Go语言模型：通过runtime源码和汇编看interface的底层实现

Go的汇编

要看懂Go的内存模型，需要对Go runtime的源码和Go的汇编指令有一定的了解。Go的汇编是基于 Pan9 汇编的风格。Go的实现有大量的汇编代码，比如：goroutine的上下文切换肯定是要汇编的，切换栈帧和寄存器，这些是无法通过简单的function call来完成的，操作系统的线程上下文切换同样类似。

在Linux平台，可以通过看Go runtime的源码结合GDB(v7.1+)调试来快速理解一些Go关键的内存模型和运行原理，从而更加深刻的理解Go的语言特性。

Go的接口

在Go 1.10版中，Go interface 的实现在 runtime2.go 中，定义如下：

// 可以利用Goland IDE双击shift快速搜索到
type iface struct {
	tab  *itab           // 有类型信息、函数指针表等
	data unsafe.Pointer  // 类似C的void*
}

// layout of Itab known to compilers
// allocated in non-garbage-collected memory
// Needs to be in sync with
// ../cmd/compile/internal/gc/reflect.go:/^func.dumptypestructs.
type itab struct {
	inter  *interfacetype
	_type  *_type
	link   *itab
	bad    int32
	unused int32
	fun    [1]uintptr // variable sized
}

通过上面的源码，我们可以看到Go的接口类型本质也是一个结构体，里面是两个指针，一个指向类型+函数等信息，一个指向数据信息。那么显而易见，简单来说，一个结构体实现了一个接口，把这个结构体变量赋值给这个接口变量，那么显然这个接口变量里的俩指针，就完成了数据和实现的绑定。

一个小例子：

// @file: hi.go
package main

import (
	"fmt"
)

type Printer interface {
	Print()
}

type User struct {
	id   int
	name string
}

func (u *User) Print() {
	fmt.Println(u.id, u.name)
}

func main() {
	a := &User{
		id:   1,
		name: "Michel",
	}
	var m Printer = a
	m.Print()
}

编译时带上-gcflags "-N -l"忽略优化，然后用gdb分析如下：

go build -gcflags "-N -l" hi.go
gdb hi   // gdb 拉起进程, 断main.main然后next到接口变量m赋值，或者直接断对应行
(gdb) set pr pr on // 优化输出

// 接口的数据域
(gdb) p m
$4 = {
  tab = 0x4c3a20 <User,main.Printer>,
  data = 0xc42007c020 // 结构数据指针 == 对应结构体指针a
}
(gdb) p a
$5 = (struct main.User *) 0xc42007c020

// 接口的函数表
(gdb) p m.tab
$6 = (runtime.itab *) 0x4c3a20 <User,main.Printer>
(gdb) p *m.tab
$7 = {
  inter = 0x49b740,
  _type = 0x4991c0,
  hash = 1834220034,
  _ = "\000\000\000",
  fun = {4727024} // hex(4727024) = 0x00000000004820f0, 函数的入口地址
}
(gdb) s   // step in 这个函数，看入口地址
main.(*User).Print (u=0xc42007c020) at /media/sf_VMshare/go_workspace/src/hi.go:16
16	func (u *User) Print() {
(gdb) disass
Dump of assembler code for function main.(*User).Print:
=> 0x00000000004820f0 <+0>:	mov    %fs:0xfffffffffffffff8,%rcx

// 接口赋值的地方的反汇编
25		var m Printer = a
=> 0x00000000004822d8 <+120>:	mov    %rax,0x20(%rsp)
   0x00000000004822dd <+125>:	lea    0x4173c(%rip),%rcx        # 0x4c3a20 <go.itab.*main.User,main.Printer>
   0x00000000004822e4 <+132>:	mov    %rcx,0x28(%rsp)
   0x00000000004822e9 <+137>:	mov    %rax,0x30(%rsp)

这样，通过看Go runtime的源码，加上gdb调试，就很容易理解接口的底层实现原理了，进一步的Go进程内存布局也可以用同样方法深入查看。

参考

• Go语言圣经
• Go学习笔记
• Go 1.5 源码剖析
• Go Data Structures: Interfaces
• A Manual for the Plan 9 assembler
• 汇编和PLAN9汇编