11.12 接口與動(dòng)態(tài)類型

11.12.1 Go 的動(dòng)態(tài)類型

在經(jīng)典的面向?qū)ο笳Z言（像 C++，Java 和 C#）中數(shù)據(jù)和方法被封裝為 類 的概念：類包含它們兩者，并且不能剝離。

Go 沒有類：數(shù)據(jù)（結(jié)構(gòu)體或更一般的類型）和方法是一種松耦合的正交關(guān)系。

Go 中的接口跟 Java/C# 類似：都是必須提供一個(gè)指定方法集的實(shí)現(xiàn)。但是更加靈活通用：任何提供了接口方法實(shí)現(xiàn)代碼的類型都隱式地實(shí)現(xiàn)了該接口，而不用顯式地聲明。

和其它語言相比，Go 是唯一結(jié)合了接口值，靜態(tài)類型檢查（是否該類型實(shí)現(xiàn)了某個(gè)接口），運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換的語言，并且不需要顯式地聲明類型是否滿足某個(gè)接口。該特性允許我們?cè)诓桓淖円延械拇a的情況下定義和使用新接口。

接收一個(gè)（或多個(gè)）接口類型作為參數(shù)的函數(shù)，其實(shí)參可以是任何實(shí)現(xiàn)了該接口的類型。 實(shí)現(xiàn)了某個(gè)接口的類型可以被傳給任何以此接口為參數(shù)的函數(shù) 。

類似于 Python 和 Ruby 這類動(dòng)態(tài)語言中的 動(dòng)態(tài)類型（duck typing）；這意味著對(duì)象可以根據(jù)提供的方法被處理（例如，作為參數(shù)傳遞給函數(shù)），而忽略它們的實(shí)際類型：它們能做什么比它們是什么更重要。

這在程序 duck_dance.go 中得以闡明，函數(shù) DuckDance 接受一個(gè) IDuck 接口類型變量。僅當(dāng) DuckDance 被實(shí)現(xiàn)了 IDuck 接口的類型調(diào)用時(shí)程序才能編譯通過。

示例 11.16 duck_dance.go：

package main

import "fmt"

type IDuck interface {
    Quack()
    Walk()
}

func DuckDance(duck IDuck) {
    for i := 1; i <= 3; i++ {
        duck.Quack()
        duck.Walk()
    }
}

type Bird struct {
    // ...
}

func (b *Bird) Quack() {
    fmt.Println("I am quacking!")
}

func (b *Bird) Walk()  {
    fmt.Println("I am walking!")
}

func main() {
    b := new(Bird)
    DuckDance(b)
}

輸出：

I am quacking!
I am walking!
I am quacking!
I am walking!
I am quacking!
I am walking!

如果 Bird 沒有實(shí)現(xiàn) Walk()（把它注釋掉），會(huì)得到一個(gè)編譯錯(cuò)誤：

cannot use b (type *Bird) as type IDuck in function argument:
*Bird does not implement IDuck (missing Walk method)

如果對(duì) cat 調(diào)用函數(shù) DuckDance()，Go 會(huì)提示編譯錯(cuò)誤，但是 Python 和 Ruby 會(huì)以運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤結(jié)束。

11.12.2 動(dòng)態(tài)方法調(diào)用

像 Python，Ruby 這類語言，動(dòng)態(tài)類型是延遲綁定的（在運(yùn)行時(shí)進(jìn)行）：方法只是用參數(shù)和變量簡單地調(diào)用，然后在運(yùn)行時(shí)才解析（它們很可能有像 responds_to 這樣的方法來檢查對(duì)象是否可以響應(yīng)某個(gè)方法，但是這也意味著更大的編碼量和更多的測試工作）

Go 的實(shí)現(xiàn)與此相反，通常需要編譯器靜態(tài)檢查的支持：當(dāng)變量被賦值給一個(gè)接口類型的變量時(shí)，編譯器會(huì)檢查其是否實(shí)現(xiàn)了該接口的所有函數(shù)。如果方法調(diào)用作用于像 interface{} 這樣的“泛型”上，你可以通過類型斷言（參見 11.3 節(jié)）來檢查變量是否實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)接口。

例如，你用不同的類型表示 XML 輸出流中的不同實(shí)體。然后我們?yōu)?XML 定義一個(gè)如下的“寫”接口（甚至可以把它定義為私有接口）：

type xmlWriter interface {
    WriteXML(w io.Writer) error
}

現(xiàn)在我們可以實(shí)現(xiàn)適用于該流類型的任何變量的 StreamXML 函數(shù)，并用類型斷言檢查傳入的變量是否實(shí)現(xiàn)了該接口；如果沒有，我們就調(diào)用內(nèi)建的 encodeToXML 來完成相應(yīng)工作：

