Golang接口(interface)三个特性(译文)

The Laws of Reflection

原文地址

第一次翻译文章，请各路人士多多指教！

类型和接口

因为映射建设在类型的基础之上，首先我们对类型进行全新的介绍。

go是一个静态性语言，每个变量都有静态的类型，因此每个变量在编译阶段中有明确的变量类型，比如像：int、float32、MyType。。。

比如：

type MyInt int
var i int
var j MyInt

变量i的类型为int，变量j的类型为MyInt，变量i、j具有确定的类型，虽然i、j的潜在类型是一样的，但是在没有转换的情况下他们之间不能相互赋值。

在类型中有重要的一类为接口类型(interface)，接口类型为一系列方法的集合。一个接口型变量可以存储接口方法中声明的任何具体的值。像io.Reader和io.Writer是一个很好的例子，这两个接口在io包中定义。

type Reader interface{
	Read(p []byte)(n int, err error)
}
type Writer interface{
 	Writer(p []byte)(n int,er error)
}

任何声明为io.Reader或者io.Writer类型的变量都可以使用Read或者Writer 方法。也就意味着io.Reader类型的变量可以赋值任何有Read方法的的变量。

var r io.Reader
r = os.Stdin
r = bufio.NewReader(r)
r = new(bytes.Buffer)

无论变量r被赋值什么类型的值，变量r的类型依旧是io.Reader。go语言是静态类型语言，并且r的类型永远是io.Reader。

在接口类型中有一个重要的极端接口类型--空接口。

interface{}

他代表一个空的方法集合并且可以被赋值为任何值，因为任何一个变量都有0个或者多个方法。

有一种错误的说法是go的接口类型是动态定义的，其实在go中他们是静态定义的，一个接口类型的变量总是有着相同类型的类型，尽管在运行过程中存储在接口类型变量的值具有不同的类型，但是接口类型的变量永远是静态的类型。

接口的表示方法

关于go中接口类型的表示方法Russ Cox大神在一篇博客中已经详细介绍[blog:http://research.swtch.com/2009/12/go-data-structures-interfaces.html]

一个接口类型的变量存储一对信息:具体值，值的类型描述。更具体一点是，值是实现接口的底层具体数据项，类型是数据项类型的完整描述。

举个例子：

var r io.Reader
tty, err := os.OpenFile("/dev/tty", os.O_RDWR, 0)
if err != nil {
	return nil, err
}
r = tty

变量r包含两个数据项：值(tty),类型(os.File)。注意os.File实现的方法不仅仅是Read，即使接口类型仅包含Read方法，但是值(tty)却用于其完整的类型信息，因此我们可以按照如下方法调用

var w io.Writer
w = r.(io.Writer)

这条语句是一个断言语句，断言的意思是变量r中的数据项声明为io.Writer，因为我们可以将r赋值给w。执行完这条语句以后，变量w将和r一样包含值(tty)、类型(*os.File)。即使具体值可能包含很多方法，但是接口的静态类型决定什么方法可以通过接口型变量调用。

同样我们可以

var empty interface{}
empty = w

这个接口型变量同样包含一个数据对(tty,*os.File)。空接口可以接受任何类型的变量，并且包含我们可能用到的关于这个变量的所有信息。在这里我们不需要断言是因为w变量满足于空接口。在上一个从Reader向Writer移动数据的例子中，我们需要类型断言，因为Reader接口中不包含Writer方法

切记接口的数据对中的内容只能来自于(value , concrete type)而不能是(value, interface type)，也就是接口类型不能接受接口类型的变量。

1.从接口类型到映射对象

在最底层，映射是对存储在接口内部数据对(值、类型)的解释机制。首先我们需要知道在reflect包中的两种类型Type和Value，这两种类型提供了对接口变量内部内容的访问，同时reflect.TypeOf和reflect.ValueOf两个方法检索接口类型的变量。

首先我们开始TypeOf

package main
import (
	"fmt"
	"reflect"
)
func main() {
	var f float64 = 13.4
	fmt.Println(reflect.TypeOf(f))
	fmt.Println("Hello, playground")
}

