golang: 详解interface和nil

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。

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package main     import (      "fmt"      "reflect"  )     func main() {      var val interface{} = int64(58)      fmt.PRintln(reflect.TypeOf(val))      val = 50      fmt.Println(reflect.TypeOf(val))  }  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,%2058)。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,%2050)。借助于gdb很容易观察到这点：[cpp] view%20plain copy $ cd $GOPATH/src/interface_test  $ go build -gcflags "-N -l"  $ gdb interface_test  

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。

接下来看看代码

[cpp] view plain copy package main  import (      "fmt"  )  func main() {      var val interface{} = nil      if val == nil {          fmt.Println("val is nil")      } else {          fmt.Println("val is not nil")      }  }  变量val是interface类型，它的底层结构必然是(type,%20data)。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,%20nil)。因此很容易就知道val和nil的相等比较是为true的。[cpp] view%20plain copy $ cd $GOPATH/src/interface_test  $ go build  $ ./interface_test  val is nil  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,%20nil)，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{},%20nil)。有时候您会看到(*interface{})(nil)的应用，比如var%20ptrIface%20=%20(*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%20=%20123，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：[cpp] view%20plain copy package main  import (      "fmt"  )  func main() {      var val interface{} = (*interface{})(nil)      // val = (*int)(nil)      if val == nil {          fmt.Println("val is nil")      } else {          fmt.Println("val is not nil")  很显然，无论该指针的值是什么：(*interface{},%20nil)，这样的接口值总是非nil的，即使在该指针的内部为nil。[cpp] view%20plain copy $ cd $GOPATH/src/interface_test  $ go build  $ ./interface_test  val is not nil  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：[cpp] view%20plain copy package main     import (      "fmt"  )     type data struct{}     func (this *data) Error() string { return "" }     func test() error {      var p *data = nil      return p  }     func main() {      var e error = test()      if e == nil {          fmt.Println("e is nil")      } else {          fmt.Println("e is not nil")      }  }  但是很可惜，以上代码是有问题的。[cpp] view%20plain copy $ cd $GOPATH/src/interface_test  $ go build  $ ./interface_test  e is not nil  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,%20nil)，很明显它是非nil的。可以打印观察下底层结构数据：[cpp] view%20plain copy package main     import (      "fmt"      "unsafe"  )     type data struct{}     func (this *data) Error() string { return "" }     func test() error {      var p *data = nil      return p  }     func main() {      var e error = test()         d := (*struct {          itab uintptr          data uintptr      })(unsafe.Pointer(&e))         fmt.Println(d)  }    $ cd $GOPATH/src/interface_test  $ go build  $ ./interface_test  &{3078907912 0}  正确的做法应该是：[cpp] view%20plain copy package main     import (      "fmt"  )     type data struct{}     func (this *data) Error() string { return "" }     func bad() bool {      return true  }     func test() error {      var p *data = nil      if bad() {          return p      }      return nil  }     func main() {      var e error = test()      if e == nil {          fmt.Println("e is nil")      } else {          fmt.Println("e is not nil")      }  }