Go基础系列：struct和嵌套struct

struct

struct定义结构，结构由字段(field)组成，每个field都有所属数据类型，在一个struct中，每个字段名都必须唯一。

说白了就是拿来存储数据的，只不过可自定义化的程度很高，用法很灵活，Go中不少功能依赖于结构，就这样一个角色。

Go中不支持面向对象，面向对象中描述事物的类的重担由struct来挑。比如面向对象中的继承，可以使用组合(composite)来实现：struct中嵌套一个(或多个)类型。面向对象中父类与子类、类与对象的关系是is a的关系，例如Horse is a Animal，Go中的组合则是外部struct与内部struct的关系、struct实例与struct的关系，它们是has a的关系。Go中通过struct的composite，可以"模仿"很多面向对象中的行为，它们很"像"。

定义struct

定义struct的格式如下：

type identifier struct {
    field1 type1
    field2 type2
    …
}
// 或者
type T struct { a, b int }

理论上，每个字段都是有具有唯一性的名字的，但如果确定某个字段不会被使用，可以将其名称定义为空标识符_来丢弃掉：

type T struct {
    _ string
    a int
}

每个字段都有类型，可以是任意类型，包括内置简单数据类型、其它自定义的struct类型、当前struct类型本身、接口、函数、channel等等。

如果某几个字段类型相同，可以缩写在同一行：

type mytype struct {
    a,b int
    c string
}

构造struct实例

定义了struct，就表示定义了一个数据结构，或者说数据类型，也或者说定义了一个类。总而言之，定义了struct，就具备了成员属性，就可以作为一个抽象的模板，可以根据这个抽象模板生成具体的实例，也就是所谓的"对象"。

例如：

type person struct{
    name string
    age int
}

// 初始化一个person实例
var p person

这里的p就是一个具体的person实例，它根据抽象的模板person构造而出，具有具体的属性name和age的值，虽然初始化时它的各个字段都是0值。换句话说，p是一个具体的人。

struct初始化时，会做默认的赋0初始化，会给它的每个字段根据它们的数据类型赋予对应的0值。例如int类型是数值0，string类型是""，引用类型是nil等。

因为p已经是初始化person之后的实例了，它已经具备了实实在在存在的属性(即字段)，所以可以直接访问它的各个属性。这里通过访问属性的方式p.FIELD为各个字段进行赋值。

// 为person实例的属性赋值，定义具体的person
p.name = "longshuai"
p.age = 23

获取某个属性的值：

fmt.Println(p.name) // 输出"longshuai"

也可以直接赋值定义struct的属性来生成struct的实例，它会根据值推断出p的类型。

var p = person{name:"longshuai",age:23}

p := person{name:"longshuai",age:23}

// 不给定名称赋值，必须按字段顺序
p := person{"longshuai",23}

p := person{age:23}
p.name = "longshuai"

如果struct的属性分行赋值，则必须不能省略每个字段后面的逗号","，否则就会报错。这为未来移除、添加属性都带来方便：

p := person{
	name:"longshuai",
	age:23,     // 这个逗号不能省略
}

除此之外，还可以使用new()函数或&TYPE{}的方式来构造struct实例，它会为struct分配内存，为各个字段做好默认的赋0初始化。它们是等价的，都返回数据对象的指针给变量，实际上&TYPE{}的底层会调用new()。

p := new(person)
p := &person{}

// 生成对象后，为属性赋值
p.name = "longshuai"
p.age = 23

使用&TYPE{}的方式也可以初始化赋值，但new()不行：

p := &person{
    name:"longshuai",
    age:23,
}

选择new()还是选择&TYPE{}的方式构造实例？完全随意，它们是等价的。但如果想要初始化时就赋值，可以考虑使用&TYPE{}的方式。

struct的值和指针

下面三种方式都可以构造person struct的实例p：

p1 := person{}
p2 := &person{}
p3 := new(person)

但p1和p2、p3是不一样的，输出一下就知道了：

package main

import (
	"fmt"
)

type person struct {
	name string
	age  int
}

func main() {
	p1 := person{}
	p2 := &person{}
	p3 := new(person)
	fmt.Println(p1)
	fmt.Println(p2)
	fmt.Println(p3)
}

结果：

{ 0}
&{ 0}
&{ 0}

p1、p2、p3都是person struct的实例，但p2和p3是完全等价的，它们都指向实例的指针，指针中保存的是实例的地址，所以指针再指向实例，p1则是直接指向实例。这三个变量与person struct实例的指向关系如下：

