学习go语言编程之面向对象

类型系统

类型系统是指一个语言的类型体系结构，一个典型的类型系统通常包含如下基本内容：

• 基础类型，如：byte、int、bool、float等
• 复合类型，如：数组、结构体、指针等
• 可以指向任意对象的类型（Any类型）
• 值语义和引用语义
• 面向对象，即：所有具备面向对象特征（比如成员方法）的类型
• 接口

为类型添加方法

在Golang中，可以给任意类型（包括内置类型，但不包括指针类型）添加相应的方法。

type Integer int

func (a Integer) Less(b Integer) bool {
	return a < b
}

如上示例，定义了一个新的类型Integer，它和int没有本质不同，只是它为内置的int类型增加了个新方法Less()。

这样实现了Integer后，就可以让整型像一个普通的类一样使用：

func main() {
	var a Integer = 1
	if a.Less(2) {
		fmt.Println(a, "less 2")
	}
}

Golang中的面向对象最为直观，也无需支付额外的成本。如果要求对象必须以指针传递，这有时会是个额外成本，因为对象有时很小（比如4个字节），用指针传递并不划算。

只有在需要修改对象的时候才必须使用指针。

// 需要修改对象的时候才必须使用指针
func (a *Integer) Add(b Integer) {
	*a += b
}

值语义和引用语义

值语义和引用语义的差别在于赋值，如下示例：

b = a
b.Modify()

如果b的修改不会影响a的值，那么此类型就是值类型；如果会影响a的值，那么此类型就是引用类型。

Golang中的大多数类型都是值语义，包括：

• 基本类型，如：byte、int、bool、float32、float64和string等
• 复合类型，如：数组、结构体、指针等

Golang中的数组与基本类型没有区别，是很纯粹的值类型。

var a = [3]int{1, 2, 3}
var b = a
b[1]++
fmt.Println(a)
fmt.Println(b)

输出：

[1 2 3]
[1 3 3]

b[1]++的结果并没有影响到a[1]的值，这表明b=a赋值语句是数据内容的完整复制。

要想表达引用，需要使用指针：

var a = [3]int{1, 2, 3}
var b = &a
b[1]++
fmt.Println(a)
fmt.Println(*b)

输出：

[1 3 3]
[1 3 3]

b[1]++的结果影响到了a[1]的值，这表明b=&a赋值语句是数组内容的引用。变量b的类型不是[3]int，而是*[3]int。

Golang中有4个类型比较特别，看起来像是引用类型，包括：

• 数组切片：指向数组（array）的一个区间
• map：极其常见的数据结构，提供键值查询能力
• channel：执行体（goroutine）间的通信设施
• 接口（interface）：对一组满足某个契约的类型的抽象

结构体

Golang放弃了包括继承在内的大量面向对象特性，只保留了组合这个最基础的特性。

前面已经说过，所有的Golang类型（指针类型除外）都可以有自己的方法。在这个背景下，Golang的结构体只是很普通的复合类型。

// 定义一个矩形类型
type Rect struct {
	x, y          float64
	width, height float64
}

定义一个成员方法来计算矩形的面积：

// 定义一个成员方法来计算面积
func (r *Rect) Area() float64 {
	return r.width * r.height
}

初始化

创建并初始化类型的对象实例有多种方式：

// 创建初始化自定义类型对象实例
rect1 := new(Rect)
rect2 := &Rect{}
rect3 := &Rect{0, 0, 100, 200}
rect4 := &Rect{width: 100, height: 200}

在Golang中，未进行显示初始化的变量都会被初始化为该类型的零值（如bool类型的零值为false，int类型的零值为0，string类型的零值为空字符串）。

在Golang中，没有构造函数的概念，对象的创建通常交给一个全局的创建函数来完成，以NewXXX类命名，表示构造函数。

// 创建类型对象的全局函数
func NewRect(x, y, width, height float64) *Rect {
	return &Rect{x, y, width, height}
}

匿名组合

确切地说，Golang也提供了继承，但是采用了组合的文法，所以称其为匿名组合。

type Base struct {
	Name string
}

func (base *Base) Foo() {
    fmt.Println("This is foo in Base")
}
func (base *Base) Bar() {}

type Foo struct {
	Base
}

func (foo *Foo) Bar() {
	foo.Base.Bar()
}

如上示例代码定义了一个Base类（实现了Foo()和Bar()两个成员方法），然后定义了一个Foo类，该类从Base类“继承”并改写了Bar()方法（该方法实现时先调用了基类的Bar()方法）。

在“派生类”Foo中没有改写“基类”的Base的成员方法时，相应的方法就被“继承”，例如调用foo.Foo()和调用foo.Base.Foo()效果一致。

func main() {
    foo := new(Foo)
	foo.Foo()      // 输出：This is foo in Base
	foo.Base.Foo() // 输出：This is foo in Base
}

