Go语言基础之interface

July 06 2018

Go语言里最精妙的设计莫过于interface了，它让面向对象，内容组织实现变得非常的方便。

什么是interface

简单来说，interface是一组method签名的组合，我们通过interface来定义对象的一组行为。

interface类型

interface类型定义了一组方法，如果某个对象实现了某个接口的所有方法，那么此对象就实现了该接口。举个例子

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type Human struct {
	name string
	age int
	phone string
}

type Student struct {
	Human //匿名字段Human
	school string
	loan float32
}

type Employee struct {
	Human //匿名字段Human
	company string
	money float32
}

//Human对象实现Sayhi方法
func (h *Human) SayHi() {
	fmt.Printf("Hi, I am %s you can call me on %s\n", h.name, h.phone)
}

// Human对象实现Sing方法
func (h *Human) Sing(lyrics string) {
	fmt.Println("La la, la la la, la la la la la...", lyrics)
}

//Human对象实现Guzzle方法
func (h *Human) Guzzle(beerStein string) {
	fmt.Println("Guzzle Guzzle Guzzle...", beerStein)
}

// Employee重载Human的Sayhi方法
func (e *Employee) SayHi() {
	fmt.Printf("Hi, I am %s, I work at %s. Call me on %s\n", e.name,
		e.company, e.phone) //此句可以分成多行
}

//Student实现BorrowMoney方法
func (s *Student) BorrowMoney(amount float32) {
	s.loan += amount // (again and again and...)
}

//Employee实现SpendSalary方法
func (e *Employee) SpendSalary(amount float32) {
	e.money -= amount // More vodka please!!! Get me through the day!
}

// 定义interface
type Men interface {
	SayHi()
	Sing(lyrics string)
	Guzzle(beerStein string)
}

type YoungChap interface {
	SayHi()
	Sing(song string)
	BorrowMoney(amount float32)
}

type ElderlyGent interface {
	SayHi()
	Sing(song string)
	SpendSalary(amount float32)
}

通过上面的例子我们可以知道，interface可以被任意对象实现。同理，一个对象也可以实现任意多个interface。

此外，任意类型都实现了空interface，可以这样定义：interface{}，即包含0个method的interface。

interface值

interface理到底能存什么值呢？如果我们定义了一个interface的变量，那么这个变量可以存实现这个interface的任意类型的对象。举例来说

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package main

import "fmt"

type Human struct {
	name string
	age int
	phone string
}

type Student struct {
	Human //匿名字段
	school string
	loan float32
}

type Employee struct {
	Human //匿名字段
	company string
	money float32
}

//Human实现SayHi方法
func (h Human) SayHi() {
	fmt.Printf("Hi, I am %s you can call me on %s\n", h.name, h.phone)
}

//Human实现Sing方法
func (h Human) Sing(lyrics string) {
	fmt.Println("La la la la...", lyrics)
}

//Employee重载Human的SayHi方法
func (e Employee) SayHi() {
	fmt.Printf("Hi, I am %s, I work at %s. Call me on %s\n", e.name,
		e.company, e.phone)
	}

// Interface Men被Human,Student和Employee实现
// 因为这三个类型都实现了这两个方法
type Men interface {
	SayHi()
	Sing(lyrics string)
}

func main() {
	mike := Student{Human{"Mike", 25, "222-222-XXX"}, "MIT", 0.00}
	paul := Student{Human{"Paul", 26, "111-222-XXX"}, "Harvard", 100}
	sam := Employee{Human{"Sam", 36, "444-222-XXX"}, "Golang Inc.", 1000}
	tom := Employee{Human{"Tom", 37, "222-444-XXX"}, "Things Ltd.", 5000}

	//定义Men类型的变量i
	var i Men

	//i能存储Student
	i = mike
	fmt.Println("This is Mike, a Student:")
	i.SayHi()
	i.Sing("November rain")

	//i也能存储Employee
	i = tom
	fmt.Println("This is tom, an Employee:")
	i.SayHi()
	i.Sing("Born to be wild")

