原文链接 http://www.limerence2017.com/2019/09/24/golang14/#more
前文介绍过golang interface用法，本文详细剖析interface内部实现和细节。
empty interface实现细节
interface底层使用两种类型实现的，一个是eface，一个是iface。当interface中没有方法的时候，底层是通过eface实现的。
当interface包含方法时，那么它的底层是通过iface实现的。
对于iface和eface具体实现在go源码runtime2.go中，我们看下源码
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- type eface struct {
_type *_type
data unsafe.Pointer
}
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可以看到eface包含两个结构，一个是_type类型指针，一个是unsafe包的Pointer变量
继续追踪Pointer
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- type Pointer *ArbitraryType
type ArbitraryType int
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可以看出Pointer实际上是int类型的指针。我们再看看_type类型
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- type _type struct {
size uintptr
ptrdata uintptr // size of memory prefix holding all pointers
hash uint32
tflag tflag
align uint8
fieldalign uint8
kind uint8
alg *typeAlg
// gcdata stores the GC type data for the garbage collector.
// If the KindGCProg bit is set in kind, gcdata is a GC program.
// Otherwise it is a ptrmask bitmap. See mbitmap.go for details.
gcdata *byte
str nameOff
ptrToThis typeOff
}
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size 为该类型所占用的字节数量。
kind 表示类型的种类，如 bool、int、float、string、struct、interface 等。
str 表示类型的名字信息，它是一个 nameOff(int32) 类型，通过这个 nameOff，可以找到类型的名字字符串
eface结构总结图
eface 分两个部分， *_type 类型为实际类型转化为type类型的指针，data为实际数据。
具体类型如何转化为eface
我们写一段程序efacedemo.go，然后用gobuild命令生成可执行文件，再用汇编查看下源码。
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- package main
-
- import "fmt"
-
- type EmpInter interface {
} -
- type EmpStruct struct {
num int
} -
- func main() {
-
- emps := EmpStruct{num: 1}
var empi EmpInter
empi = emps
fmt.Println(empi)
fmt.Println(emps) -
- }
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先用gcflags标记编译生成可执行文件efacedemo
go build -gcflags “-l” -o efacedemo efacedemo.go
然后执行go tool objdump 将 可执行程序efacedemo中main包的main函数转为汇编代码
go tool objdump -s “main.main” efacedemo
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- efacedemo.go:12 0x48ffa0 65488b0c2528000000 MOVQ GS:0x28, CX
efacedemo.go:12 0x48ffa9 488b8900000000 MOVQ 0(CX), CX
efacedemo.go:12 0x48ffb0 483b6110 CMPQ 0x10(CX), SP
efacedemo.go:12 0x48ffb4 0f86ae000000 JBE 0x490068
efacedemo.go:12 0x48ffba 4883ec48 SUBQ $0x48, SP
efacedemo.go:12 0x48ffbe 48896c2440 MOVQ BP, 0x40(SP)
efacedemo.go:12 0x48ffc3 488d6c2440 LEAQ 0x40(SP), BP
efacedemo.go:16 0x48ffc8 48c7042401000000 MOVQ $0x1, 0(SP)
efacedemo.go:16 0x48ffd0 e8fb89f7ff CALL runtime.convT64(SB) //注意这里调用runtime包的convT64函数
efacedemo.go:16 0x48ffd5 488b442408 MOVQ 0x8(SP), AX
efacedemo.go:17 0x48ffda 0f57c0 XORPS X0, X0
efacedemo.go:17 0x48ffdd 0f11442430 MOVUPS X0, 0x30(SP)
efacedemo.go:17 0x48ffe2 488d0d17c20100 LEAQ runtime.types+111104(SB
efacedemo.go:17 0x48ffe9 48894c2430 MOVQ CX, 0x30(SP)
