代码必须能够被人阅读,只是机器恰好可以执行
Go 语言不是一种 “传统” 的面向对象编程语言:它里面没有类和继承的概念。
但是 Go 语言里有非常灵活的 接口
概念,通过它可以实现很多面向对象的特性。接口提供了一种方式来 说明 对象的行为:如果谁能搞定这件事,它就可以用在这儿。
接口定义了一组方法(方法集),但是这些方法不包含(实现)代码:它们没有被实现(它们是抽象的)。接口里也不能包含变量。
不像大多数面向对象编程语言,在 Go 语言中接口可以有值,一个接口类型的变量或一个 接口值 :var ai Namer
,ai 是一个多字(multiword)数据结构,它的值是 nil。它本质上是一个指针,虽然不完全是一回事。指向接口值的指针是非法的,它们不仅一点用也没有,还会导致代码错误。
此处的方法指针表是通过运行时反射能力构建的。
类型(比如结构体)可以实现某个接口的方法集;这个实现可以描述为,该类型的变量上的每一个具体方法所组成的集合,包含了该接口的方法集。实现了 Namer 接口的类型的变量可以赋值给 ai(即 receiver 的值),方法表指针(method table ptr)就指向了当前的方法实现。当另一个实现了 Namer 接口的类型的变量被赋给 ai,receiver 的值和方法表指针也会相应改变。
很多面向对象语言都有接口这一概念,例如 Java 和 C#。Java 的接口不仅可以定义方法签名,还可以定义变量,这些定义的变量可以直接在实现接口的类中使用:
public interface MyInterface {
String hello = "Hello";
public void sayHello();
}
上述代码定义了一个必须实现的方法 sayHello
和一个会注入到实现类的变量 hello
。在下面的代码中,MyInterfaceImpl
就实现了 MyInterface
接口:
public class MyInterfaceImpl implements MyInterface {
public void sayHello() {
System.out.println(MyInterface.hello);
}
}
Java
中的类必须通过上述方式显式地声明实现的接口,但是在 Go
语言中实现接口就不需要使用类似的方式。首先,我们简单了解一下在 Go
语言中如何定义接口。定义接口需要使用 interface
关键字,在接口中我们只能定义方法签名,不能包含成员变量,一个常见的 Go
语言接口是这样的:
type error interface {
Error() string
}
如果一个类型需要实现 error
接口,那么它只需要实现 Error() string
方法,下面的 RPCError
结构体就是 error
接口的一个实现:
type RPCError struct {
Code int64
Message string
}
func (e *RPCError) Error() string {
return fmt.Sprintf("%s, code=%d", e.Message, e.Code)
}
细心的读者可能会发现上述代码根本就没有 error 接口的影子,这是为什么呢?Go 语言中接口的实现都是隐式的,我们只需要实现 Error() string 方法实现了 error 接口。Go 语言实现接口的方式与 Java 完全不同:
我们使用上述 RPCError 结构体时并不关心它实现了哪些接口,Go 语言只会在传递参数、返回参数以及变量赋值时才会对某个类型是否实现接口进行检查,这里举几个例子来演示发生接口类型检查的时机:
func main() {
var rpcErr error = NewRPCError(400, "unknown err") // typecheck1
err := AsErr(rpcErr) // typecheck2
println(err)
}
func NewRPCError(code int64, msg string) error {
return &RPCError{ // typecheck3
Code: code,
Message: msg,
}
}
func AsErr(err error) error {
return err
}
Go 语言会编译期间对代码进行类型检查,上述代码总共触发了三次类型检查:
接口也是 Go 语言中的一种类型,它能够出现在变量的定义、函数的入参和返回值中并对它们进行约束,不过 Go 语言中有两种略微不同的接口,一种是带有一组方法的接口,另一种是不带任何方法的 interface{}:
Go 语言使用 iface 结构体表示第一种接口,使用 eface 结构体表示第二种空接口,两种接口虽然都使用 interface 声明,但是由于后者在 Go 语言中非常常见,所以在实现时使用了特殊的类型。
需要注意的是,与 C 语言中的 void 不同,interface{} 类型不是任意类型,如果我们将类型转换成了 interface{} 类型,这边变量在运行期间的类型也发生了变化,获取变量类型时就会得到 interface{} 。
package main
func main() {
type Test struct{}
v := Test{}
Print(v)
}
func Print(v interface{}) {
println(v)
}
上述函数不接受任意类型的参数,只接受 interface{} 类型的值,在调用 Print 函数时会对参数 v 进行类型转换,将原来的 Test 类型转换成 interface{} 类型。
一个接口可以包含一个或多个其他的接口,这相当于直接将这些内嵌接口的方法列举在外层接口中一样。
