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Go基礎(chǔ)教程系列之Go接口使用詳解

 更新時間:2022年04月16日 17:16:19   作者:駿馬金龍  
這篇文章主要介紹了Go基礎(chǔ)教程系列之Go接口使用詳解,需要的朋友可以參考下

接口用法簡介

接口(interface)是一種類型,用來定義行為(方法)。

type Namer interface {
    my_method1()
    my_method2(para)
    my_method3(para) return_type
    ...
}

但這些行為不會在接口上直接實現(xiàn),而是需要用戶自定義的方法來實現(xiàn)。所以,在上面的Namer接口類型中的方法my_methodN都是沒有實際方法體的,僅僅只是在接口Namer中存放這些方法的簽名(簽名 = 函數(shù)名+參數(shù)(類型)+返回值(類型))。

當用戶自定義的類型實現(xiàn)了接口上定義的這些方法,那么自定義類型的值(也就是實例)可以賦值給接口類型的值(也就是接口實例)。這個賦值過程使得接口實例中保存了用戶自定義類型實例。

例如:

package main

import (
	"fmt"
)

// Shaper 接口類型
type Shaper interface {
	Area() float64
}

// Circle struct類型
type Circle struct {
	radius float64
}

// Circle類型實現(xiàn)Shaper中的方法Area()
func (c *Circle) Area() float64 {
	return 3.14 * c.radius * c.radius
}

// Square struct類型
type Square struct {
	length float64
}

// Square類型實現(xiàn)Shaper中的方法Area()
func (s *Square) Area() float64 {
	return s.length * s.length
}

func main() {
	// Circle類型的指針類型實例
	c := new(Circle)
	c.radius = 2.5

	// Square類型的值類型實例
	s := Square{3.2}

	// Sharpe接口實例ins1,它自身是指針類型的
	var ins1 Shaper
	// 將Circle實例c賦值給接口實例ins1
	// 那么ins1中就保存了實例c
	ins1 = c
	fmt.Println(ins1)

	// 使用類型推斷將Square實例s賦值給接口實例
	ins2 := s
	fmt.Println(ins2)
}

上面將輸出:

&{2.5}
{3.2}

從上面輸出結(jié)果中可以看出,兩個接口實例ins1和ins2被分別賦值后,分別保存了指針類型的Circle實例c和值類型的Square實例s。

另外,從上面賦值ins1和ins2的賦值語句上看:

ins1 = c
ins2 := s

是否說明接口實例ins就是自定義類型的實例?實際上接口是指針類型(指向什么見下文)。這個時候,自定義類型的實例c、s稱為具體實例,ins實例是抽象實例,因為ins接口中定義的行為(方法)并沒有具體的行為模式,而c、s中的行為是具體的。

因為接口實例ins也是自定義類型的實例,所以當接口實例中保存了自定義類型的實例后,就可以直接從接口上調(diào)用它所保存的實例的方法。例如:

fmt.Println(ins1.Area())   // 輸出19.625
fmt.Println(ins2.Area())   // 輸出10.24

這里ins1.Area()調(diào)用的是Circle類型上的方法Area(),ins2.Area()調(diào)用的則是Square類型上的方法Area()。這說明Go的接口可以實現(xiàn)面向?qū)ο笾械亩鄳B(tài):可以按需調(diào)用名稱相同、功能不同的方法。

接口實例中存的是什么

前面說了,接口類型是指針類型,但是它到底存放了什么東西?