efacedemo.go:17 0x48ffee 4889442438 MOVQ AX, 0x38(SP)
efacedemo.go:17 0x48fff3 488d442430 LEAQ 0x30(SP), AX
efacedemo.go:17 0x48fff8 48890424 MOVQ AX, 0(SP)
efacedemo.go:17 0x48fffc 48c744240801000000 MOVQ $0x1, 0x8(SP)
efacedemo.go:17 0x490005 48c744241001000000 MOVQ $0x1, 0x10(SP)
efacedemo.go:17 0x49000e e8fd98ffff CALL fmt.Println(SB)
efacedemo.go:18 0x490013 48c7042401000000 MOVQ $0x1, 0(SP)
efacedemo.go:18 0x49001b e8b089f7ff CALL runtime.convT64(SB) //注意这里调用runtime包的convT64函数
efacedemo.go:18 0x490020 488b442408 MOVQ 0x8(SP), AX
efacedemo.go:18 0x490025 0f57c0 XORPS X0, X0
efacedemo.go:18 0x490028 0f11442430 MOVUPS X0, 0x30(SP)
efacedemo.go:18 0x49002d 488d0dccc10100 LEAQ runtime.types+111104(SB
efacedemo.go:18 0x490034 48894c2430 MOVQ CX, 0x30(SP)
efacedemo.go:18 0x490039 4889442438 MOVQ AX, 0x38(SP)
efacedemo.go:18 0x49003e 488d442430 LEAQ 0x30(SP), AX
efacedemo.go:18 0x490043 48890424 MOVQ AX, 0(SP)
efacedemo.go:18 0x490047 48c744240801000000 MOVQ $0x1, 0x8(SP)
efacedemo.go:18 0x490050 48c744241001000000 MOVQ $0x1, 0x10(SP)
efacedemo.go:18 0x490059 e8b298ffff CALL fmt.Println(SB)
efacedemo.go:20 0x49005e 488b6c2440 MOVQ 0x40(SP), BP
efacedemo.go:20 0x490063 4883c448 ADDQ $0x48, SP
efacedemo.go:20 0x490067 c3 RET
efacedemo.go:12 0x490068 e883f2fbff CALL runtime.morestack_noctx
efacedemo.go:12 0x49006d e92effffff JMP main.main(SB)
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抛开寄存器寻址和寄存数据不谈，我们看到efacedemo.go:16行， CALL runtime.convT64(SB)语句说明调用了runtime包的convT64函数
这个函数在runtime.go 中有声明
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- // Specialized type-to-interface conversion.
// These return only a data pointer.
func convT16(val any) unsafe.Pointer // val must be uint16-like (same size and alignment as a uint16)
func convT32(val any) unsafe.Pointer // val must be uint32-like (same size and alignment as a uint32)
func convT64(val any) unsafe.Pointer // val must be uint64-like (same size and alignment as a uint64 and contains no pointers)
func convTstring(val any) unsafe.Pointer // val must be a string
func convTslice(val any) unsafe.Pointer // val must be a slice
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看注释就知道是type类型转化为interface类型，计算机将EmpStruct强制转化为type类型后，type类型进一步转化为interface，并且将EmpStruct数据
转化为unsafe.Pointer,毕竟int在64位机器中为8字节，所以采用了convT64函数。
还有一个函数convT2E,这个函数是将type转化为eface类型，大家可以读一读runtime源码。
convT2E源码
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- func convT2E(t *_type, elem unsafe.Pointer) (e eface) {
if raceenabled {
raceReadObjectPC(t, elem, getcallerpc(), funcPC(convT2E))
}
if msanenabled {
msanread(elem, t.size)
}
x := mallocgc(t.size, t, true)
// TODO: We allocate a zeroed object only to overwrite it with actual data.
// Figure out how to avoid zeroing. Also below in convT2Eslice, convT2I, convT2Islice.