比如接口 File 包含了 ReadWrite 和 Lock 的所有方法,它还额外有一个 Close() 方法。
type ReadWrite interface {
Read(b Buffer) bool
Write(b Buffer) bool
}
type Lock interface {
Lock()
Unlock()
}
type File interface {
ReadWrite
Lock
Close()
}
一个接口类型的变量 varI 中可以包含任何类型的值,必须有一种方式来检测它的 动态 类型,即运行时在变量中存储的值的实际类型。
通常我们可以使用 类型断言 来测试在某个时刻 varI 是否包含类型 T 的值:
v := varI.(T) // unchecked type assertion
varI 必须是一个接口变量,否则编译器会报错:
invalid type assertion: varI.(T) (non-interface type (type of varI) on left) 。
类型断言可能是无效的,虽然编译器会尽力检查转换是否有效,但是它不可能预见所有的可能性。如果转换在程序运行时失败会导致错误发生。更安全的方式是使用以下形式来进行类型断言:
if v, ok := varI.(T); ok { // checked type assertion
Process(v)
return
}
// varI is not of type T
如果转换合法,v 是 varI 转换到类型 T 的值,ok 会是 true;否则 v 是类型 T 的零值,ok 是 false,也没有运行时错误发生。
多数情况下,我们可能只是想在 if 中测试一下 ok 的值,此时使用以下的方法会是最方便的:
if _, ok := varI.(T); ok {
// ...
}
示例:
package main
import (
"fmt"
"math"
)
type Square struct {
side float32
}
type Circle struct {
radius float32
}
type Shaper interface {
Area() float32
}
func main() {
var areaIntf Shaper
sq1 := new(Square)
sq1.side = 5
areaIntf = sq1
// Is Square the type of areaIntf?
if t, ok := areaIntf.(*Square); ok {
fmt.Printf("The type of areaIntf is: %T\n", t)
}
if u, ok := areaIntf.(*Circle); ok {
fmt.Printf("The type of areaIntf is: %T\n", u)
} else {
fmt.Println("areaIntf does not contain a variable of type Circle")
}
}
func (sq *Square) Area() float32 {
return sq.side * sq.side
}
func (ci *Circle) Area() float32 {
return ci.radius * ci.radius * math.Pi
}
输出:
The type of areaIntf is: *main.Square
areaIntf does not contain a variable of type Circle
程序中定义了一个新类型 Circle,它也实现了 Shaper 接口。 if t, ok := areaIntf.(*Square); ok 测试 areaIntf 里是否有一个包含 *Square 类型的变量,结果是确定的;然后我们测试它是否包含一个 *Circle 类型的变量,结果是否定的。
备注
如果忽略 areaIntf.(*Square) 中的 * 号,会导致编译错误:impossible type assertion: Square does not implement Shaper (Area method has pointer receiver)。
接口变量的类型也可以使用一种特殊形式的 switch 来检测:type-switch
switch t := areaIntf.(type) {
case *Square:
fmt.Printf("Type Square %T with value %v\n", t, t)
case *Circle:
fmt.Printf("Type Circle %T with value %v\n", t, t)
case nil:
fmt.Printf("nil value: nothing to check?\n")
default:
fmt.Printf("Unexpected type %T\n", t)
}
变量 t 得到了 areaIntf 的值和类型, 所有 case 语句中列举的类型(nil 除外)都必须实现对应的接口(在上例中即 Shaper),如果被检测类型没有在 case 语句列举的类型中,就会执行 default 语句。
可以用 type-switch 进行运行时类型分析,但是在 type-switch 不允许有 fallthrough 。
如果仅仅是测试变量的类型,不用它的值,那么就可以不需要赋值语句,比如:
switch areaIntf.(type) {
case *Square:
// TODO
case *Circle:
// TODO
...