接口類型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是2個指針,占用2個機器字長。

當將類型實例c賦值給接口實例ins1后,用println()函數(shù)輸出ins1和c,比較它們的地址:

println(ins1)
println(c)

輸出結(jié)果:

(0x4ceb00,0xc042068058)
0xc042068058

從結(jié)果中可以看出,接口實例中包含了兩個地址,其中第二個地址和類型實例c的地址是完全相同的。而第二個地址c是Circle的指針類型實例,所以ins中的第二個值也是指針。

ins中的第一個是指針是什么?它所指向的是一個內(nèi)部表結(jié)構(gòu)iTable,這個Table中包含兩部分:第一部分是實例c的類型信息,也就是*Circle,第二部分是這個類型(Circle)的方法集,也就是Circle類型的所有方法(此示例中Circle只定義了一個方法Area())。

所以,如圖所示:

注意,上圖中的實例c是指針,是指針類型的Circle實例。

對于值類型的Square實例s,ins2保存的內(nèi)容則如下圖:

實際上接口實例中保存的內(nèi)容,在反射(reflect)中體現(xiàn)的淋漓盡致,reflect所有的一切都離不開接口實例保存的內(nèi)容。

方法集(Method Set)規(guī)則

官方手冊對Method Set的解釋:https://golang.org/ref/spec#Method_sets

實例的method set決定了它所實現(xiàn)的接口,以及通過receiver可以調(diào)用的方法。

方法集是類型的方法集合,對于非接口類型,每個類型都分兩個Method Set:值類型實例是一個Method Set,指針類型的實例是另一個Method Set。兩個Method Set由不同receiver類型的方法組成:

實例的類型       receiver
--------------------------------------
 值類型:T       (T Type)
 指針類型:*T    (T Type)或(T *Type)

也就是說:

  • 值類型的實例的Method Set只由值類型的receiver(T Type)組成
  • 指針類型的實例的Method Set由值類型和指針類型的receiver共同組成,即(T Type)(T *Type)

這是什么意思呢?從receiver的角度去考慮:

receiver        實例的類型
---------------------------
(T Type)        T 或 *T
(T *Type)       *T

上面的意思是:

  • receiver是指針類型的方法只可能存在于指針類型的實例方法集中
  • receiver是值類型的方法既存在于值類型的實例方法集中,也存在于指針類型的方法集中

從實現(xiàn)接口方法的角度上看:

  • 如果某類型實現(xiàn)接口的方法的receiver是(T *Type)類型的,那么只有指針類型的實例*T才算是實現(xiàn)了這個接口,因為這個方法不在值類型的實例T方法集中
  • 如果某類型實現(xiàn)接口的方法的receiver是(T Type)類型的,那么值類型的實例T和指針類型的實例*T都算實現(xiàn)了這個接口,因為這個方法既在值類型的實例T方法集中,也在指針類型的實例*T方法集中

舉個例子。接口方法Area(),自定義類型Circle有一個receiver類型為(c *Circle)的Area()方法時,說明實現(xiàn)了接口的方法,但只有Circle實例的類型為指針類型時,這個實例才算是實現(xiàn)了接口,才能賦值給接口實例,才能當作一個接口參數(shù)。如下:

package main

import "fmt"

// Shaper 接口類型
type Shaper interface {
	Area() float64
}

// Circle struct類型
type Circle struct {
	radius float64
}

// Circle類型實現(xiàn)Shaper中的方法Area()
// receiver類型為指針類型
func (c *Circle) Area() float64 {
	return 3.14 * c.radius * c.radius
}

func main() {
	// 聲明2個接口實例
	var ins1, ins2 Shaper

	// Circle的指針類型實例
	c1 := new(Circle)
	c1.radius = 2.5
	ins1 = c1
	fmt.Println(ins1.Area())

	// Circle的值類型實例
	c2 := Circle{3.0}
	// 下面的將報錯
	ins2 = c2
	fmt.Println(ins2.Area())
}

報錯結(jié)果:

cannot use c2 (type Circle) as type Shaper
in assignment:
        Circle does not implement Shaper (Area method has
pointer receiver)

它的意思是,Circle值類型的實例c2沒有實現(xiàn)Share接口的Area()方法,它的Area()方法是指針類型的receiver。換句話說,值類型的c2實例的Method Set中沒有receiver類型為指針的Area()方法。