 变量名      指针     数据对象(实例)
-------------------------------
p1(addr) -------------> { 0}
p2 -----> ptr(addr) --> { 0}
p3 -----> ptr(addr) --> { 0}

所以p1和ptr(addr)保存的都是数据对象的地址，p2和p3则保存ptr(addr)的地址。通常，将指向指针的变量(p1、p2)直接称为指针，将直接指向数据对象的变量(p1)称为对象本身，因为指向数据对象的内容就是数据对象的地址，其中ptr(addr)和p1保存的都是实例对象的地址。

但尽管一个是数据对象值，一个是指针，它们都是数据对象的实例。也就是说，p1.name和p2.name都能访问对应实例的属性。

那var p4 *person呢，它是什么？该语句表示p4是一个指针，它的指向对象是person类型的，但因为它是一个指针，它将初始化为nil，即表示没有指向目标。但已经明确表示了，p4所指向的是一个保存数据对象地址的指针。也就是说，目前为止，p4的指向关系如下：

p4 -> ptr(nil)

既然p4是一个指针，那么可以将&person{}或new(person)赋值给p4。

var p4 *person
p4 = &person{
    name:"longshuai",
    age:23,
}
fmt.Println(p4)

上面的代码将输出：

&{longshuai 23}

传值 or 传指针

Go函数给参数传递值的时候是以复制的方式进行的。

复制传值时，如果函数的参数是一个struct对象，将直接复制整个数据结构的副本传递给函数，这有两个问题：

• 函数内部无法修改传递给函数的原始数据结构，它修改的只是原始数据结构拷贝后的副本
• 如果传递的原始数据结构很大，完整地复制出一个副本开销并不小

所以，如果条件允许，应当给需要struct实例作为参数的函数传struct的指针。例如：

func add(p *person){...}

既然要传指针，那struct的指针何来？自然是通过&符号来获取。分两种情况，创建成功和尚未创建的实例。

对于已经创建成功的struct实例p，如果这个实例是一个值而非指针(即p->{person_fields})，那么可以&p来获取这个已存在的实例的指针，然后传递给函数，如add(&p)。

对于尚未创建的struct实例，可以使用&person{}或者new(person)的方式直接生成实例的指针p，虽然是指针，但Go能自动解析成实例对象。然后将这个指针p传递给函数即可。如：

p1 := new(person)
p2 := &person{}
add(p1)
add(p2)

struct field的tag属性

在struct中，field除了名称和数据类型，还可以有一个tag属性。tag属性用于"注释"各个字段，除了reflect包，正常的程序中都无法使用这个tag属性。

type TagType struct { // tags
    field1 bool   "An important answer"
    field2 string "The name of the thing"
    field3 int    "How much there are"
}

匿名字段和struct嵌套

struct中的字段可以不用给名称，这时称为匿名字段。匿名字段的名称强制和类型相同。例如：

type animal struct {
    name string
    age int
}
type Horse struct{
    int
    animal
    sound string
}

上面的Horse中有两个匿名字段int和animal，它的名称和类型都是int和animal。等价于：

type Horse struct{
    int int
    animal animal
    sound string
}

显然，上面Horse中嵌套了其它的struct(如animal)。其中animal称为内部struct，Horse称为外部struct。

以下是一个嵌套struct的简单示例：

package main

import (
	"fmt"
)

type inner struct {
	in1 int
	in2 int
}

type outer struct {
	ou1 int
	ou2 int
	int
	inner
}

func main() {
	o := new(outer)
	o.ou1 = 1
	o.ou2 = 2
	o.int = 3
	o.in1 = 4
	o.in2 = 5
	fmt.Println(o.ou1)  // 1
	fmt.Println(o.ou2)  // 2
	fmt.Println(o.int)  // 3
	fmt.Println(o.in1)  // 4
	fmt.Println(o.in2)  // 5
}

上面的o是outer struct的实例，但o除了具有自己的显式字段ou1和ou2，还具备int字段和inner字段，它们都是嵌套字段。一被嵌套，内部struct的属性也将被外部struct获取，所以o.int、o.in1、o.in2都属于o。也就是说，外部struct has a 内部struct，或者称为struct has a field。

输出以下外部struct的内容就很清晰了：

fmt.Println(o)  // 结果：&{1 2 3 {4 5}}

上面的outer实例，也可以直接赋值构建：

o := outer{1,2,3,inner{4,5}}

在赋值inner中的in1和in2时不能少了inner{}，否则会认为in1、in2是直接属于outer，而非嵌套属于outer。

显然，struct的嵌套类似于面向对象的继承。只不过继承的关系模式是"子类 is a 父类"，例如"轿车是一种汽车"，而嵌套struct的关系模式是外部struct has a 内部struct，正如上面示例中outer拥有inner。而且，从上面的示例中可以看出，Go是支持"多重继承"的。

