類型斷言是Go語言中應用在接口值上的一個神奇特性，它有兩種典型的使用方式：

1）判斷接口值的動態(tài)類型是否為某個具體類型，如果是則進一步從接口值中提取出相應具體類型的值；
這里說的“具體類型”指的就是像int、string、slice以及struct這樣有特定存儲結構的類型。與“具體類型”相對的自然就是“抽象類型”，在Go語言中就是具有方法的接口類型，其抽象了對象行為而隱藏了背后實現(xiàn)。

2）判斷接口值的動態(tài)類型是否滿足某個目標接口類型，如果滿足則進一步將其轉換為目標接口值；
這里說的“目標接口類型”指的是具有方法的接口類型，如io.Reader、fmt.Stringer，而不是不含任何方法的接口類型interface{}。我們稱不包含任何方法的interface{}為“空接口類型”，這里說的“空”是類型而不是值，注意不要和nil混淆。

在Go語言的實現(xiàn)中，“空”接口類型的值和“非空”接口類型的值在存儲結構的定義上是不相同的，空接口類型的值用runtime.eface結構來存儲，而非空接口類型的值用runtime.iface結構來存儲。下面是兩種結構的具體定義：

runtime.eface

type eface struct {
    _type *_type
    data  unsafe.Pointer
}

runtime.iface

type iface struct {
    tab  *itab
    data unsafe.Pointer
}

從具體定義可以發(fā)現(xiàn)，兩種結構的大小是相等的，都是由兩個指針組成。兩種結構都有一個unsafe.Pointer類型的成員data，用來存儲具體類型值的地址，如果data為nil，相應的接口值就為nil。

eface結構中的另一個成員是指向_type類型的指針，名字也是_type。在Go程序的編譯階段，編譯器會為每種在代碼中被使用到的具體類型生成類型元數(shù)據，元數(shù)據里包含類型名、占用存儲空間大小、自定義類型的方法列表等信息。在最終生成的可執(zhí)行文件中，每種具體類型的元數(shù)據都是唯一的，并且以一個_type類型的結構作為入口，也就意味著每種具體類型的_type結構擁有唯一的地址。eface的_type字段存儲的就是data指針指向的值所屬具體類型的類型元數(shù)據地址。

var i interface{}
// 此行實際上分配了一個runtime.eface結構，等價于如下代碼：
// var i runtime.eface
//
// 你可能會疑惑，runtime.eface類型沒有被導出，但這只是對用戶代碼的限制
// 編譯器總是有權限做任何事情，就像g++能夠調用initializer_list的私有構造函數(shù)

a := 10

i = a
// 此行實際上做了兩件事情
// 1.將存儲int類型元數(shù)據的runtime._type對象地址賦給i._type
// 2.將變量a的地址賦給i.data
//
// i._type = &go.types.int
// i.data = unsafe.Pointer(&a)

所以說eface結構，本質上就是將具體類型值的地址和類型元數(shù)據地址打包在一起。在判斷eface接口值是否為某種具體類型時，直接比較_type指針是否相等即可，這也是Go語言中類型斷言的一種實現(xiàn)形式。

場景1 從interface{}斷言為某種具體類型：

func assert(v interface{}) {
    if i, ok := v.(int); ok {
        // todo ...
    }
}

// v的實際類型為runtime.eface，上述斷言實際上就是指針的相等性比較：
// ok := v._type == &go.types.int
//
// 這里如果不使用‘comma ok’ idiom，就會直接panic

iface中的tab字段是一個runtime.itab類型的指針，runtime.itab結構定義如下：

type itab struct {
    inter *interfacetype
    _type *_type
    hash  uint32 // copy of _type.hash. Used for type switches.
    _     [4]byte
    fun   [1]uintptr // variable sized. fun[0]==0 means _type does not implement inter.
}

itab類型被設計出來，最主要的目的就是實現(xiàn)Go語言的接口方法機制。要想通過接口值調用具體類型的方法，必須能夠從接口值出發(fā)，找到對應方法的地址。如果像eface那樣先找到_type，再通過查詢元數(shù)據找到對應方法，運行時效率實在低下。所以itab結構就是用來解決這個問題。

itab的_type字段同eface._type一樣，存儲的是接口值具體類型的元數(shù)據地址，而interfacetype結構存儲的是“非空”接口類型的類型元數(shù)據，其定義如下：

type interfacetype struct {
    typ     _type
    pkgpath name
    mhdr    []imethod
}

