接口与反射-逝&逢

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接口是什么

Go 语言不是一种 “传统” 的面向对象编程语言：它里面没有类和继承的概念。

但是 Go 语言里有非常灵活的接口概念，通过它可以实现很多面向对象的特性。接口提供了一种方式来说明对象的行为：如果谁能搞定这件事，它就可以用在这儿。

接口定义了一组方法（方法集），但是这些方法不包含（实现）代码：它们没有被实现（它们是抽象的）。接口里也不能包含变量。

type Namer interface {
    Method1(param_list) return_type
    Method2(param_list) return_type
    ...
}

上面的 Namer 是一个接口类型。

（按照约定，只包含一个方法的）接口的名字由方法名加 [e]r 后缀组成，例如 Printer、Reader、Writer、Logger、Converter 等等。还有一些不常用的方式（当后缀 er 不合适时），比如 Recoverable，此时接口名以 able 结尾，或者以 I 开头（像 .NET 或 Java 中那样）。

Go 语言中的接口都很简短，通常它们会包含 0 个、最多 3 个方法。

不像大多数面向对象编程语言，在 Go 语言中接口可以有值，一个接口类型的变量或一个接口值：var ai Namer，ai 是一个多字（multiword）数据结构，它的值是 nil。它本质上是一个指针，虽然不完全是一回事。指向接口值的指针是非法的，它们不仅一点用也没有，还会导致代码错误。

此处的方法指针表示通过运行时反射能力构建的。

类型（比如结构体）实现接口方法集中的方法，每一个方法的实现说明了此方法是如何作用于该类型的：即实现接口，同时方法集也构成了该类型的接口。实现了 Namer 接口类型的变量可以赋值给 ai （接收者值），此时方法表中的指针会指向被实现的接口方法。当然如果另一个类型（也实现了该接口）的变量被赋值给 ai，这二者（译者注：指针和方法实现）也会随之改变。

类型不需要显式声明它实现了某个接口：接口被隐式地实现。多个类型可以实现同一个接口。

实现某个接口的类型（除了实现接口方法外）可以有其他的方法。

一个类型可以实现多个接口。

接口类型可以包含一个实例的引用，该实例的类型实现了此接口（接口是动态类型）。

即使接口在类型之后才定义，二者处于不同的包中，被单独编译：只要类型实现了接口中的方法，它就实现了此接口。

所有这些特性使得接口具有很大的灵活性。

package main

import "fmt"

type Shaper interface {
    Area() float32
}

type Square struct {
    side float32
}

func (sq *Square) Area() float32 {
    return sq.side * sq.side
}

func main() {
    sq1 := new(Square)
    sq1.side = 5

    var areaIntf Shaper
    areaIntf = sq1
    // shorter,without separate declaration:
    // areaIntf := Shaper(sq1)
    // or even:
    // areaIntf := sq1
    fmt.Printf("The square has area: %f\n", areaIntf.Area())
}

上面的程序定义了一个结构体 Square 和一个接口 Shaper，接口有一个方法 Area()。

在 main() 方法中创建了一个 Square 的实例。在主程序外边定义了一个接收者类型是 Square 方法的 Area()，用来计算正方形的面积：结构体 Square 实现了接口 Shaper 。

所以可以将一个 Square 类型的变量赋值给一个接口类型的变量：areaIntf = sq1 。

现在接口变量包含一个指向 Square 变量的引用，通过它可以调用 Square 上的方法 Area()。当然也可以直接在 Square 的实例上调用此方法，但是在接口实例上调用此方法更令人兴奋，它使此方法更具有一般性。接口变量里包含了接收者实例的值和指向对应方法表的指针。

这是多态的 Go 版本，多态是面向对象编程中一个广为人知的概念：根据当前的类型选择正确的方法，或者说：同一种类型在不同的实例上似乎表现出不同的行为。

如果 Square 没有实现 Area() 方法，编译器将会给出清晰的错误信息：

cannot use sq1 (type *Square) as type Shaper in assignment:
*Square does not implement Shaper (missing Area method)

如果 Shaper 有另外一个方法 Perimeter()，但是 Square 没有实现它，即使没有人在 Square 实例上调用这个方法，编译器也会给出上面同样的错误。

扩展一下上面的例子，类型 Rectangle 也实现了 Shaper 接口。接着创建一个 Shaper 类型的数组，迭代它的每一个元素并在上面调用 Area() 方法，以此来展示多态行为：

package main

import "fmt"

type Shaper interface {
    Area() float32
}

type Square struct {
    side float32
}

func (sq *Square) Area() float32 {
    return sq.side * sq.side
}

type Rectangle struct {
    length, width float32
}

func (r Rectangle) Area() float32 {
    return r.length * r.width
}

func main() {

    r := Rectangle{5, 3} // Area() of Rectangle needs a value
    q := &Square{5}      // Area() of Square needs a pointer
    // shapes := []Shaper{Shaper(r), Shaper(q)}
    // or shorter
    shapes := []Shaper{r, q}
    fmt.Println("Looping through shapes for area ...")
    for n, _ := range shapes {
        fmt.Println("Shape details: ", shapes[n])
        fmt.Println("Area of this shape is: ", shapes[n].Area())
    }
}