与其他语言不同，Golang很清晰地告诉了类的内存布局是怎样的。

此外，在Golang中还可以随心所欲地修改内存布局。

type Foo struct {
	// ...
	Base
}

这段代码从语义上来说，与其他例子并无不同，但是内存布局发生了变化：“基类”Base的数据放在了“派生类”Foo的最后。

另外，在Golang中还可以以指针的方式从一个类型“派生”：

type Foo struct {
	*Base
}

这段代码依然有“派生”的效果，只是在创建Foo实例的时候，需要外部提供一个Base类实例的指针。

可见性

Golang没有提供类似private，protected，public这样表示可见性的关键字，要使某个符号对其他包可见，需要将该符号定义为大写字母开头。

type Rect struct {
	X, Y          float64
	Width, Height float64
}

这样Rect类型的全部成员就被导出了，可以被其他引用了Rect所在包的代码访问到。

成员方法的可见性也遵循同样的规则，如：

func (r *Rect) area() float64 {
	return r.Width * r.Height
}

这样Rect类型的成员方法area()就只能在该类型所在包内使用。

接口

非侵入式接口

在Golang中，一个类只需要实现了接口要求的所有函数，就可以说这个类实现了该接口。

如下定义一个File类，并实现了Read，Write，Seek，Close方法。

// 定义一个File类
type File struct {
}

func (f *File) Read(buf []byte) (n int, err error) {
	return 0, nil
}
func (f *File) Write(buf []byte) (n int, err error) {
	return 0, nil
}
func (f *File) Seek(off int64, whence int) (pos int64, err error) {
	return 0, nil
}
func (f *File) Close() error {
	return nil
}

假设有如下接口：

type IFile interface {
	Read(buf []byte) (n int, err error)
	Write(buf []byte) (n int, err error)
	Seek(off int64, whence int) (pos int64, err error)
	Close() error
}

type IReader interface {
	Read(buf []byte) (n int, err error)
}

type IWriter interface {
	Write(buf []byte) (n int, err error)
}

type ICloser interface {
	Close() error
}

尽管File类并没有从这些接口继承，甚至可以不知道这些接口的存在，但是File类实现了这些接口（实现了接口中的所有函数），所以如下赋值是正确的：

var file1 IFile = new(File)
var file2 IReader = new(File)
var file3 IWriter = new(File)
var file4 ICloser = new(File)

接口赋值

接口赋值在Golang中分为两种情况：

• 将对象实例赋值给接口
• 将一个接口赋值给另一个接口

将某种类型的实例赋值给接口，这要求该对象实例实现了接口要求的所有方法。

// Integer是一个新的类型
type Integer int

func (a Integer) Less(b Integer) bool {
	return a < b
}

func (a *Integer) Add(b Integer) {
	*a += b
}

// LessAdder是一个接口类型
type LessAdder interface {
	Less(b Integer) bool
	Add(b Integer)
}

显然，Integer类实现了LessAdder接口的所有方法，所以可以将Integer类实例赋值给LessAdder接口类型。

var a Integer = 1
var b LessAdder = &a

将一个接口赋值给另一个接口，要求两个接口拥有相同的方法列表（方法次序可以不同）。

type ReadWriter interface {
	Read(buf []byte) (n int, err error)
	Write(buf []byte) (n int, err error)
}

type IStream interface {
	Write(buf []byte) (n int, err error)
	Read(buf []byte) (n int, err error)
}

如上，两个接口类型ReadWriter和IStream拥有相同的方法列表，在Golang中这两个接口并无差别。

如下赋值是完全正确的：

var file1 ReadWriter = new(File) // 创建一个ReadWriter类型
var file2 IStream = file1        // 将ReadWriter类型赋值给IStream类型
var file3 ReadWriter = file2     // 将IStream类型赋值给ReadWriter类型

接口赋值并不要求两个接口必须等价：如果接口A的方法列表是接口B的方法列表的子集，那么接口B可以赋值给接口A，反过来并不成立。

type Writer interface {
	Write(buf []byte) (n int, err error)
}

var file1 ReadWriter = new(File)
var file2 Writer = file1     // 将“大”接口赋值给小接口可以
var file3 ReadWriter = file2 // 编译报错，不能将“小”接口赋值给大接口

接口查询

接口查询的语法如下：

// 判断file1对象（Writer类型）是否实现了IStream接口，如果实现了则执行特定的代码
var file1 Writer = new(File)
if file2, ok := file1.(IStream); ok {
    fmt.Println("file1 implement interface IStream, file2: ", file2)
}

还可以询问接口指向的对象是否是某个类型：

// 判断file1对象（Writer类型）是否属于File类型
var file1 Writer = new(File)
if file3, ok := file1.(*File); ok {
    fmt.Println("file1 is File type, file3: ", file3)
}

类型查询

在Golang中可以直接了当地询问接口只想的对象实例的类型：

var v1 interface{} = new(File)
switch v := v1.(type) {
case *File:
    fmt.Println(v, "is File type")
default:
    fmt.Println(v, "is Unknown type")
}

接口组合

// io包中的ReadWriter接口将基本的Read和Write方法组合起来
type ReadWriter interface {
    Reader
    Writer
}

ReadWriter接口组合了Reader和Writer两个接口，它完全等同于如下写法：

type ReadWriter interface {
    Read(p []byte) (n int, err error)
    Write(p []byte) (n int, err error)
}

因为这两种写法的表意完全相同：ReadWriter接口既能做Reader接口的所有事情，又能做Writer接口的所有事情。

可以认为接口组合是类型匿名组合的一个特定场景，只不过接口只包含方法，而不包含任何成员变量。

Any类型

Golang中的任何对象都满足空接口interface{}，所以interface{}看起来像是可以指向任何对象的Any类型，如下：

var v1 interface{} = 1                    // 将int类型赋值给interface{}
var v2 interface{} = "abc"                // 将string类型赋值给interface{}
var v3 interface{} = &v2                  // 将*interface{}类型赋值给interface{}
var v4 interface{} = struct{ x int }{1}   // 将结构体类型赋值给interface{}
var v5 interface{} = &struct{ x int }{1}