golang: 詳解interface和nil

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golang的nil在概念上和其它語言的null、None、nil、NULL一樣，都指代零值或空值。nil是預先說明的標識符，也即通常意義上的關鍵字。在golang中，nil只能賦值給指標、channel、func、interface、map或slice類型的變數。如果未遵循這個規則，則會引發panic。對此官方有明確的說明：http://pkg.golang.org/pkg/builtin/#Type

golang中的interface類似於java的interface、PHP的interface或C++的純虛基類。介面就是一個協議，規定了一群組成員。這個沒什麼好說的，本文不打算對宏觀上的介面概念和基於介面的範式編程做剖析。golang語言的介面有其獨到之處：只要類型T的公開方法完全滿足介面I的要求，就可以把類型T的對象用在需要介面I的地方。這種做法的學名叫做Structural Typing，有人也把它看作是一種靜態Duck Typing。所謂類型T的公開方法完全滿足介面I的要求，也即是類型T實現了介面I所規定的一群組成員。

在底層，interface作為兩個成員來實現，一個類型和一個值。對此官方也有文檔說明：http://golang.org/doc/go_faq.html#nil_error，如果您不習慣看英文，這裡有一篇柴大的翻譯：Go中error類型的nil值和nil 。

接下來通過編寫測試代碼和gdb來看看interface倒底是什麼。會用到反射，如果您不太瞭解golang的反射是什麼，這裡有刑星翻譯自官方部落格的一篇文章：反射的規則，原文在：laws-of-reflection。

package main import (    "fmt"    "reflect") func main() {    var val interface{} = int64(58)    fmt.Println(reflect.TypeOf(val))    val = 50    fmt.Println(reflect.TypeOf(val))}

我們已經知道介面類型的變數底層是作為兩個成員來實現，一個是type，一個是data。type用於儲存變數的動態類型，data用於儲存變數的具體資料。在上面的例子中，第一條列印語句輸出的是：int64。這是因為已經顯示的將類型為int64的資料58賦值給了interface類型的變數val，所以val的底層結構應該是：(int64, 58)。我們暫且用這種二元組的方式來描述，二元組的第一個成員為type，第二個成員為data。第二條列印語句輸出的是：int。這是因為字面量的整數在golang中預設的類型是int，所以這個時候val的底層結構就變成了：(int, 50)。藉助於gdb很容易觀察到這點：

$ cd $GOPATH/src/interface_test$ go build -gcflags "-N -l"$ gdb interface_test

接下來說說interface類型的值和nil的比較問題。這是個比較經典的問題，也算是golang的一個坑。

接下來看看代碼

package mainimport (    "fmt")func main() {    var val interface{} = nil    if val == nil {        fmt.Println("val is nil")    } else {        fmt.Println("val is not nil")    }}

變數val是interface類型，它的底層結構必然是(type, data)。由於nil是untyped(無類型)，而又將nil賦值給了變數val，所以val實際上儲存的是(nil, nil)。因此很容易就知道val和nil的相等比較是為true的。

$ cd $GOPATH/src/interface_test$ go build$ ./interface_testval is nil

對於將任何其它有意義的實值型別賦值給val，都導致val持有一個有效類型和資料。也就是說變數val的底層結構肯定不為(nil, nil)，因此它和nil的相等比較總是為false。

上面的討論都是在圍繞實值型別來進行的。在繼續討論之前，讓我們來看一種特例：(*interface{})(nil)。將nil轉成interface類型的指標，其實得到的結果僅僅是空介面類型指標並且它指向無效的地址。注意是空介面類型指標而不是null 指標，這兩者的區別蠻大的，學過C的童鞋都知道null 指標是什麼概念。

關於(*interface{})(nil)還有一些要注意的地方。這裡僅僅是拿(*interface{})(nil)來舉例，對於(*int)(nil)、(*byte)(nil)等等來說是一樣的。上面的代碼定義了介面指標類型變數val，它指向無效的地址(0x0)，因此val持有無效的資料。但它是有類型的(*interface{})。所以val的底層結構應該是：(*interface{}, nil)。有時候您會看到(*interface{})(nil)的應用，比如var ptrIface = (*interface{})(nil)，如果您接下來將ptrIface指向其它類型的指標，將通不過編譯。或者您這樣賦值：*ptrIface = 123，那樣的話編譯是通過了，但在運行時還是會panic的，這是因為ptrIface指向的是無效的記憶體位址。其實聲明類似ptrIface這樣的變數，是因為使用者只是關心指標的類型，而忽略它儲存的值是什麼。還是以例子來說明：

package mainimport (    "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")

很顯然，無論該指標的值是什麼：(*interface{}, nil)，這樣的介面值總是非nil的，即使在該指標的內部為nil。

$ cd $GOPATH/src/interface_test$ go build$ ./interface_testval is not nil

interface類型的變數和nil的相等比較出現最多的地方應該是error介面類型的值與nil的比較。有時候您想自訂一個返回錯誤的函數來做這個事，可能會寫出以下代碼：

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，以上代碼是有問題的。

$ cd $GOPATH/src/interface_test$ go build$ ./interface_teste is not nil

我們可以來分析一下。error是一個介面類型，test方法中返回的指標p雖然資料是nil，但是由於它被返回成封裝的error類型，也即它是有類型的。所以它的底層結構應該是(*data, nil)，很明顯它是非nil的。可以列印觀察下底層結構資料：

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}

正確的做法應該是：

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")    }}