为什么 Go 不支持 []T 转换为 []interface
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2023-02-04 16:48
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：
The first is that a variable with type
[]interface{}is not an interface! It is a slice whose element type happens to be interface{}. But even given this, one might say that the meaning is clear. Well, is it? A variable with type[]interface{}has a specific memory layout, known at compile time. Each interface{} takes up two words (one word for the type of what is contained, the other word for either the contained data or a pointer to it). As a consequence, a slice with length N and with type[]interface{}is backed by a chunk of data that is N*2 words long. This is different than the chunk of data backing a slice with type[]MyTypeand the same length. Its chunk of data will beN*sizeof(MyType)words long. The result is that you cannot quickly assign something of type[]MyTypeto something of type[]interface{}; the data behind them just look different.
大概意思就是说，主要有两方面原因：
[]interface{}类型并不是interface，它是一个切片，只不过碰巧它的元素是interface；[]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 := []int64{0x55, 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：
iface表示包含方法的接口；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 := []int64{0x55, 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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