结果

float64
Hello, playground

我们可以会感到奇怪这里没有接口呀？因为在程序中我们可以得知f的变量类型应为float32，不应该是什么变量类型。但是我们在golang源码中我们得知，reflect.TypeOf包含一个空接口类型的变量.

func TypeOf(i interface{})Type

当我们在调用reflect.TypeOf方法时，x首先存储在一个空的接口中，然后再作为一个参数传送到reflect.TypeOf方法中，然后该方法解压这个空的接口得到类型信息。

同样reflect.ValueOf方法，得到值。

	var f float64 = 13.4
	fmt.Println(reflect.ValueOf(f))

结果

13.4

reflect.Type和reflec.Value有许多方法让我们检查和修改它们。一个比较重要的方法是Value有一个能够返回reflect.Value的类型的方法Type。另外一个比较重要的是Type和Value都提供一个Kind方法，该方法能够返回存储数据项的字长(Uini,Floatr64,Slice等等)。同样Value方法也提供一些叫做Int、Float的方法让我们修改存储在内部的值。

	var f float64 = 13.44444
	v := reflect.ValueOf(f)
	fmt.Println(v)
	fmt.Println(v.Type())
	fmt.Println(v.Kind())
	fmt.Println(v.Float())

结果

13.444444444444445
float64
float64
13.444444444444445

同时有像SetInt、SetFloat之类的方法，但是我们必须谨慎的使用它们。

反射机制有两个重要的性质。首先，为了保证接口的简洁行，getter和setter两个方法是可以接受最大类型值的赋值，比如int64可以接受任何符号整数。所以值的Int方法会返回一个int64类型的值，SetInt接受int64类型的值，因此它可能转化为所涉及的实际类型。

var x uint8 = 'x'
v := reflect.ValueOf(x)
fmt.Println("type:", v.Type())                            // uint8.
fmt.Println("kind is uint8: ", v.Kind() == reflect.Uint8) // true.
x = uint8(v.Uint())                                       // v.Uint returns a uint64.

第二个特性：接口保存了数据项底层类型，而不是静态的类型，如果一个接口包含用户定义的整数类型的值，比如

type MyInt int
var x MyInt = 7
v := reflect.ValueOf(x)

则v的Kind方法调用仍然返回的是reflect.Int，尽管x的静态类型是MyInt。也可以说，Kind｀不会像Type`一样将MyInt和int当作两种类型来对待。

2.从映射对象到接口的值

像物理映射一样，Go中的映射也有其自身的相反性。

通过利用Interface的方法我们可以将interface.Value恢复至接口类型，实际上这个方法将type和value信息包装至interface类型并且返回该值。

// Interface returns v's value as an interface{}.
func (v Value) Interface() interface{}

因此我们可以说

y := v.Interface().(float64) // y will have type float64.
fmt.Println(y)

打印float64类型的值，其实是接口类型变量v的映射。

或者我们可以这样做，fmt.Println, fmt.Printf等函数的参数尽管是空的接口类型也能运行，在fmt包里面解析出type和value的方法和我们上面的例子相似。因此所有正确打印reflect.Value的方法都试通过interface的方法将值传递给格式化打印函数。

fmt.Println(v.Interface())

(为什么不是fmt.Println(v)?因为通过v是reflect.Value类型.)因为我们的值底层是float64类型，因此我们甚至可以浮点类型的格式打印.

fmt.Printf("value is %7.1e\n", v.Interface())

结果是

3.4e+00

因此我们不用类型断言v.Interface{}到float64类型。因为接口类型内部保存着值的信息，Printf函数能够恢复这些信息。

简单的说Interface是ValueOf的反操作，除非这个值总是静态的Interface类型。

改变接口对象，他的值必须是可改变的

第三法则比较微妙并且容易混淆，但是如果从第一准则开始看的话，那么还是比较容易理解的。

这是一条错误的语句，但是这个错误值得我们研究

var x float64 = 3.4
v := reflect.ValueOf(x)
v.SetFloat(7.1) // Error: will panic.