typedmemmove(t, x, elem)
e._type = t
e.data = x
return
}
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内部调用了typedmemove做类型判断，所以一个类能否转化为某个接口是在runtime这一层做判断的。判断条件就是我之前所说的是否
实现了该接口所有的方法。
将上面的代码用eface图解就是
具体类型如何转换为iface
当接口中带有方法的时候，接口底层的实现就是通过iface结构实现的。我们下一个带方法的接口，然后反汇编一下。
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- package main
-
- import "fmt"
-
- type EmpInter interface {
GetNum() int
} -
- type EmpStruct struct {
num int
} -
- func (es *EmpStruct) GetNum() int {
return es.num
} -
- func main() {
-
- emps := EmpStruct{num: 1}
var empi EmpInter
empi = &emps
fmt.Println(empi)
fmt.Println(emps) -
- }
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和之前操作一样，先编译
go build -gcflags “-l” -o ifacedemo ifacedemo.go
然后反汇编找到指令
go tool objdump -s “main.main” ifacedemo
生成的汇编指令如下
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- ifacedemo.go:17 0x48ffb0 65488b0c2528000000 MOVQ GS:0x28, CX
ifacedemo.go:17 0x48ffb9 488b8900000000 MOVQ 0(CX), CX
ifacedemo.go:17 0x48ffc0 483b6110 CMPQ 0x10(CX), SP
ifacedemo.go:17 0x48ffc4 0f86c1000000 JBE 0x49008b
ifacedemo.go:17 0x48ffca 4883ec50 SUBQ $0x50, SP
ifacedemo.go:17 0x48ffce 48896c2448 MOVQ BP, 0x48(SP)
ifacedemo.go:17 0x48ffd3 488d6c2448 LEAQ 0x48(SP), BP
ifacedemo.go:19 0x48ffd8 488d0521c30100 LEAQ runtime.types+111360(SB), AX
ifacedemo.go:19 0x48ffdf 48890424 MOVQ AX, 0(SP)
ifacedemo.go:19 0x48ffe3 e868b3f7ff CALL runtime.newobject(SB)
ifacedemo.go:19 0x48ffe8 488b442408 MOVQ 0x8(SP), AX
ifacedemo.go:19 0x48ffed 4889442430 MOVQ AX, 0x30(SP)
ifacedemo.go:19 0x48fff2 48c70001000000 MOVQ $0x1, 0(AX)
ifacedemo.go:22 0x48fff9 488b0d48ce0400 MOVQ go.itab.*main.EmpStruct,main.EmpInter+8(SB), CX
ifacedemo.go:22 0x490000 0f57c0 XORPS X0, X0
ifacedemo.go:22 0x490003 0f11442438 MOVUPS X0, 0x38(SP)
ifacedemo.go:22 0x490008 48894c2438 MOVQ CX, 0x38(SP)
ifacedemo.go:22 0x49000d 4889442440 MOVQ AX, 0x40(SP)
ifacedemo.go:22 0x490012 488d4c2438 LEAQ 0x38(SP), CX
ifacedemo.go:22 0x490017 48890c24 MOVQ CX, 0(SP)
ifacedemo.go:22 0x49001b 48c744240801000000 MOVQ $0x1, 0x8(SP)
ifacedemo.go:22 0x490024 48c744241001000000 MOVQ $0x1, 0x10(SP)
ifacedemo.go:22 0x49002d e8de98ffff CALL fmt.Println(SB)
ifacedemo.go:23 0x490032 488b442430 MOVQ 0x30(SP), AX
ifacedemo.go:23 0x490037 488b00 MOVQ 0(AX), AX
ifacedemo.go:23 0x49003a 48890424 MOVQ AX, 0(SP)
ifacedemo.go:23 0x49003e e88d89f7ff CALL runtime.convT64(SB)
ifacedemo.go:23 0x490043 488b442408 MOVQ 0x8(SP), AX
ifacedemo.go:23 0x490048 0f57c0 XORPS X0, X0
ifacedemo.go:23 0x49004b 0f11442438 MOVUPS X0, 0x38(SP)
ifacedemo.go:23 0x490050 488d0da9c20100 LEAQ runtime.types+111360(SB), CX
ifacedemo.go:23 0x490057 48894c2438 MOVQ CX, 0x38(SP)
ifacedemo.go:23 0x49005c 4889442440 MOVQ AX, 0x40(SP)
ifacedemo.go:23 0x490061 488d442438 LEAQ 0x38(SP), AX
ifacedemo.go:23 0x490066 48890424 MOVQ AX, 0(SP)
ifacedemo.go:23 0x49006a 48c744240801000000 MOVQ $0x1, 0x8(SP)
ifacedemo.go:23 0x490073 48c744241001000000 MOVQ $0x1, 0x10(SP)
ifacedemo.go:23 0x49007c e88f98ffff CALL fmt.Println(SB)
ifacedemo.go:25 0x490081 488b6c2448 MOVQ 0x48(SP), BP
ifacedemo.go:25 0x490086 4883c450 ADDQ $0x50, SP
ifacedemo.go:25 0x49008a c3 RET
ifacedemo.go:17 0x49008b e860f2fbff CALL runtime.morestack_noctxt(SB)
ifacedemo.go:17 0x490090 e91bffffff JMP main.main(SB)
:-1 0x490095 cc INT $0x3
:-1 0x490096 cc INT $0x3
:-1 0x490097 cc INT $0x3
