【荐】详解 golang 中的 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。

$GOPATH/src

----interface_test

--------main.go

main.go 的代码如下：

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, 58)。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, 50)。借助于 gdb 很容易观察到这点：

$ 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。

接着来看代码：

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, data)。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, nil)。因此很容易就知道 val 和 nil的相等比较是为 true 的。

注意：变量 val 的两个存储值同为 nil 时，跟 nil 相等比较才为 true

$ 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, nil)，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{}, nil)。有时候您会看到 (*interface{})(nil) 的应用，比如 var ptrIface = (*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 = 123，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：

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{}, nil)，这样的接口值总是 非nil 的，即使在该指针的内部为 nil。

$ 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：

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。

$ 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, nil)，很明显它是非 nil 的。

可以打印观察下底层结构数据：

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：

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")
	}
}

参考：

https://my.oschina.net/goal/blog/194233

[荐] interface{} 与 nil，违背了 == 的传递性