为什么 Go 不支持 []T 转换为 []interface

Posted 2023-01-31

在 Go 中，如果 interface 作为函数参数的话，是可以传任意参数的，然后通过类型断言来转换。

举个例子：

package main

import "fmt"

func foo(v interface) 
    if v1, ok1 := v.(string); ok1 
        fmt.Println(v1)
     else if v2, ok2 := v.(int); ok2 
        fmt.Println(v2)
    


func main() 
    foo(233)
    foo("666")

不管是传 int 还是 string，最终都能输出正确结果。

那么，既然是这样的话，我就有一个疑问了，拿出我举一反三的能力。是否可以将 []T 转换为 []interface 呢？

比如下面这段代码：

func foo([]interface)  /* do something */ 

func main() 
    var a []string = []string"hello", "world"
    foo(a)

很遗憾，这段代码是不能编译通过的，如果想直接通过 b := []interface(a) 的方式来转换，还是会报错：

cannot use a (type []string) as type []interface  in function argument

正确的转换方式需要这样写：

b := make([]interface, len(a), len(a))
for i := range a 
    b[i] = a[i]

本来一行代码就能搞定的事情，却非要让人写四行，是不是感觉很麻烦？那为什么 Go 不支持呢？我们接着往下看。

官方解释

这个问题在官方 Wiki 中是有回答的，我复制出来放在下面：

大概意思就是说，主要有两方面原因：

1. []interface 类型并不是 interface，它是一个切片，只不过碰巧它的元素是 interface；
2. []interface 是有特殊内存布局的，跟 interface 不一样。

下面就来详细说说，是怎么个不一样。

内存布局

首先来看看 slice 在内存中是如何存储的。在源码中，它是这样定义的：

// src/runtime/slice.go

type slice struct 
    array unsafe.Pointer
    len   int
    cap   int

• array 是指向底层数组的指针；
• len 是切片的长度；
• cap 是切片的容量，也就是 array 数组的大小。

举个例子，创建如下一个切片：

is := []int640x55, 0x22, 0xab, 0x9

那么它的布局如下图所示：

假设程序运行在 64 位的机器上，那么每个「正方形」所占空间是 8 bytes。上图中的 ptr 所指向的底层数组占用空间就是 4 个「正方形」，也就是 32 bytes。

接下来再看看 []interface 在内存中是什么样的。

回答这个问题之前先看一下 interface 的结构，Go 中的接口类型分成两类：

1. iface 表示包含方法的接口；
2. eface 表示不包含方法的空接口。

源码中的定义分别如下：

type iface struct 
    tab  *itab
    data unsafe.Pointer

type eface struct 
    _type *_type
    data  unsafe.Pointer

具体细节我们不去深究，但可以明确的是，每个 interface 包含两个指针， 会占据两个「正方形」。第一个指针指向 itab 或者 _type；第二个指针指向实际的数据。

所以它在内存中的布局如下图所示：

因此，不能直接将 []int64 直接传给 []interface。

程序运行中的内存布局

接下来换一个更形象的方式，从程序实际运行过程中，看看内存的分布是怎么样的？

看下面这样一段代码：

package main

var sum int64

func addUpDirect(s []int64) 
	for i := 0; i < len(s); i++ 
		sum += s[i]
	


func addUpViaInterface(s []interface) 
	for i := 0; i < len(s); i++ 
		sum += s[i].(int64)
	


func main() 
	is := []int640x55, 0x22, 0xab, 0x9

	addUpDirect(is)

	iis := make([]interface, len(is))
	for i := 0; i < len(is); i++ 
		iis[i] = is[i]
	

	addUpViaInterface(iis)

我们使用 Delve 来进行调试，可以点击这里进行安装。

dlv debug slice-layout.go
Type help for list of commands.
(dlv) break slice-layout.go:27
Breakpoint 1 set at 0x105a3fe for main.main() ./slice-layout.go:27
(dlv) c
> main.main() ./slice-layout.go:27 (hits goroutine(1):1 total:1) (PC: 0x105a3fe)
    22:		iis := make([]interface, len(is))
    23:		for i := 0; i < len(is); i++ 
    24:			iis[i] = is[i]
    25:		
    26:
=>  27:		addUpViaInterface(iis)
    28:	

打印 is 的地址：

(dlv) p &is
(*[]int64)(0xc00003a740)