具名struct嵌套

前面所说的是在struct中以匿名的方式嵌套另一个struct，但也可以将嵌套的struct带上名称。

直接带名称嵌套struct时，不会再自动深入到嵌套struct中去查找属性和方法。想要访问内部struct属性时，必须带上该struct的名称。

例如：

type animal struct {
    name string
    age int
}
type Horse struct{
    a animal
    sound string
}

这时候，想要访问嵌套在Horse中animal的name属性，则只能通过h.a.name的方式（h为Horse的实例对象），且访问h.name时将直接报错，因为在Horse里找不到name属性。

嵌套struct的名称冲突问题

假如外部struct中的字段名和内部struct的字段名相同，会如何？

有以下两个名称冲突的规则：

1. 外部struct覆盖内部struct的同名字段、同名方法
2. 同级别的struct出现同名字段、方法将报错

第一个规则使得Go struct能够实现面向对象中的重写(override)，而且可以重写字段、重写方法。

第二个规则使得同名属性不会出现歧义。例如：

type A struct {
    a int
    b int
}

type B struct {
    b float32
    c string
    d string
}

type C struct {
    A
    B
    a string
    c string
}

var c C

按照规则(1)，直属于C的a和c会分别覆盖A.a和B.c。可以直接使用c.a、c.c分别访问直属于C中的a、c字段，使用c.d或c.B.d都访问属于嵌套的B.d字段。如果想要访问内部struct中被覆盖的属性，可以c.A.a的方式访问。

按照规则(2)，A和B在C中是同级别的嵌套结构，所以A.b和B.b是冲突的，将会报错，因为当调用c.b的时候不知道调用的是c.A.b还是c.B.b。

递归struct：嵌套自身

如果struct中嵌套的struct类型是自己的指针类型，可以用来生成特殊的数据结构：链表或二叉树(双端链表)。

例如，定义一个单链表数据结构，每个Node都指向下一个Node，最后一个Node指向空。

type Node struct {
	data string
	ri   *Node
}

以下是链表结构示意图：

 ------|----         ------|----         ------|-----
| data | ri |  -->  | data | ri |  -->  | data | nil |
 ------|----         ------|----         ------|-----

如果给嵌套两个自己的指针，每个结构都有一个左指针和一个右指针，分别指向它的左边节点和右边节点，就形成了二叉树或双端链表数据结构。

二叉树的左右节点可以留空，可随时向其中加入某一边加入新节点(像节点加入到树中)。添加节点时，节点与节点之间的关系是父子关系。添加完成后，节点与节点之间的关系是父子关系或兄弟关系。

双端链表有所不同，添加新节点时必须让某节点的左节点和另一个节点的右节点关联。例如目前已有的链表节点A <-> C，现在要将B节点加入到A和C的中间，即A<->B<->C，那么A的右节点必须设置为B，B的左节点必须设置为A，B的右节点必须设置为C，C的左节点必须设置为B。也就是涉及了4次原子性操作，它们要么全设置成功，失败一个则链表被破坏。

例如，定义一个二叉树：

type Tree struct {
	le   *Tree
	data string
	ri   *Tree
}

最初生成二叉树时，root节点没有任何指向。

// root节点：初始左右两端为空
root := new(Tree)
root.data = "root node"

随着节点增加，root节点开始指向其它左节点、右节点，这些节点还可以继续指向其它节点。向二叉树中添加节点的时候，只需将新生成的节点赋值给它前一个节点的le或ri字段即可。例如：

// 生成两个新节点：初始为空
newLeft := new(Tree)
newLeft.data = "left node"
newRight := &Tree{nil, "Right node", nil}

// 添加到树中
root.le = newLeft
root.ri = newRight

// 再添加一个新节点到newLeft节点的右节点
anotherNode := &Tree{nil, "another Node", nil}
newLeft.ri = anotherNode

简单输出这个树中的节点：

fmt.Println(root)
fmt.Println(newLeft)
fmt.Println(newRight)

输出结果：

&{0xc042062400 root node 0xc042062420}
&{<nil> left node 0xc042062440}
&{<nil> Right node <nil>}

当然，使用二叉树的时候，必须为二叉树结构设置相关的方法，例如添加节点、设置数据、删除节点等等。

另外需要注意的是，一定不要将某个新节点的左、右同时设置为树中已存在的节点，因为这样会让树结构封闭起来，这会破坏了二叉树的结构。