default:
// TODO
}
假定 v 是一个值,然后我们想测试它是否实现了 Stringer 接口,可以这样做:
type Stringer interface {
String() string
}
if sv, ok := v.(Stringer); ok {
fmt.Printf("v implements String(): %s\n", sv.String()) // note: sv, not v
}
在 Go 语言中同时使用指针和接口时会发生一些让人困惑的问题,接口在定义一组方法时没有对实现的接收者做限制,所以我们会看到『一个类型』
实现接口的两种方式:
这是因为结构体类型和指针类型是完全不同的,就像我们不能向一个接受指针的函数传递结构体,在实现接口时这两种类型也不能划等号。
上图中的两种实现不可以同时存在,Go 语言的编译器会在结构体类型和指针类型都实现一个方法时报错: method redeclared。
对 Cat 结构体来说,它在实现接口时可以选择接受者的类型,即结构体或者结构体指针,在初始化时也可以初始化成结构体或者指针。下
面的代码总结了如何使用结构体、结构体指针实现接口,以及如何使用结构体、结构体指针初始化变量。
type Cat struct {}
type Duck interface { ... }
type (c Cat) Quack {} // 使用结构体实现接口
type (c *Cat) Quack {} // 使用结构体指针实现接口
var d Duck = Cat{} // 使用结构体初始化变量
var d Duck = &Cat{} // 使用结构体指针初始化变量
实现接口的类型和初始化返回的类型两个维度组成了四种情况,这四种情况并不都能通过编译器的检查:
四种中只有『使用指针实现接口,使用结构体初始化变量』无法通过编译,其他的三种情况都可以正常执行。当实现接口的类型和初始化变量时返回的类型时相同时,代码通过编译是理所应当的:
而剩下的两种方式为什么一种能够通过编译,另一种无法通过编译呢?我们先来看一下能够通过编译的情况,也就是方法的接受者是结构体,而初始化的变量是结构体指针:
type Cat struct{}
func (c Cat) Quack() {
fmt.Println("meow")
}
func main() {
var c Duck = &Cat{}
c.Quack()
}
作为指针的 &Cat{} 变量能够隐式地获取到指向的结构体,所以能在结构体上调用 Walk 和 Quack 方法。我们可以将这里的调用理解成 C 语言中的 d->Walk() 和 d->Speak(),它们都会先获取指向的结构体再执行对应的方法。
但是如果我们将上述代码中方法的接受者和初始化的类型进行交换,代码就无法通过编译了:
type Duck interface {
Quack()
}
type Cat struct{}
func (c *Cat) Quack() {
fmt.Println("meow")
}
func main() {
var c Duck = Cat{}
c.Quack()
}
$ go build interface.go
./interface.go:20:6: cannot use Cat literal (type Cat) as type Duck in assignment:
Cat does not implement Duck (Quack method has pointer receiver)
编译器会提醒我们:Cat 类型没有实现 Duck 接口,Quack 方法的接受者是指针。
原因是因为: 接口中的值没有地址,那么就没有办法让接口中保存的实现类的地址,传入Quack函数,作为对象指针来调用方法了。
以上存在个人理解,如有不正确,欢迎指出
总结
将一个值赋值给一个接口时,编译器会确保所有可能的接口方法都可以在此值上被调用,因此不正确的赋值在编译期就会失败。
当方法的接收者是值时,不管是值调用还是指针调用,方法内部都是对原对象的副本进行操作,不会影响原对象; 当方法的接收者是指针时,不管是值调用还是指针调用,方法内部都是通过指针对原对象进行操作,会影响原对象。
我们可以通过一个例子理解『Go 语言的接口类型不是任意类型』
这一句话,下面的代码在 main 函数中初始化了一个 *TestStruct 结构体指针,由于指针的零值是 nil,所以变量 s 在初始化之后也是 nil:
package main
type TestStruct struct{}
func NilOrNot(v interface{}) bool {
return v == nil
}
func main() {
var s *TestStruct
fmt.Println(s == nil) // #=> true
fmt.Println(NilOrNot(s)) // #=> false
}
$ go run main.go
true
false
我们简单总结一下上述代码执行的结果:
出现上述现象的原因是 —— 调用 NilOrNot 函数时发生了隐式的类型转换,除了向方法传入参数之外,变量的赋值也会触发隐式类型转换。在类型转换时,*TestStruct 类型会转换成 interface{} 类型,转换后的变量不仅包含转换前的变量,还包含变量的类型信息 TestStruct,所以转换后的变量与 nil 不相等。
空接口或者最小接口 不包含任何方法,它对实现不做任何要求:
type Any interface {}
任何其他类型都实现了空接口(它不仅仅像 Java/C# 中 Object 引用类型),any 或 Any 是空接口一个很好的别名或缩写。
空接口类似 Java/C# 中所有类的基类: Object 类,二者的目标也很相近。
可以给一个空接口类型的变量 var val interface {} 赋任何类型的值。
示例:
package main
import "fmt"
var i = 5
var str = "ABC"
type Person struct {
name string
age int
}
type Any interface{}
func main() {
var val Any
val = 5
fmt.Printf("val has the value: %v\n", val)
val = str
fmt.Printf("val has the value: %v\n", val)
pers1 := new(Person)
pers1.name = "Rob Pike"
pers1.age = 55
val = pers1
fmt.Printf("val has the value: %v\n", val)
switch t := val.(type) {
case int:
fmt.Printf("Type int %T\n", t)
case string:
fmt.Printf("Type string %T\n", t)
case bool:
fmt.Printf("Type boolean %T\n", t)
case *Person:
fmt.Printf("Type pointer to Person %T\n", t)
default:
fmt.Printf("Unexpected type %T", t)
}
}
输出:
val has the value: 5
val has the value: ABC
val has the value: &{Rob Pike 55}
Type pointer to Person *main.Person
在上面的例子中,接口变量 val 被依次赋予一个 int,string 和 Person 实例的值,然后使用 type-switch 来测试它的实际类型。每个 interface {} 变量在内存中占据两个字长:一个用来存储它包含的类型,另一个用来存储它包含的数据或者指向数据的指针。
通过使用空接口。让我们给空接口定一个别名类型 Element:type Element interface{}
然后定义一个容器类型的结构体 Vector,它包含一个 Element 类型元素的切片:
type Vector struct {
a []Element
}
Vector 里能放任何类型的变量,因为任何类型都实现了空接口,实际上 Vector 里放的每个元素可以是不同类型的变量。我们为它定义一个 At() 方法用于返回第 i 个元素:
func (p *Vector) At(i int) Element {
return p.a[i]
}
再定一个 Set() 方法用于设置第 i 个元素的值:
func (p *Vector) Set(i int, e Element) {
p.a[i] = e
}
Vector 中存储的所有元素都是 Element 类型,要得到它们的原始类型(unboxing:拆箱)需要用到类型断言。
TODO:The compiler rejects assertions guaranteed to fail,类型断言总是在运行时才执行,因此它会产生运行时错误。
假设你有一个 myType 类型的数据切片,你想将切片中的数据复制到一个空接口切片中,类似:
var dataSlice []myType = FuncReturnSlice()
var interfaceSlice []interface{} = dataSlice
可惜不能这么做,编译时会出错:cannot use dataSlice (type []myType) as type []interface { } in assignment。
原因是它们俩在内存中的布局是不一样的。
必须使用 for-range 语句来一个一个显式地赋值:
var dataSlice []myType = FuncReturnSlice()
var interfaceSlice []interface{} = make([]interface{}, len(dataSlice))
for i, d := range dataSlice {
interfaceSlice[i] = d
}
诸如列表和树这样的数据结构,在它们的定义中使用了一种叫节点的递归结构体类型,节点包含一个某种类型的数据字段。现在可以使用空接口作为数据字段的类型,这样我们就能写出通用的代码。下面是实现一个二叉树的部分代码:通用定义、用于创建空节点的 NewNode 方法,及设置数据的 SetData 方法。
package main
import "fmt"
type Node struct {
le *Node
data interface{}
ri *Node
}
func NewNode(left, right *Node) *Node {
return &Node{left, nil, right}
}
func (n *Node) SetData(data interface{}) {
n.data = data
}
func main() {
root := NewNode(nil, nil)
root.SetData("root node")
// make child (leaf) nodes:
a := NewNode(nil, nil)
a.SetData("left node")
b := NewNode(nil, nil)
b.SetData("right node")
root.le = a
root.ri = b
fmt.Printf("%v\n", root) // Output: &{0x125275f0 root node 0x125275e0}
}
一个接口的值可以赋值给另一个接口变量,只要底层类型实现了必要的方法。这个转换是在运行时进行检查的,转换失败会导致一个运行时错误:这是 Go 语言动态的一面,可以拿它和 Ruby 和 Python 这些动态语言相比较。
假定:
var ai AbsInterface // declares method Abs()
type SqrInterface interface {
Sqr() float
}
var si SqrInterface
pp := new(Point) // say *Point implements Abs, Sqr
var empty interface{}
那么下面的语句和类型断言是合法的:
empty = pp // everything satisfies empty
ai = empty.(AbsInterface) // underlying value pp implements Abs()
// (runtime failure otherwise)
si = ai.(SqrInterface) // *Point has Sqr() even though AbsInterface doesn’t
empty = si // *Point implements empty set
// Note: statically checkable so type assertion not necessary.
下面是函数调用的一个例子:
type myPrintInterface interface {
print()
}
func f3(x myInterface) {
x.(myPrintInterface).print() // type assertion to myPrintInterface
}
x 转换为 myPrintInterface 类型是完全动态的:只要 x 的底层类型(动态类型)定义了 print 方法这个调用就可以正常运行