如果你运行这条语句则会有下面的报错信息

panic: reflect.Value.SetFloat using unaddressable value

因为变量v是不可更改的，所以提示值7.1是不可寻址的。可赋值是value的一个特性，但是并不是所以的value都具有这个特性。

CanSet方法返回该值是否是可以改变的，比如

var x float64 = 3.4
v := reflect.ValueOf(x)
fmt.Println("settability of v:", v.CanSet())

结果是

settability of v: false

如果在不可以赋值的变量上进行赋值，就回引起错误。但是到底是什么才是可以赋值的呢？

可赋值的有点像是可寻址的，但是会更严格。映射对象可以更改存储值的特性可以用来创建新的映射对象。映射对象包含原始的数据项是决定映射对象可赋值的关键。当下面代码运行时

var x float64 = 3.4
v := reflect.ValueOf(x)

只是将x的拷贝到reflect.ValueOf，因此reflect.ValueOf的返回值是x的复制项，而不是x本身。假如下面这条语句可以正常运行

v.SetFloat(5.4)

尽管v看起来是由x创建的，但是并不会更新x的值，因为这条语句会更新x拷贝值的值，但是并不影响x本身，因此可更改的这一特性就是为了避免这种操作。

虽然这看起来很古怪，但其实这是一种很熟悉的操作。比如我们将x值赋值给一个方法

f(x)

我们本身不想修改x的值，因为传入的只是x值的拷贝，但是如果我们想修改x的值，那么我们需要传送x的地址(也就是x的指针)

f(&x)

这种操作是简单明了的，其实对于映射也是一样的。如果我们想通过映射修改x的值，那么我们需要传送x的指针。比如

var x float64 = 3.4
p := reflect.ValueOf(&x) // Note: take the address of x.
fmt.Println("type of p:", p.Type())
fmt.Println("settability of p:", p.CanSet())

结果

type of p: *float64
settability of p: false

映射对象p仍然是不可修改的，但是其实我们并不想修改p，而是*p。为了得到指针的指向，我们需要使用Elem()方法，该方法将会指向*p的值，并且将其保存到映射变量中

v := p.Elem()
fmt.Println("settability of v:", v.CanSet())

结果为

settability of v: true

现在v是一个可修改的映射对象。并且v代表x，因此我们可以使用v.SetFloat()来修改x的值。

v.SetFloat(7.1)
fmt.Println(v.Interface())
fmt.Println(x)

输出结果为

7.1
7.1

映射是比较难理解的，尽管我们通过映射的Values``Types隐藏了到底发生了什么操作。我们只需要记住如果想改变它的值，那在调用ValuesOf方法时应该使用指向它的指针。

Struct

在上一个例子中v并不是指向自身的指针，而是通过其他方式产生的。还有一种常用的操作就是修改结构体的某个字段，只要我们知道了结构体的地址，我们就能修改它的字段。

这有一个修改结构体变量t的例子。因为我们要修改结构体的字段，所以我们使用结构体指针创建结构体对象。我们使用typeOfT代表t的数据类型，并通过NumField方法迭代结构体的字段。主意：我们只是提取出结构体类型字段的的名字，而他们的reflect.Value对象。

type T struct {
    A int
    B string
}
t := T{23, "skidoo"}
s := reflect.ValueOf(&t).Elem()
typeOfT := s.Type()
for i := 0; i < s.NumField(); i++ {
    f := s.Field(i)
    fmt.Printf("%d: %s %s = %v\n", i,
        typeOfT.Field(i).Name, f.Type(), f.Interface())
}

输出结果是

0: A int = 23
1: B string = skidoo

值得注意的是只有可导出的字段才能使可修改的。

因为s包含一个可修改的映射对象，所以我们可以修改结构体的字段

s.Field(0).SetInt(77)
s.Field(1).SetString("Sunset Strip")
fmt.Println("t is now", t)

结果为

t is now {77 Sunset Strip}

如果s是通过t创建而不是&t，那么SetInt和SetString方法都会出错，因为t的字段是不可以修改的。

原博客地址：The Go Blog|The Laws of Reflection