接下来看看 slice 在内存中都包含了哪些内容：

(dlv) x -fmt hex -len 32 0xc00003a740
0xc00003a740:   0x10   0xa7   0x03   0x00   0xc0   0x00   0x00   0x00
0xc00003a748:   0x04   0x00   0x00   0x00   0x00   0x00   0x00   0x00
0xc00003a750:   0x04   0x00   0x00   0x00   0x00   0x00   0x00   0x00
0xc00003a758:   0x00   0x00   0x09   0x00   0xc0   0x00   0x00   0x00

每行有 8 个字节，也就是上文说的一个「正方形」。第一行是指向数据的地址；第二行是 4，表示切片长度；第三行也是 4，表示切片容量。

再来看看指向的数据到底是怎么存的：

(dlv) x -fmt hex -len 32 0xc00003a710
0xc00003a710:   0x55   0x00   0x00   0x00   0x00   0x00   0x00   0x00
0xc00003a718:   0x22   0x00   0x00   0x00   0x00   0x00   0x00   0x00
0xc00003a720:   0xab   0x00   0x00   0x00   0x00   0x00   0x00   0x00
0xc00003a728:   0x09   0x00   0x00   0x00   0x00   0x00   0x00   0x00

这就是一片连续的存储空间，保存着实际数据。

接下来用同样的方式，再来看看 iis 的内存布局。

(dlv) p &iis
(*[]interface )(0xc00003a758)
(dlv) x -fmt hex -len 32 0xc00003a758
0xc00003a758:   0x00   0x00   0x09   0x00   0xc0   0x00   0x00   0x00
0xc00003a760:   0x04   0x00   0x00   0x00   0x00   0x00   0x00   0x00
0xc00003a768:   0x04   0x00   0x00   0x00   0x00   0x00   0x00   0x00
0xc00003a770:   0xd0   0xa7   0x03   0x00   0xc0   0x00   0x00   0x00

切片的布局和 is 是一样的，主要的不同是所指向的数据：

(dlv) x -fmt hex -len 64 0xc000090000
0xc000090000:   0x00   0xe4   0x05   0x01   0x00   0x00   0x00   0x00
0xc000090008:   0xa8   0xee   0x0a   0x01   0x00   0x00   0x00   0x00
0xc000090010:   0x00   0xe4   0x05   0x01   0x00   0x00   0x00   0x00
0xc000090018:   0x10   0xed   0x0a   0x01   0x00   0x00   0x00   0x00
0xc000090020:   0x00   0xe4   0x05   0x01   0x00   0x00   0x00   0x00
0xc000090028:   0x58   0xf1   0x0a   0x01   0x00   0x00   0x00   0x00
0xc000090030:   0x00   0xe4   0x05   0x01   0x00   0x00   0x00   0x00
0xc000090038:   0x48   0xec   0x0a   0x01   0x00   0x00   0x00   0x00

仔细观察上面的数据，偶数行内容都是相同的，这个是 interface 的 itab 地址。奇数行内容是不同的，指向实际的数据。

打印地址内容：

(dlv) x -fmt hex -len 8 0x010aeea8
0x10aeea8:   0x55   0x00   0x00   0x00   0x00   0x00   0x00   0x00
(dlv) x -fmt hex -len 8 0x010aed10
0x10aed10:   0x22   0x00   0x00   0x00   0x00   0x00   0x00   0x00
(dlv) x -fmt hex -len 8 0x010af158
0x10af158:   0xab   0x00   0x00   0x00   0x00   0x00   0x00   0x00
(dlv) x -fmt hex -len 8 0x010aec48
0x10aec48:   0x09   0x00   0x00   0x00   0x00   0x00   0x00   0x00

很明显，通过打印程序运行中的状态，和我们的理论分析是一致的。

通用方法

通过以上分析，我们知道了不能转换的原因，那有没有一个通用方法呢？因为我实在是不想每次多写那几行代码。

也是有的，用反射 reflect，但是缺点也很明显，效率会差一些，不建议使用。

func InterfaceSlice(slice interface) []interface 
	s := reflect.ValueOf(slice)
	if s.Kind() != reflect.Slice 
		panic("InterfaceSlice() given a non-slice type")
	

	// Keep the distinction between nil and empty slice input
	if s.IsNil() 
		return nil
	

	ret := make([]interface, s.Len())

	for i := 0; i < s.Len(); i++ 
		ret[i] = s.Index(i).Interface()
	

	return ret

还有其他方式吗？答案就是 Go 1.18 支持的泛型，这里就不过多介绍了，大家有兴趣的话可以继续研究。

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参考文章：

• https://stackoverflow.com/questions/12753805/type-converting-slices-of-interfaces
• https://github.com/golang/go/wiki/InterfaceSlice
• https://eli.thegreenplace.net/2021/go-internals-invariance-and-memory-layout-of-slices/

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