前幾日一朋友在學GO，問了我一些interface機制的問題。試著解釋發現自己也不是太清楚，所以今天下午特意查了資料和閱讀GO的源碼（基於go1.4），整理出了此文。如果有錯誤的地方還望指正。
GO語言的interface是我比較喜歡的特性之一。interface與struct之間可以相互轉換，struct不需要像JAVA在源碼中顯示說明實現了某個接口，可以通過約定的形式，隱式的轉換到interface，還可以在運行時查詢接口類型，這樣有種用動態語言寫代碼的感覺，但是又可以在編譯時進行檢查，捕捉一些明顯的類型不匹配的錯誤。
type Stringer interface {
String() string
}
type S struct {
i int
}
func (s *S) String() string {
return fmt.Sprintf("%d", s.i)
}
func Print(s Stringer) {
println(s.String())
}
func DynamicPrint(any interface{}) {
if s, ok := any.(Stringer); ok {
Print(s)
}
}
func main() {
var s S
s.i = 123456789
Print(&s)
DynamicPrint(&s)
}
如上面的代碼所示，類型S沒有顯示的實現Stringer接口，但是它的方法列表符合Stringer接口，所以可以轉換為Stringer接口使用。
那麼，GO語言的interface機制到底是如何實現的呢？
interface value
上述代碼中函數Print的參數是一個Stringer接口，也就是Stringer的一個對象實例。這個對象實例叫做interface value。它的數據結構如下：
type iface struct {
tab *itab
data unsafe.Pointer
}
其中tab字段類似於C++的vptr，tab中包含了對應的方法數組，除此之外還保存了實現該接口的類型元數據。data是對應的實現該接口的類型的實例指針。
itab數據結構如下：
type itab struct {
inter *interfacetype
_type *_type
link *itab
bad int32
unused int32
fun [0]unsafe.Pointer
}
其中inter字段表示這個interface value所屬的接口元信息，_type字段表示具體實現類型的元信息，fun字段表示該interface的方法數組。link,bad,unused字段暫時不關心。
當我們在GO代碼中調用一個接口的方法時，操作類似如下： s.tab->fun[0](s.data)。調用開銷還是很小的。
Itab的生成方式
一個自定義的結構體可以實現某個接口，然後可以隱式的轉換到對應的接口。這種操作有點像C++的派生類轉換為基類一樣，這個操作是一個運行時綁定過程。而GO語言的interface機制還有一些其他特性：比如一個具體類型可以實現N多方法，但是只有其中某幾個或者全部都滿足某個接口，而此時，不可能把所有的方法都放到Itab中，這就意味著需要在綁定過程中剔除某些不需要的方法。
GO編譯器會在編譯時會為每個自定義結構體和interface類型生成一個類型元數據，用來描述這個類型的名稱，類型的HASH值，類型的方法列表，方法列表中還包括了方法的名稱。而在一個自定義結構體轉換到一個interface類型時，GO編譯器會生成代碼，使其在運行時計算Itab，完成動態綁定方法的需求。這個計算Itab的過程相對來說比較簡單，因為GO編譯器生成的類型元數據中包含了所有的方法名稱和地址，那麼在一個結構體實例轉換為interface value時，只需要把interface的方法列表作為基，方法名和方法類型作為KEY，去結構體元數據中查找對應的方法即可。
GO的runtime庫中對Itab的查找過程做了優化，由O(ni * nt)復雜度變為O(ni + nt)。依據是一個自定義結構體實現的方法一定是大於或等於某個具體interface的方法集的。所以可以事先把所有的方法按照名字從小到大排序，然後在匹配到一個方法後，可以在下次查找時使用上次的索引值。
除此之外，GO編譯器為了減少每次不必要的Itab，還增加了一個對應的itab的緩存。你可以編譯一個GO程序，然後反編譯後可以查看到一個類似go_itab__main_S_main_Stringer名稱的變量。在每次一個結構體轉換到一個interface之前都會檢查這個緩存是否有效，有效就使用。這個檢查也只是一個cmp指令而已。
還有在GO運行時庫裡，為了減少每次的Itab實現，還做了相應的優化。內部實現了一個HASH表，保存了每個具體結構體到interface轉換生成的Itab實例。代碼可以在go\src\runtime\iface.go getitab函數中看到。
interface{}的特殊處理
interface{}在GO中是一個特殊的內建類型，類似於C/C++中的void*，但是包含了類型信息。所以你可以把任意的數據轉換到interface{}，然後通過type assert從interface{}獲取原有的數據。但是正如你所見，interface{}沒有方法，那麼也就是說，它不需要iface中的itab，因為不需要方法綁定。針對此，做了特殊修改，iface中的tab字段類型由itab指針變為了對應的具體實現類型的類型元數據指針。在GO源碼中，interface{}對象的類型原型如下：
type eface struct {
_type *_type
data unsafe.Pointer
}
eface是empty interface的縮寫。
其他
在GO的源碼iface.go中，還可以看到很多函數比如叫assertE2E,assertE2I,assertE2T等，這些函數就是對應的type assert的具體實現函數。E表示eface，I表示iface，T表示自定義的結構體或者基於內建類型創造出的類型。代碼都比較簡單，不在敘述了。
總結
想理解interface機制的實現，只需要理解類型元數據以及動態綁定過程。其中要還區分interface value，也就是內部的iface結構體。因此引出了Itable的概念。整體來說不是太復雜，數據結構也比較簡單，如果你有時間的話，也可以自己看下GO的源碼。
參考
GO源碼(go\src\runtime\iface.go)
《Go Data Structures: Interfaces》
《Go Interfaces》
Linux系統入門學習-在Linux中安裝Go語言 http://www.linuxidc.com/Linux/2015-02/113159.htm
Ubuntu 安裝Go語言包 http://www.linuxidc.com/Linux/2013-05/85171.htm
《Go語言編程》高清完整版電子書 http://www.linuxidc.com/Linux/2013-05/84709.htm
Go語言並行之美 -- 超越 “Hello World” http://www.linuxidc.com/Linux/2013-05/83697.htm
我為什麼喜歡Go語言 http://www.linuxidc.com/Linux/2013-05/84060.htm
Go語言內存分配器的實現 http://www.linuxidc.com/Linux/2014-01/94766.htm