// Exported XML streaming function.
func StreamXML(v interface{}, w io.Writer) error {
    if xw, ok := v.(xmlWriter); ok {
        // It’s an  xmlWriter, use method of asserted type.
        return xw.WriteXML(w)
    }
    // No implementation, so we have to use our own function (with perhaps reflection):
    return encodeToXML(v, w)
}

// Internal XML encoding function.
func encodeToXML(v interface{}, w io.Writer) error {
    // ...
}

Go 在這里用了和 gob 相同的機(jī)制：定義了兩個(gè)接口 GobEncoder 和 GobDecoder。這樣就允許類型自己實(shí)現(xiàn)從流編解碼的具體方式；如果沒有實(shí)現(xiàn)就使用標(biāo)準(zhǔn)的反射方式。

因此 Go 提供了動(dòng)態(tài)語言的優(yōu)點(diǎn)，卻沒有其他動(dòng)態(tài)語言在運(yùn)行時(shí)可能發(fā)生錯(cuò)誤的缺點(diǎn)。

對(duì)于動(dòng)態(tài)語言非常重要的單元測試來說，這樣即可以減少單元測試的部分需求，又可以發(fā)揮相當(dāng)大的作用。

Go 的接口提高了代碼的分離度，改善了代碼的復(fù)用性，使得代碼開發(fā)過程中的設(shè)計(jì)模式更容易實(shí)現(xiàn)。用 Go 接口還能實(shí)現(xiàn) 依賴注入模式。

11.12.3 接口的提取

提取接口 是非常有用的設(shè)計(jì)模式，可以減少需要的類型和方法數(shù)量，而且不需要像傳統(tǒng)的基于類的面向?qū)ο笳Z言那樣維護(hù)整個(gè)的類層次結(jié)構(gòu)。

Go 接口可以讓開發(fā)者找出自己寫的程序中的類型。假設(shè)有一些擁有共同行為的對(duì)象，并且開發(fā)者想要抽象出這些行為，這時(shí)就可以創(chuàng)建一個(gè)接口來使用。 我們來擴(kuò)展 11.1 節(jié)的示例 11.2 interfaces_poly.go，假設(shè)我們需要一個(gè)新的接口 TopologicalGenus，用來給 shape 排序（這里簡單地實(shí)現(xiàn)為返回 int）。我們需要做的是給想要滿足接口的類型實(shí)現(xiàn) Rank() 方法：

示例 11.17 multi_interfaces_poly.go：

//multi_interfaces_poly.go
package main

import "fmt"

type Shaper interface {
    Area() float32
}

type TopologicalGenus interface {
    Rank() int
}

type Square struct {
    side float32
}

func (sq *Square) Area() float32 {
    return sq.side * sq.side
}

func (sq *Square) Rank() int {
    return 1
}

type Rectangle struct {
    length, width float32
}

func (r Rectangle) Area() float32 {
    return r.length * r.width
}

func (r Rectangle) Rank() int {
    return 2
}

func main() {
    r := Rectangle{5, 3} // Area() of Rectangle needs a value
    q := &Square{5}      // Area() of Square needs a pointer
    shapes := []Shaper{r, q}
    fmt.Println("Looping through shapes for area ...")
    for n, _ := range shapes {
        fmt.Println("Shape details: ", shapes[n])
        fmt.Println("Area of this shape is: ", shapes[n].Area())
    }
    topgen := []TopologicalGenus{r, q}
    fmt.Println("Looping through topgen for rank ...")
    for n, _ := range topgen {
        fmt.Println("Shape details: ", topgen[n])
        fmt.Println("Topological Genus of this shape is: ", topgen[n].Rank())
    }
}

輸出：

Looping through shapes for area ...
Shape details:  {5 3}
Area of this shape is:  15
Shape details:  &{5}
Area of this shape is:  25
Looping through topgen for rank ...
Shape details:  {5 3}
Topological Genus of this shape is:  2
Shape details:  &{5}
Topological Genus of this shape is:  1

所以你不用提前設(shè)計(jì)出所有的接口；整個(gè)設(shè)計(jì)可以持續(xù)演進(jìn)，而不用廢棄之前的決定。類型要實(shí)現(xiàn)某個(gè)接口，它本身不用改變，你只需要在這個(gè)類型上實(shí)現(xiàn)新的方法。