所以,上面應(yīng)該改成:

ins2 = &c2

再聲明一個方法,它的receiver是值類型的。下面的代碼一切正常。

type Square struct{
    length float64
}

// 實現(xiàn)方法Area(),receiver為值類型
func (s Square) Area() float64{
    return s.length * s.length
}

func main() {
    var ins3,ins4 Shaper

    // 值類型的Square實例s1
    s1 := Square{3.0}
    ins3 = s1
    fmt.Println(ins3.Area())

    // 指針類型的Square實例s2
    s2 := new(Square)
    s2.length=4.0
    ins4 = s2
    fmt.Println(ins4.Area())
}

所以,從struct類型定義的方法的角度去看,如果這個類型的方法有指針類型的receiver方法,則只能使用指針類型的實例賦值給接口變量,才算是實現(xiàn)了接口。如果這個類型的方法全是值類型的receiver方法,則可以隨意使用值類型或指針類型的實例賦值給接口變量。下面這兩個對應(yīng)關(guān)系,對于理解很有幫助:

實例的類型       receiver
--------------------------------------
 值類型:T       (T Type)
 指針類型:*T    (T Type)或(T *Type)
 
receiver        實例的類型
---------------------------
(T Type)        T 或 *T
(T *Type)       *T

很經(jīng)常的,我們會直接使用推斷類型的賦值方式(如ins2 := c2)將實例賦值給一個變量,我們以為這個變量是接口的實例,但實際上并不一定。正如上面值類型的c2賦值給ins2,這個ins2將是從c2數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)拷貝而來的另一個副本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),并非接口實例,但這時通過ins2也能調(diào)用Area()方法:

c2 = Circle{3.2}
ins2 := c2
fmt.Println(ins2.Area())  // 正常執(zhí)行

之所以能調(diào)用,是因為Circle類型中有Area()方法,但這不是通過接口去調(diào)用的。

所以,在使用接口的時候,應(yīng)當盡量使用var先聲明接口類型的實例,再將類型的實例賦值給接口實例(如var ins1,ins2 Shaper),或者使用ins1 := Shaper(c1)的方式。這樣,如果賦值給接口實例的類型實例沒有實現(xiàn)該接口,將會報錯。

但是,為什么要限制指針類型的receiver只能是指針類型的實例的Method Set呢?

看下圖,假如指針類型的receiver可以組成值類型實例的Method Set,那么接口實例的第二個指針就必須找到值類型的實例的地址。但實際上,并非所有值類型的實例都能獲取到它們的地址。

哪些值類型的實例找不到地址?最常見的是那些簡單數(shù)據(jù)類型的別名類型,如果匿名生成它們的實例,它們的地址就會被Go徹底隱藏,外界找不到這個實例的地址。

例如:

package main

import "fmt"

type myint int

func (m *myint) add() myint {
	return *m + 1
}
func main() {
	fmt.Println(myint(3).add())
}

以下是報錯信息:找不到myint(3)的地址

abc\abc.go:11:22: cannot call pointer method on myint(3)
abc\abc.go:11:22: cannot take the address of myint(3)

這里的myint(3)是匿名的myint實例,它的底層是簡單數(shù)據(jù)類型int,myint(3)的地址會被徹底隱藏,只會提供它的值對象3。

普通方法和實現(xiàn)接口方法的區(qū)別

對于普通方法,無論是值類型還是指針類型的實例,都能正常調(diào)用,且調(diào)用時拷貝的內(nèi)容都由receiver的類型決定。

func (T Type) method1   // 值類型receiver
func (T *Type) method2  // 指針類型receiver

指針類型的receiver決定了無論是值類型還是指針類型的實例,都拷貝實例的指針。值類型的receiver決定了無論是值類型還是指針類型的實例,都拷貝實例本身

所以,對于person數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu):

type person struct {}
p1 := person{}       // 值類型的實例
p2 := new(person)    // 指針類型的實例

p1.method1()p2.method1()都是拷貝整個person實例,只不過Go對待p2.method1()時多一個"步驟":將其解除引用。所以p2.method1()等價于(*p2).method1()。

p1.method2()p2.method2()都拷貝person實例的指針,只不過Go對待p1.method2()時多一個"步驟":創(chuàng)建一個額外的引用。所以,p1.method2()等價于(&p1).method2()