其中除了_type結構外，還包含包路徑pkgpath和方法列表mhdr，len(mhdr)等于接口中方法的個數(shù)。方法列表中存儲的是接口定義的所有方法的命子和類型信息。

itab的fun字段是一個指針數(shù)組，長度等于接口中方法的個數(shù)，里面存儲的是各個接口方法的地址，就像C++的虛函數(shù)表。itab結構有兩種分配方式：一是被編譯器靜態(tài)生成，二是由運行時動態(tài)分配，兩種情況都會為fun數(shù)組分配合適大小的空間。

我們根據itab的inter字段，即接口的元數(shù)據信息，能夠知道接口定義了哪些方法；根據itab的_type字段，即具體類型的元數(shù)據信息，能夠知道具體類型實現(xiàn)了哪些方法，以及方法的地址；最后我們從具體類型的方法列表里逐一查找到接口定義的方法，并將方法的地址保存到fun數(shù)組相應的位置。這樣我們就完成了一個itab的初始化，就像編譯器和運行時所做的那樣。

和C++的虛函數(shù)機制不同的是：一，不像C++的虛函數(shù)表完全在編譯階段生成，Go語言能夠在運行時分配并初始化itab；二，為了提高函數(shù)查找效率，_type中具體類型實現(xiàn)的方法列表，以及interfacetype中接口定義的方法列表mhdr都是經過排序的，查找時只需遍歷一次。

運行時負責分配和初始化itab的函數(shù)是runtime.getitab，如下函數(shù)聲明：

func getitab(inter *interfacetype, typ *_type, canfail bool) *itab

該函數(shù)的主要邏輯：

1. 檢查參數(shù)的合法性：要求len(inter.mhdr)大于0，即接口至少定義1個方法；要求typ描述的具體類型是“自定義”類型，只有自定義類型才能有方法；
2. 首先檢查itabTable里有沒有緩存對應于這對(inter, typ)的*itab，有則直接從緩存中取出來，跳到第6步；
3. 沒有緩存的情況下，持久內存分配itab對象，賦值itab.inter, itab._type = inter, typ，然后調用itab對象的init方法；
4. itab.init方法會遍歷匹配inter和_type的方法列表，并將找到的方法地址填寫到itab.fun數(shù)組對應位置，因為兩個列表都是排序過的，所以只遍歷一次效率很高。如果能夠匹配到接口定義的所有方法，則返回空字符串""；如果有某個接口方法在_type實現(xiàn)的方法列表中未找到，則賦值itab.fun[0] = 0，然后返回未找到方法的name；
5. 將itab添加到itabTable中，使用(inter, typ)作為key；
6. getitab根據fun[0] != 0判斷是否成功，成功則返回*itab，失敗則根據canfail參數(shù)決定返回nil或者panic。

getitab.png

由此看來，如果斷言的目標類型是一個“非空”接口類型，或者直接說存儲結構是iface，那么斷言邏輯需要檢查源具體類型實現(xiàn)的方法列表能否滿足接口定義的方法列表。從集合的角度來看，要求具體類型實現(xiàn)的方法集能夠包含接口定義的方法集，用A表示接口定義的方法集，B表示具體類型實現(xiàn)的方法集，則有：

到了程序運行階段，通過iface調用接口方法時，就可以直接從iface.itab.fun中按下標取到對應方法的地址，這點還是和虛函數(shù)機制很類似的。就像C++中同一個類的所有對象共享虛函數(shù)表一樣，Go語言中擁有相同interfacetype和_type的所有iface共享itab，運行時有個全局的哈希表itabTable，用來緩存已經初始化過的itab。