11.12.4 顯式地指明類型實(shí)現(xiàn)了某個(gè)接口

如果你希望滿足某個(gè)接口的類型顯式地聲明它們實(shí)現(xiàn)了這個(gè)接口，你可以向接口的方法集中添加一個(gè)具有描述性名字的方法。例如：

type Fooer interface {
    Foo()
    ImplementsFooer()
}

類型 Bar 必須實(shí)現(xiàn) ImplementsFooer 方法來滿足 Fooer 接口，以清楚地記錄這個(gè)事實(shí)。

type Bar struct{}
func (b Bar) ImplementsFooer() {}
func (b Bar) Foo() {}

大部分代碼并不使用這樣的約束，因?yàn)樗拗屏私涌诘膶?shí)用性。

但是有些時(shí)候，這樣的約束在大量相似的接口中被用來解決歧義。

11.12.5 空接口和函數(shù)重載

在 6.1 節(jié)中, 我們看到函數(shù)重載是不被允許的。在 Go 語言中函數(shù)重載可以用可變參數(shù) ...T 作為函數(shù)最后一個(gè)參數(shù)來實(shí)現(xiàn)（參見 6.3 節(jié)）。如果我們把 T 換為空接口，那么可以知道任何類型的變量都是滿足 T (空接口）類型的，這樣就允許我們傳遞任何數(shù)量任何類型的參數(shù)給函數(shù)，即重載的實(shí)際含義。

函數(shù) fmt.Printf 就是這樣做的：

fmt.Printf(format string, a ...interface{}) (n int, errno error)

這個(gè)函數(shù)通過枚舉 slice 類型的實(shí)參動(dòng)態(tài)確定所有參數(shù)的類型。并查看每個(gè)類型是否實(shí)現(xiàn)了 String() 方法，如果是就用于產(chǎn)生輸出信息。我們可以回到 11.10 節(jié)查看這些細(xì)節(jié)。

11.12.6 接口的繼承

當(dāng)一個(gè)類型包含（內(nèi)嵌）另一個(gè)類型（實(shí)現(xiàn)了一個(gè)或多個(gè)接口）的指針時(shí)，這個(gè)類型就可以使用（另一個(gè)類型）所有的接口方法。

例如：

type Task struct {
    Command string
    *log.Logger
}

這個(gè)類型的工廠方法像這樣：

func NewTask(command string, logger *log.Logger) *Task {
    return &Task{command, logger}
}

當(dāng) log.Logger 實(shí)現(xiàn)了 Log() 方法后，Task 的實(shí)例 task 就可以調(diào)用該方法：

task.Log()

類型可以通過繼承多個(gè)接口來提供像 多重繼承 一樣的特性：

type ReaderWriter struct {
    *io.Reader
    *io.Writer
}

上面概述的原理被應(yīng)用于整個(gè) Go 包，多態(tài)用得越多，代碼就相對(duì)越少（參見 12.8 節(jié)）。這被認(rèn)為是 Go 編程中的重要的最佳實(shí)踐。

有用的接口可以在開發(fā)的過程中被歸納出來。添加新接口非常容易，因?yàn)橐延械念愋筒挥米儎?dòng)（僅僅需要實(shí)現(xiàn)新接口的方法）。已有的函數(shù)可以擴(kuò)展為使用接口類型的約束性參數(shù)：通常只有函數(shù)簽名需要改變。對(duì)比基于類的 OO 類型的語言在這種情況下則需要適應(yīng)整個(gè)類層次結(jié)構(gòu)的變化。

練習(xí) 11.11：map_function_interface.go：

在練習(xí) 7.13 中我們定義了一個(gè) map 函數(shù)來使用 int 切片 （map_function.go）。

通過空接口和類型斷言，現(xiàn)在我們可以寫一個(gè)可以應(yīng)用于許多類型的 泛型 的 map 函數(shù)，為 int 和 string 構(gòu)建一個(gè)把 int 值加倍和連接字符串值的 map 函數(shù) mapFunc。

提示：為了可讀性可以定義一個(gè) interface{} 的別名，比如：type obj interface{}

練習(xí) 11.12：map_function_interface_var.go：

稍微改變練習(xí) 11.9，允許 mapFunc 接收不定數(shù)量的 items。

練習(xí) 11.13：main_stack.go—stack/stack_general.go：

在練習(xí) 10.10 和 10.11 中我們開發(fā)了一些棧結(jié)構(gòu)類型。但是它們被限制為某種固定的內(nèi)建類型。現(xiàn)在用一個(gè)元素類型是 interface{}（空接口）的切片開發(fā)一個(gè)通用的棧類型。

實(shí)現(xiàn)下面的棧方法：

Len() int
IsEmpty() bool
Push(x interface{})
Pop() (x interface{}, error)

Pop() 改變棧并返回最頂部的元素；Top() 只返回最頂部元素。

在主程序中構(gòu)建一個(gè)充滿不同類型元素的棧，然后彈出并打印所有元素的值。

鏈接

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