输出：

Looping through shapes for area ...
Shape details:  {5 3}
Area of this shape is:  15
Shape details:  &{5}
Area of this shape is:  25

在调用 shapes[n].Area() 时，只知道 shapes[n] 是一个 Shaper 对象，最后它摇身一变成为了一个 Square 或 Rectangle 对象，并且表现出了相对应的行为。

也许从现在开始你将看到通过接口如何产生 更干净、更简单及更具有扩展性 的代码。

下面是一个更具体的例子：有两个类型 stockPosition 和 car，它们都有一个 getValue() 方法，我们可以定义一个具有此方法的接口 valuable。接着定义一个使用 valuable 类型作为参数的函数 showValue()，所有实现了 valuable 接口的类型都可以用这个函数。

package main

import "fmt"

type stockPosition struct {
    ticker     string
    sharePrice float32
    count      float32
}

/* method to determine the value of a stock position */
func (s stockPosition) getValue() float32 {
    return s.sharePrice * s.count
}

type car struct {
    make  string
    model string
    price float32
}

/* method to determine the value of a car */
func (c car) getValue() float32 {
    return c.price
}

/* contract that defines different things that have value */
type valuable interface {
    getValue() float32
}

func showValue(asset valuable) {
    fmt.Printf("Value of the asset is %f\n", asset.getValue())
}

func main() {
    var o valuable = stockPosition{"GOOG", 577.20, 4}
    showValue(o)
    o = car{"BMW", "M3", 66500}
    showValue(o)
}

接口嵌套接口

一个接口可以包含一个或多个其他的接口，这相当于直接将这些内嵌接口的方法列举在外层接口中一样。

比如接口 File 包含了 ReadWrite 和 Lock 的所有方法，它还额外有一个 Close() 方法。

type ReadWrite interface {
    Read(b Buffer) bool
    Write(b Buffer) bool
}

type Lock interface {
    Lock()
    Unlock()
}

type File interface {
    ReadWrite
    Lock
    Close()
}

类型断言：如何检测和转换接口变量的类型

一个接口类型的变量 varI 中可以包含任何类型的值，必须有一种方式来检测它的动态类型，即运行时在变量中存储的值的实际类型。在执行过程中动态类型可能会有所不同，但是它总是可以分配给接口变量本身的类型。通常我们可以使用 类型断言 来测试在某个时刻 varI 是否包含类型 T 的值

v := varI.(T)       // unchecked type assertion

varI 必须是一个接口变量，否则编译器会报错：invalid type assertion: varI.(T) (non-interface type (type of varI) on left) 。

类型断言可能是无效的，虽然编译器会尽力检查转换是否有效，但是它不可能预见所有的可能性。如果转换在程序运行时失败会导致错误发生。更安全的方式是使用以下形式来进行类型断言：

if v, ok := varI.(T); ok {  // checked type assertion
    Process(v)
    return
}
// varI is not of type T

如果转换合法，v 是 varI 转换到类型 T 的值，ok 会是 true；否则 v 是类型 T 的零值，ok 是 false，也没有运行时错误发生。

应该总是使用上面的方式来进行类型断言。

多数情况下，我们可能只是想在 if 中测试一下 ok 的值，此时使用以下的方法会是最方便的：

if _, ok := varI.(T); ok {
    // ...
}

package main

import (
    "fmt"
    "math"
)

type Square struct {
    side float32
}

type Circle struct {
    radius float32
}

type Shaper interface {
    Area() float32
}

func main() {
    var areaIntf Shaper
    sq1 := new(Square)
    sq1.side = 5

    areaIntf = sq1
    // Is Square the type of areaIntf?
    if t, ok := areaIntf.(*Square); ok {
        fmt.Printf("The type of areaIntf is: %T\n", t)
    }
    if u, ok := areaIntf.(*Circle); ok {
        fmt.Printf("The type of areaIntf is: %T\n", u)
    } else {
        fmt.Println("areaIntf does not contain a variable of type Circle")
    }
}

func (sq *Square) Area() float32 {
    return sq.side * sq.side
}

func (ci *Circle) Area() float32 {
    return ci.radius * ci.radius * math.Pi
}

程序行中定义了一个新类型 Circle，它也实现了 Shaper 接口。 t, ok := areaIntf.(*Square); ok 测试 areaIntf 里是否一个包含 Square 类型的变量，结果是确定的；然后我们测试它是否包含一个 Circle 类型的变量，结果是否定的。

如果忽略 areaIntf.(*Square) 中的 * 号，会导致编译错误：impossible type assertion: Square does not implement Shaper (Area method has pointer receiver)。