:-1 0x490098 cc INT $0x3
:-1 0x490099 cc INT $0x3
:-1 0x49009a cc INT $0x3
:-1 0x49009b cc INT $0x3
:-1 0x49009c cc INT $0x3
:-1 0x49009d cc INT $0x3
:-1 0x49009e cc INT $0x3
:-1 0x49009f cc INT $0x3
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抛开寄存器寻址和移动数据，我们查看call和重要的数据copy
19行LEAQ runtime.types+111360(SB), AX做了类型上的转换
19行CALL runtime.newobject(SB)调用了runtime包的newobject方法，开辟我们结构体的指针
22行MOVQ go.itab.*main.EmpStruct,main.EmpInter+8(SB), CX将我们结构体部分信息保存在itab中。
23行 CALL runtime.convT64(SB)， 实际上将64位的num转化为数据存在data域中。
这些函数都可以在runtime包中找到，读者可以自己阅读。另外，还有个重要函数convT2I
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- func convT2I(tab *itab, elem unsafe.Pointer) (i iface) {
t := tab._type
if raceenabled {
raceReadObjectPC(t, elem, getcallerpc(), funcPC(convT2I))
}
if msanenabled {
msanread(elem, t.size)
}
x := mallocgc(t.size, t, true)
typedmemmove(t, x, elem)
i.tab = tab
i.data = x
return
}
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这个函数将Type类型转化为Iface类型。类似的函数还有convT2Inoptr(Type转Iface指针)。读者可以自己阅读源码。
通过上面的调试和分析，我们知道iface中结构和eface略有不同，多出一个itab类型的结构，我们看看iface源码
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- type iface struct {
tab *itab
data unsafe.Pointer
}
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和eface不同，iface的第一个字段是itab指针。我们继续查看itab的定义
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- 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.
}
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itab 各参数含义
inter和_type共同确认实际的类型信息，因为在接口中有方法的时候，itab要保存接口方法的一些额外信息，如名字，类型等。
hash 用于查询类型和判断类型，比如接口赋值，接口转换判断等。
fun 为具体的方法集，所有的方法保存在fun里。虽然fun大小为1，但是这其实是一个柔型数组，后面的地址空间连续且安全，
后面能存多少函数，取决于itab初始化多大的空间。
图解iface结构
结合代码，具象化的绘制一下
以上就是interface内部结构和动态调用的原理。根据fun方法集动态调用具体类的方法，从而实现了多态。
gdb调试
除了可以通过反汇编的方式查看代码指令，其实通过汇编查看函数调用也是很不错的手段。
go build -gcflags “-N -l” -o ifacedemo ifacedemo.go
先编译出可执行文件, -N 忽略优化
然后gdb调试
gdb ifacedemo
进入gdb调试界面
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- (gdb) list 20
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17 func main() {
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19 emps := EmpStruct{num: 1}
20 var empi EmpInter
21 empi = &emps
22 fmt.Println(empi)
23 fmt.Println(emps)
24
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输入list 20 为了列举 20行左右代码，然后我们在22行处打个断点,执行run让程序跑在断点处停止
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- (gdb) break 22
Breakpoint 1 at 0x4872ea: file /home/secondtonone/workspace/goProject/src/golang-/ifacedemo/ifacedemo.go, line 22.
(gdb) run
Starting program: /home/secondtonone/workspace/goProject/src/golang-/ifacedemo/ifacedemo
[New LWP 9562]
[New LWP 9563]
[New LWP 9564] -
- Thread 1 "ifacedemo" hit Breakpoint 1, main.main () at /home/secondtonone/workspace/goProject/src/golang-/ifacedemo/ifacedemo.go:22
22 fmt.Println(empi)
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接下来我们查看下empi这个接口的数据信息
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- (gdb) p empi
$1 = {tab = 0x4d0ee0 <EmpStruct,main.EmpInter>, data = 0xc000078010}
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看得出empi是iface结构的，包含tab和data两个字段。
我们查看下tab里的内容
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- (gdb) p empi.tab
$2 = (runtime.itab *) 0x4d0ee0 <EmpStruct,main.EmpInter>
(gdb) p *empi.tab
$3 = {inter = 0x4a17a0, _type = 0x49f3c0, hash = 4144246241, _ = "\000\000\000", fun = {4747840}}