	//定义了slice Men
	fmt.Println("Let's use a slice of Men and see what happens")
	x := make([]Men, 3)
	//这三个都是不同类型的元素，但是他们实现了interface同一个接口
	x[0], x[1], x[2] = paul, sam, mike

	for _, value := range x{
		value.SayHi()
	}
}

通过上面的代码，你会发现interface就是一组抽象方法的集合，它必须由其他非interface类型实现，而不能自我实现， Go通过interface实现了duck-typing:即”当看到一只鸟走起来像鸭子、游泳起来像鸭子、叫起来也像鸭子，那么这只鸟就可以被称为鸭子”。

空interface

空interface(interface{})不包含任何的method，正因为如此，所有的类型都实现了空interface。空interface对于描述起不到任何的作用(因为它不包含任何的method），但是空interface在我们需要存储任意类型的数值的时候相当有用，因为它可以存储任意类型的数值。它有点类似于C语言的void*类型。

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// 定义a为空接口
var a interface{}
var i int = 5
s := "Hello world"
// a可以存储任意类型的数值
a = i
a = s

一个函数把interface{}作为参数，那么他可以接受任意类型的值作为参数，如果一个函数返回interface{},那么也就可以返回任意类型的值。

interface函数参数

interface的变量可以持有任意实现该interface类型的对象，这给我们编写函数(包括method)提供了一些额外的思考，我们是不是可以通过定义interface参数，让函数接受各种类型的参数。

举个例子：fmt.Println是我们常用的一个函数，但是你是否注意到它可以接受任意类型的数据。打开fmt的源码文件，你会看到这样一个定义:

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type Stringer interface {
	 String() string
}

也就是说，任何实现了String方法的类型都能作为参数被fmt.Println调用,让我们来试一试

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package main
import (
	"fmt"
	"strconv"
)

type Human struct {
	name string
	age int
	phone string
}

// 通过这个方法 Human 实现了 fmt.Stringer
func (h Human) String() string {
	return "❰"+h.name+" - "+strconv.Itoa(h.age)+" years -  ✆ " +h.phone+"❱"
}

func main() {
	Bob := Human{"Bob", 39, "000-7777-XXX"}
	fmt.Println("This Human is : ", Bob)
}

interface变量存储的类型

我们知道interface的变量里面可以存储任意类型的数值(该类型实现了interface)。那么我们怎么反向知道这个变量里面实际保存了的是哪个类型的对象呢？目前常用的有两种方法

  1. Comma-ok断言

Go语言里面有一个语法，可以直接判断是否是该类型的变量： value, ok = element.(T)，这里value就是变量的值，ok是一个bool类型，element是interface变量，T是断言的类型。

如果element里面确实存储了T类型的数值，那么ok返回true，否则返回false。通过一个例子来更加深入的理解。

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package main

import (
	"fmt"
	"strconv"
)

type Element interface{}
type List [] Element

type Person struct {
	name string
	age int
}

//定义了String方法，实现了fmt.Stringer
func (p Person) String() string {
	return "(name: " + p.name + " - age: "+strconv.Itoa(p.age)+ " years)"
}

func main() {
	list := make(List, 3)
	list[0] = 1 // an int
	list[1] = "Hello" // a string
	list[2] = Person{"Dennis", 70}

	for index, element := range list {
		if value, ok := element.(int); ok {
			fmt.Printf("list[%d] is an int and its value is %d\n", index, value)
		} else if value, ok := element.(string); ok {
			fmt.Printf("list[%d] is a string and its value is %s\n", index, value)
		} else if value, ok := element.(Person); ok {
			fmt.Printf("list[%d] is a Person and its value is %s\n", index, value)
		} else {
			fmt.Printf("list[%d] is of a different type\n", index)
		}
	}
}
  1. switch测试