类型判断：`type-switch`

接口变量的类型也可以使用一种特殊形式的 switch 来检测：type-switch

switch t := areaIntf.(type) {
case *Square:
    fmt.Printf("Type Square %T with value %v\n", t, t)
case *Circle:
    fmt.Printf("Type Circle %T with value %v\n", t, t)
case nil:
    fmt.Printf("nil value: nothing to check?\n")
default:
    fmt.Printf("Unexpected type %T\n", t)
}

变量 t 得到了 areaIntf 的值和类型，所有 case 语句中列举的类型（nil 除外）都必须实现对应的接口（在上例中即 Shaper），如果被检测类型没有在 case 语句列举的类型中，就会执行 default 语句。

可以用 type-switch 进行运行时类型分析，但是在 type-switch 不允许有 fallthrough 。

func classifier(items ...interface{}) {
    for i, x := range items {
        switch x.(type) {
        case bool:
            fmt.Printf("Param #%d is a bool\n", i)
        case float64:
            fmt.Printf("Param #%d is a float64\n", i)
        case int, int64:
            fmt.Printf("Param #%d is a int\n", i)
        case nil:
            fmt.Printf("Param #%d is a nil\n", i)
        case string:
            fmt.Printf("Param #%d is a string\n", i)
        default:
            fmt.Printf("Param #%d is unknown\n", i)
        }
    }
}

可以这样调用此方法：classifier(13, -14.3, "BELGIUM", complex(1, 2), nil, false) 。

在处理来自于外部的、类型未知的数据时，比如解析诸如 JSON 或 XML 编码的数据，类型测试和转换会非常有用。

测试一个值是否实现了某个接口

假定 v 是一个值，然后我们想测试它是否实现了 Stringer 接口，可以这样做：

type Stringer interface {
    String() string
}

if sv, ok := v.(Stringer); ok {
    fmt.Printf("v implements String(): %s\n", sv.String()) // note: sv, not v
}

Printf 函数就是如此检测类型是否可以打印自身的。

接口是一种契约，实现类型必须满足它，它描述了类型的行为，规定类型可以做什么。接口彻底将类型能做什么，以及如何做分离开来，使得相同接口的变量在不同的时刻表现出不同的行为，这就是多态的本质。

编写参数是接口变量的函数，这使得它们更具有一般性。

使用接口使代码更具有普适性。

标准库里到处都使用了这个原则，如果对接口概念没有良好的把握，是不可能理解它是如何构建的。

空接口（泛型）

空接口或者最小接口 不包含任何方法，它对实现不做任何要求：

type Any interface {}

任何其他类型都实现了空接口（它不仅仅像 Java/C# 中 Object 引用类型），any 或 Any 是空接口一个很好的别名或缩写。

空接口类似 Java/C# 中所有类的基类： Object 类，二者的目标也很相近。

可以给一个空接口类型的变量 var val interface {} 赋任何类型的值。

package main
import "fmt"

var i = 5
var str = "ABC"

type Person struct {
    name string
    age  int
}

type Any interface{}

func main() {
    var val Any
    val = 5
    fmt.Printf("val has the value: %v\n", val)
    val = str
    fmt.Printf("val has the value: %v\n", val)
    pers1 := new(Person)
    pers1.name = "Rob Pike"
    pers1.age = 55
    val = pers1
    fmt.Printf("val has the value: %v\n", val)
    switch t := val.(type) {
    case int:
        fmt.Printf("Type int %T\n", t)
    case string:
        fmt.Printf("Type string %T\n", t)
    case bool:
        fmt.Printf("Type boolean %T\n", t)
    case *Person:
        fmt.Printf("Type pointer to Person %T\n", t)
    default:
        fmt.Printf("Unexpected type %T", t)
    }
}

在上面的例子中，接口变量 val 被依次赋予一个 int，string 和 Person 实例的值，然后使用 type-switch 来测试它的实际类型。每个 interface {} 变量在内存中占据两个字长：一个用来存储它包含的类型，另一个用来存储它包含的数据或者指向数据的指针。

构建通用类型或包含不同类型变量的数组

我们看到了能被搜索和排序的 int 数组、float 数组以及 string 数组，那么对于其他类型的数组呢，是不是我们必须得自己编程实现它们？

现在我们知道该怎么做了，就是通过使用空接口。让我们给空接口定一个别名类型 Element：type Element interface{}

然后定义一个容器类型的结构体 Vector，它包含一个 Element 类型元素的切片：

type Vector struct {
    a []Element
}

Vector 里能放任何类型的变量，因为任何类型都实现了空接口，实际上 Vector 里放的每个元素可以是不同类型的变量。我们为它定义一个 At() 方法用于返回第 i 个元素：

func (p *Vector) At(i int) Element {
    return p.a[i]
}

再定一个 Set() 方法用于设置第 i 个元素的值：

func (p *Vector) Set(i int, e Element) {
    p.a[i] = e
}

Vector 中存储的所有元素都是 Element 类型，要得到它们的原始类型（unboxing：拆箱）需要用到类型断言。TODO：The compiler rejects assertions guaranteed to fail，类型断言总是在运行时才执行，因此它会产生运行时错误。

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THE END

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