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可以看得出 tab是个地址，我们*解引用看到内部内容和上面所述一样，inter, _type, hash, 函数集合fun
接下来我们将代码反汇编
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- (gdb) disass
Dump of assembler code for function main.main:
0x0000000000487260 <+0>: mov %fs:0xfffffffffffffff8,%rcx
0x0000000000487269 <+9>: lea -0x58(%rsp),%rax
0x000000000048726e <+14>: cmp 0x10(%rcx),%rax
0x0000000000487272 <+18>: jbe 0x487443 <main.main+483>
0x0000000000487278 <+24>: sub $0xd8,%rsp
0x000000000048727f <+31>: mov %rbp,0xd0(%rsp)
0x0000000000487287 <+39>: lea 0xd0(%rsp),%rbp
0x000000000048728f <+47>: lea 0x1b22a(%rip),%rax # 0x4a24c0
0x0000000000487296 <+54>: mov %rax,(%rsp)
0x000000000048729a <+58>: callq 0x40b070 <runtime.newobject>
0x000000000048729f <+63>: mov 0x8(%rsp),%rax
0x00000000004872a4 <+68>: mov %rax,0x68(%rsp)
0x00000000004872a9 <+73>: movq $0x0,0x30(%rsp)
0x00000000004872b2 <+82>: movq $0x1,0x30(%rsp)
0x00000000004872bb <+91>: mov 0x68(%rsp),%rax
0x00000000004872c0 <+96>: movq $0x1,(%rax)
0x00000000004872c7 <+103>: xorps %xmm0,%xmm0
0x00000000004872ca <+106>: movups %xmm0,0x70(%rsp)
0x00000000004872cf <+111>: mov 0x68(%rsp),%rax
0x00000000004872d4 <+116>: mov %rax,0x50(%rsp)
0x00000000004872d9 <+121>: lea 0x49c00(%rip),%rcx # 0x4d0ee0 <go.itab.*main.EmpStruct,main.EmpInter>
0x00000000004872e0 <+128>: mov %rcx,0x70(%rsp)
0x00000000004872e5 <+133>: mov %rax,0x78(%rsp)
0x00000000004872ea <+138>: mov 0x78(%rsp),%rax
0x00000000004872ef <+143>: mov 0x70(%rsp),%rcx
0x00000000004872f4 <+148>: mov %rcx,0x80(%rsp)
0x00000000004872fc <+156>: mov %rax,0x88(%rsp)
0x0000000000487304 <+164>: mov %rcx,0x48(%rsp)
0x0000000000487309 <+169>: cmpq $0x0,0x48(%rsp)
0x000000000048730f <+175>: jne 0x487316 <main.main+182>
0x0000000000487311 <+177>: jmpq 0x48743e <main.main+478>
0x0000000000487316 <+182>: test %al,(%rcx)
0x0000000000487318 <+184>: mov 0x8(%rcx),%rax
0x000000000048731c <+188>: mov %rax,0x48(%rsp)
0x0000000000487321 <+193>: jmp 0x487323 <main.main+195>
0x0000000000487323 <+195>: xorps %xmm0,%xmm0
0x0000000000487326 <+198>: movups %xmm0,0x90(%rsp)
0x000000000048732e <+206>: lea 0x90(%rsp),%rax
0x0000000000487336 <+214>: mov %rax,0x40(%rsp)
0x000000000048733b <+219>: test %al,(%rax)
0x000000000048733d <+221>: mov 0x48(%rsp),%rcx
0x0000000000487342 <+226>: mov 0x88(%rsp),%rdx
0x000000000048734a <+234>: mov %rcx,0x90(%rsp)
0x0000000000487352 <+242>: mov %rdx,0x98(%rsp)
0x000000000048735a <+250>: test %al,(%rax)
0x000000000048735c <+252>: jmp 0x48735e <main.main+254>
0x000000000048735e <+254>: mov %rax,0xa0(%rsp)
0x0000000000487366 <+262>: movq $0x1,0xa8(%rsp)
0x0000000000487372 <+274>: movq $0x1,0xb0(%rsp)
0x000000000048737e <+286>: mov %rax,(%rsp)
0x0000000000487382 <+290>: movq $0x1,0x8(%rsp)
0x000000000048738b <+299>: movq $0x1,0x10(%rsp)
0x0000000000487394 <+308>: callq 0x480c60 <fmt.Println>
=> 0x0000000000487399 <+313>: mov 0x68(%rsp),%rax
0x000000000048739e <+318>: mov (%rax),%rax
0x00000000004873a1 <+321>: mov %rax,0x38(%rsp)
0x00000000004873a6 <+326>: mov %rax,(%rsp)
0x00000000004873aa <+330>: callq 0x408950 <runtime.convT64>
0x00000000004873af <+335>: mov 0x8(%rsp),%rax
---Type <return> to continue, or q <return> to quit---
|
显示的就是在main包main函数的反汇编。和我们之前用tool工具看到的一样。
到此为止，interface内部结构和特性介绍完毕
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