一個定義明確的值初始化,即使介面型別也不例外。對於一個介面的零值就是它的型別和值的部分都是nil(圖7.1)。

一個介面值基於它的動態型別被描述為空或非空,所以這是一個空的介面值。你可以通過使用w==nil或者w!=nil來判讀介面值是否為空。呼叫一個空介面值上的任意方法都會產生panic:

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

第二個語句將一個*os.File型別的值賦給變數w:

w = os.Stdout

這個賦值過程呼叫了一個具體型別到介面型別的隱式轉換,這和顯式的使用io.Writer(os.Stdout)是等價的。這類轉換不管是顯式的還是隱式的,都會刻畫出操作到的型別和值。這個介面值的動態型別被設為*os.Stdout

指標的型別描述符,它的動態值持有os.Stdout的拷貝;這是一個代表處理標準輸出的os.File型別變數的指標(圖7.2)。

呼叫一個包含*os.File型別指標的介面值的Write方法,使得(*os.File).Write方法被呼叫。這個呼叫輸出“hello”。

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

通常在編譯期,我們不知道介面值的動態型別是什麼,所以一個介面上的呼叫必須使用動態分配。因為不是直接進行呼叫,所以編譯器必須把程式碼生成在型別描述符的方法Write上,然後間接呼叫那個地址。這個呼叫的接收者是一個介面動態值的拷貝,os.Stdout。效果和下面這個直接呼叫一樣:

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

第三個語句給介面值賦了一個*bytes.Buffer型別的值

w = new(bytes.Buffer)

現在動態型別是*bytes.Buffer並且動態值是一個指向新分配的緩衝區的指標(圖7.3)。

Write方法的呼叫也使用了和之前一樣的機制:

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

這次型別描述符是*bytes.Buffer,所以呼叫了(*bytes.Buffer).Write方法,並且接收者是該緩衝區的地址。這個呼叫把字串“hello”新增到緩衝區中。

最後,第四個語句將nil賦給了介面值:

w = nil

這個重置將它所有的部分都設為nil值,把變數w恢復到和它之前定義時相同的狀態圖,在圖7.1中可以看到。

一個介面值可以持有任意大的動態值。例如,表示時間例項的time.Time型別,這個型別有幾個對外不公開的欄位。我們從它上面建立一個介面值,

var x interface{} = time.Now()

結果可能和圖7.4相似。從概念上講,不論介面值多大,動態值總是可以容下它。(這只是一個概念上的模型;具體的實現可能會非常不同)

介面值可以使用==和!=來進行比較。兩個介面值相等僅當它們都是nil值或者它們的動態型別相同並且動態值也根據這個動態型別的==操作相等。因為介面值是可比較的,所以它們可以用在map的鍵或者作為switch語句的運算元。

然而,如果兩個介面值的動態型別相同,但是這個動態型別是不可比較的(比如切片),將它們進行比較就會失敗並且panic:

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

考慮到這點,介面型別是非常與眾不同的。其它型別要麼是安全的可比較型別(如基本型別和指標)要麼是完全不可比較的型別(如切片,對映型別,和函式),但是在比較介面值或者包含了介面值的聚合型別時,我們必須要意識到潛在的panic。同樣的風險也存在於使用介面作為map的鍵或者switch的運算元。只能比較你非常確定它們的動態值是可比較型別的介面值。

當我們處理錯誤或者除錯的過程中,得知介面值的動態型別是非常有幫助的。所以我們使用fmt包的%T動作:

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包內部,使用反射來獲取介面動態型別的名稱。我們會在第12章中學到反射相關的知識。

警告:一個包含nil指標的介面不是nil介面

一個不包含任何值的nil介面值和一個剛好包含nil指標的介面值是不同的。這個細微區別產生了一個容易絆倒每個Go程式設計師的陷阱。

思考下面的程式。當debug變數設定為true時,main函式會將f函式的輸出收集到一個bytes.Buffer型別中。

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"))
    }
}

我們可能會預計當把變數debug設定為false時可以禁止對輸出的收集,但是實際上在out.Write方法呼叫時程式發生了panic:

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

當main函式呼叫函式f時,它給f函式的out引數賦了一個*bytes.Buffer的空指標,所以out的動態值是nil。然而,它的動態型別是*bytes.Buffer,意思就是out變數是一個包含空指標值的非空介面(如圖7.5),所以防禦性檢查out!=nil的結果依然是true。

動態分配機制依然決定(*bytes.Buffer).Write的方法會被呼叫,但是這次的接收者的值是nil。對於一些如*os.File的型別,nil是一個有效的接收者(§6.2.1),但是*bytes.Buffer型別不在這些型別中。這個方法會被呼叫,但是當它嘗試去獲取緩衝區時會發生panic。

問題在於儘管一個nil的*bytes.Buffer指標有實現這個介面的方法,它也不滿足這個介面具體的行為上的要求。特別是這個呼叫違反了(*bytes.Buffer).Write方法的接收者非空的隱含先覺條件,所以將nil指標賦給這個介面是錯誤的。解決方案就是將main函式中的變數buf的型別改為io.Writer,因此可以避免一開始就將一個不完全的值賦值給這個介面:

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

現在我們已經把介面值的技巧都講完了,讓我們來看更多的一些在Go標準庫中的重要介面型別。在下面的三章中,我們會看到介面型別是怎樣用在排序,web服務,錯誤處理中的。