Go語言的編譯器總是嘗試在編譯階段做盡可能多的事情，這樣就能讓運行時更高效。在某些情況下，編譯器能夠在上下文中獲得足夠的信息，來靜態(tài)生成itab，就像如下代碼所示：

f, _ := os.Open("test.txt")

var rw io.ReadWriter
// 此行實際上分配了一個runtime.iface結構：
// var rw runtime.iface

rw = f
// 此行也是做了兩件事情，用偽代碼表示：
// rw.tab = &go.itab.*os.File,io.ReadWriter
// rw.data = unsafe.Pointer(&f)
//
// 編譯器有足夠的信息在編譯階段靜態(tài)生成itab：目標接口類型和源具體類型均可從上下文得到
// 這里rw.tab.fun數(shù)組的大小為2，存儲的分別是*os.File的Read和Write方法的地址

在某些情況下，編譯器從上下文中無法得到足夠的信息，所以就只能依靠運行時分配并初始化itab。

場景2 從interface{}斷言為某種“非空”接口類型

func assert(v interface{}) {
    if w, ok := v.(io.Writer); ok {
        // todo ...
    }
}

// v的實際類型為runtime.eface，v.data動態(tài)類型在編譯階段不可知，無法靜態(tài)生成itab
//
// 從eface到iface，’comma ok’形式，通過runtime.assertE2I2函數(shù)進行處理

在Go語言運行時中，有4個函數(shù)用來處理目標類型為“非空”接口的斷言：

// 判斷iface的具體類型是否實現(xiàn)了inter要求的方法集，否則panic
func assertI2I(inter *interfacetype, i iface) (r iface)

// 判斷iface的具體類型是否實現(xiàn)了inter要求的方法集，否則返回false，'comma ok'形式
func assertI2I2(inter *interfacetype, i iface) (r iface, b bool)

// 判斷eface的具體類型是否實現(xiàn)了inter要求的方法集，否則panic
func assertE2I(inter *interfacetype, e eface) (r iface)

// 判斷eface的具體類型是否實現(xiàn)了inter要求的方法集，否則返回false，'comma ok'形式
func assertE2I2(inter *interfacetype, e eface) (r iface, b bool)

這4個函數(shù)主要邏輯都是通過runtime.getitab來實現(xiàn)的。

場景3 從一種“非空”接口類型斷言為另一種“非空”接口類型

func assert(w io.Writer) {
    if rw, ok := w.(io.ReadWriter); ok {
        // todo ...
    }
}

// w的實際類型為runtime.iface
// 本質上就是檢查w.itab._type是否實現(xiàn)了io.ReadWriter定義的兩個方法
// 通過runtime.assertI2I2函數(shù)進行處理

而對于源為“非空”接口類型，目標為具體類型的斷言，編譯器是能夠在編譯階段生成itab的，所以不需要運行時動態(tài)處理。

場景4 從“非空”接口類型斷言為某種具體類型

func assert(w io.Writer) {
    if f, ok := w.(*os.File); ok {
        // todo ...
    }
}

// v的實際類型為runtime.iface
// 具體類型為*os.File，接口類型為io.Writer，兩個都能確定可以在編譯階段生成itab
//
// 本質上上述斷言被實現(xiàn)為指針的相等性比較：
// ok := v.itab == &go.itab.*os.File,io.Writer

上面之所以把4個場景的示例代碼都放在單獨的函數(shù)中，是為了避免額外的上下文信息造成編譯器的進一步優(yōu)化，從而干擾實驗效果。例如如下代碼是不會用到runtime.assertI2I的：

f, _ := os.Open("test.txt")
var w io.Writer = f
var rw io.ReadWriter = w.(io.ReadWriter)
// 編譯器可以通過分析上下文，得知w的動態(tài)類型為*os.File，從而靜態(tài)生成rw.itab

本文介紹了“空”接口類型值和“非空”接口類型值的不同存儲結構runtime.eface和runtime.iface，以及具體類型元數(shù)據_type和“非空”接口類型元數(shù)據interfacetype在類型斷言中起到的作用。在探討類型斷言的具體實現(xiàn)時，按照源類型是“空”或“非空”接口類型、目標類型是具體類型或者“非空”接口類型，分成了4種情況來研究。在目標類型為具體類型時，編譯器可以在編譯階段生成需要的結構，運行階段只需比較指針相等性；目標類型為“非空”接口類型時，需要通過runtime.assert系列4個函數(shù)進行處理。