把上面的例子重写一下

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package main

import (
	"fmt"
	"strconv"
)

type Element interface{}
type List [] Element

type Person struct {
	name string
	age int
}

//打印
func (p Person) String() string {
	return "(name: " + p.name + " - age: "+strconv.Itoa(p.age)+ " years)"
}

func main() {
	list := make(List, 3)
	list[0] = 1 //an int
	list[1] = "Hello" //a string
	list[2] = Person{"Dennis", 70}

	for index, element := range list{
		//`element.(type)`语法不能在switch外的任何逻辑里面使用，如果你要在switch外面判断一个类型就使用`comma-ok`。
		switch value := element.(type) {
			case int:
				fmt.Printf("list[%d] is an int and its value is %d\n", index, value)
			case string:
				fmt.Printf("list[%d] is a string and its value is %s\n", index, value)
			case Person:
				fmt.Printf("list[%d] is a Person and its value is %s\n", index, value)
			default:
				fmt.Println("list[%d] is of a different type", index)
		}
	}
}

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以下是还不太理解的地方，但还是记录下来吧。

嵌入interface

Go里面真正吸引人的是它内置的逻辑语法，就像我们在学习Struct时学习的匿名字段，多么的优雅啊，那么相同的逻辑引入到interface里面，那不是更加完美了。如果一个interface1作为interface2的一个嵌入字段，那么interface2隐式的包含了interface1里面的method。

我们可以看到源码包container/heap里面有这样的一个定义

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type Interface interface {
	sort.Interface //嵌入字段sort.Interface
	Push(x interface{}) //a Push method to push elements into the heap
	Pop() interface{} //a Pop elements that pops elements from the heap
}

我们看到sort.Interface其实就是嵌入字段，把sort.Interface的所有method给隐式的包含进来了。也就是下面三个方法：

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type Interface interface {
	// Len is the number of elements in the collection.
	Len() int
	// Less returns whether the element with index i should sort
	// before the element with index j.
	Less(i, j int) bool
	// Swap swaps the elements with indexes i and j.
	Swap(i, j int)
}

另一个例子就是io包下面的 io.ReadWriter ，它包含了io包下面的Reader和Writer两个interface：

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// io.ReadWriter
type ReadWriter interface {
	Reader
	Writer
}

反射

Go语言实现了反射，所谓反射就是能检查程序在运行时的状态。我们一般用到的包是reflect包。如何运用reflect包，官方的这篇文章详细的讲解了reflect包的实现原理，laws of reflection

使用reflect一般分成三步，下面简要的讲解一下：要去反射是一个类型的值(这些值都实现了空interface)，首先需要把它转化成reflect对象(reflect.Type或者reflect.Value，根据不同的情况调用不同的函数)。这两种获取方式如下：

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t := reflect.TypeOf(i)    //得到类型的元数据,通过t我们能获取类型定义里面的所有元素
v := reflect.ValueOf(i)   //得到实际的值，通过v我们获取存储在里面的值，还可以去改变值

转化为reflect对象之后我们就可以进行一些操作了，也就是将reflect对象转化成相应的值，例如

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tag := t.Elem().Field(0).Tag  //获取定义在struct里面的标签
name := v.Elem().Field(0).String()  //获取存储在第一个字段里面的值

获取反射值能返回相应的类型和数值

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var x float64 = 3.4
v := reflect.ValueOf(x)
fmt.Println("type:", v.Type())
fmt.Println("kind is float64:", v.Kind() == reflect.Float64)
fmt.Println("value:", v.Float())

最后，反射的话，那么反射的字段必须是可修改的，我们前面学习过传值和传引用，这个里面也是一样的道理。反射的字段必须是可读写的意思是，如果下面这样写，那么会发生错误

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var x float64 = 3.4
v := reflect.ValueOf(x)
v.SetFloat(7.1)

如果要修改相应的值，必须这样写

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var x float64 = 3.4
p := reflect.ValueOf(&x)
v := p.Elem()
v.SetFloat(7.1)

总结

Go语言中的interface就是一组抽象方法的集合，任何实现了这些抽象方法的对象，其实就实现了该interface。一个对象可以实现任意多的interface，同理，一个interface也可以被任意多个对象实现。这就是duck-typing模式，也是Go语言实现interface的中心思想。

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