而類型實現(xiàn)接口方法時,method set規(guī)則決定了類型實例是否實現(xiàn)了接口。

receiver        實例的類型
---------------------------
(T Type)        T 或 *T
(T *Type)       *T

對于接口abc、接口方法method1()、method2()和結(jié)構(gòu)person:

type abc interface {
	method1
	method2
}

type person struct {}
func (T person) method1   // 值類型receiver
func (T *person) method2  // 指針類型receiver

p1 := abc(person)  // 接口變量保存值類型實例
p2 := abc(&person) // 接口變量保存指針類型實例

p2.method1()p2.method2()以及p1.method1()都是允許的,都會通過接口實例去調(diào)用具體person實例的方法。

p1.method2()是錯誤的,因為method2()的receiver是指針類型的,導(dǎo)致p1沒有實現(xiàn)接口abc的method2()方法。

接口類型作為參數(shù)

將接口類型作為參數(shù)很常見。這時,那些實現(xiàn)接口的實例都能作為接口類型參數(shù)傳遞給函數(shù)/方法。

例如,下面的myArea()函數(shù)的參數(shù)是n Shaper,是接口類型。

package main

import (
	"fmt"
)

// Shaper 接口類型
type Shaper interface {
	Area() float64
}

// Circle struct類型
type Circle struct {
	radius float64
}

// Circle類型實現(xiàn)Shaper中的方法Area()
func (c *Circle) Area() float64 {
	return 3.14 * c.radius * c.radius
}

func main() {
	// Circle的指針類型實例
	c1 := new(Circle)
	c1.radius = 2.5
	myArea(c1)
}

func myArea(n Shaper) {
	fmt.Println(n.Area())
}

上面myArea(c1)是將c1作為接口類型參數(shù)傳遞給n,然后調(diào)用c1.Area(),因為實現(xiàn)了接口方法,所以調(diào)用的是Circle的Area()。

如果實現(xiàn)接口方法的receiver是指針類型的,但卻是值類型的實例,將沒法作為接口參數(shù)傳遞給函數(shù),原因前面已經(jīng)解釋過了,這種類型的實例沒有實現(xiàn)接口。

以接口作為方法或函數(shù)的參數(shù),將使得一切都變得靈活且通用,只要是實現(xiàn)了接口的類型實例,都可以去調(diào)用它。

用的非常多的fmt.Println(),它的參數(shù)也是接口,而且是變長的接口參數(shù):

$ go doc fmt Println
func Println(a ...interface{}) (n int, err error)

每一個參數(shù)都會放進一個名為a的Slice中,Slice中的元素是接口類型,而且是空接口,這使得無需實現(xiàn)任何方法,任何東西都可以丟到fmt.Println()中來,至于每個東西怎么輸出,那就要看具體情況:由類型的實現(xiàn)的String()方法決定。

接口類型的嵌套

接口可以嵌套,嵌套的內(nèi)部接口將屬于外部接口,內(nèi)部接口的方法也將屬于外部接口。

例如,F(xiàn)ile接口內(nèi)部嵌套了ReadWrite接口和Lock接口。

type ReadWrite interface {
    Read(b Buffer) bool
    Write(b Buffer) bool
}
type Lock interface {
    Lock()
    Unlock()
}
type File interface {
    ReadWrite
    Lock
    Close()
}

除此之外,類型嵌套時,如果內(nèi)部類型實現(xiàn)了接口,那么外部類型也會自動實現(xiàn)接口,因為內(nèi)部屬性是屬于外部屬性的。

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