GO语言实战之接口实现与方法集

写在前面

嗯，学习GO，所以有了这篇文章
博文内容为《GO语言实战》读书笔记之一
主要涉及知识
- 接口是什么
- 方法集(值接收和指针接收)
- 多态

傍晚时分，你坐在屋檐下，看着天慢慢地黑下去，心里寂寞而凄凉，感到自己的生命被剥夺了。当时我是个年轻人，但我害怕这样生活下去，衰老下去。在我看来，这是比死亡更可怕的事。--------王小波

Golang 里面的 多态 是指代码可以根据类型的具体实现采取不同行为的能力。

如果一个类型实现了某个接口,所有使用这个接口的地方,都可以支持这种类型的值。标准库里有很好的例子,如io包里实现的流式处理接口。io包提供了一组构造得非常好的接口和函数,来让代码轻松支持流式数据处理。

只要实现两个接口,就能利用整个io包背后的所有强大能力。不过,我们的程序在声明和实现接口时会涉及很多细节。即便实现的是已有接口,也需要了解这些接口是如何工作的。

在探究接口如何工作以及实现的细节之前,我们先来看一下使用标准库里的接口的例子。

标准库

curl 的功能，如

//  这个示例程序展示如何使用 io.Reader 和 io.Writer 接口
//  写一个简单版本的 curl 程序
package main

import (
 "fmt"
 "io"
 "net/http"
 "os"
)

// init 在 main 函数之前调用
func init() {
    
    
 if len(os.Args) != 2 {
    
    
  fmt.Println("Usage: ./example2 <url>")
  os.Exit(-1)
 }
}

// main 是应用程序的入口
func main() {
    
    
 // 从 Web 服务器得到响应
 r, err := http.Get(os.Args[1])
 if err != nil {
    
    
  fmt.Println(err)
  return
 }

 // 从 Body 复制到 Stdout
 io.Copy(os.Stdout, r.Body)
 if err := r.Body.Close(); err != nil {
    
    
  fmt.Println(err)
 }
}

http.Response 类型包含一个名为 Body 的字段，这个字段是一个 io.ReadCloser 接口类型的值

io.Copy 函数的第二个参数，接受一个 io.Reader 接口类型的值，这个值表示数据流入的源。Body 字段实现了 io.Reader 接口

io.Copy 的第一个参数是复制到的目标，这个参数必须是一个实现了 io.Writer 接口,os 包里的一个特殊值 Stdout,表示标准输出设备,已经实现了 io.Writer 接口

如果学过java之类的语言这里横容易理解，类比java中IO读写，低级流包装为高级流进行 IO 处理。

┌──[[email protected]]-[/usr/local/go/src]
└─$ go run listing34.go
Usage: ./example2 <url>
exit status 255
┌──[[email protected]]-[/usr/local/go/src]
└─$ go run listing34.go  http://localhost:80
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
  <meta charset='utf-8' content="width=device-width, initial-scale=1, maximum-scale=1" name="viewport">
  .....

下面的 Demo

// Sample program to show how a bytes.Buffer can also be used
// 用于 io.Copy 函数
package main

import (
 "bytes"
 "fmt"
 "io"
 "os"
)

// main is the entry point for the application.
func main() {
    
    
 var b bytes.Buffer

 // 将字符串写入 Buffer
 b.Write([]byte("Hello"))

 //  使用 Fprintf 将字符串拼接到 Buffer
 fmt.Fprintf(&b, "World!")

 // 将 Buffer 的内容写到 Stdout
 io.Copy(os.Stdout, &b)
}

fmt.Fprintf 函数接受一个 io.Writer 类型的接口值作为其第一个参数,bytes.Buffer 类型的指针实现了 io.Writer 接口,bytes.Buffer 类型的指针也实现了 io.Reader 接口,再次使用 io.Copy 函数

func Fprintf(w io.Writer, format string, a ...any) (n int, err error) {
    
    
 p := newPrinter()
 p.doPrintf(format, a)
 n, err = w.Write(p.buf)
 p.free()
 return
}

运行代码

┌──[[email protected]]-[/usr/local/go/src]
└─$ go run lsiting35.go
HelloWorld!

io.Writer 和 io.Reader 接口

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

bytes.Buffer 中上面对应接口的实现

func (b *Buffer) Write(p []byte) (n int, err error) {
    
    
 b.lastRead = opInvalid
 m, ok := b.tryGrowByReslice(len(p))
 if !ok {
    
    
  m = b.grow(len(p))
 }
 return copy(b.buf[m:], p), nil
}
....
func (b *Buffer) Read(p []byte) (n int, err error) {
    
    
 b.lastRead = opInvalid
 if b.empty() {
    
    
  // Buffer is empty, reset to recover space.
  b.Reset()
  if len(p) == 0 {
    
    
   return 0, nil
  }
  return 0, io.EOF
 }
 n = copy(p, b.buf[b.off:])
 b.off += n
 if n > 0 {
    
    
  b.lastRead = opRead
 }
 return n, nil
}

实现

接口是用来定义行为的类型。这些被定义的行为不由接口直接实现,而是通过方法由用户定义的类型实现。也就是我们常讲的实现类

GO 中的类称为 实体类型,原因是如果离开内部存储的用户定义的类型的实现,接口并没有具体的行为。不像 Java 中有默认方法之类的操作。

并不是所有值都完全等同,用户定义的类型的值或者指针要满足接口的实现,需要遵守一些规则。

展示了在user类型值赋值后接口变量的值的内部布局。接口值是一个两个字长度的数据结构,

第一个字包含一个指向内部表的指针。这个内部表叫作iTable,包含了所存储的值的类型信息。iTable包含了已存储的值的类型信息以及与这个值相关联的一组方法。
第二个字是一个指向所存储值的指针。将类型信息和指针组合在一起,就将这两个值组成了一种特殊的关系

在这里插入图片描述

一个指针赋值给接口之后发生的变化。在这种情况里，类型信息会 存储一个指向保存的类型的指针，而接口值第二个字依旧保存指向实体值的指针

在这里插入图片描述

方法集

方法集定义了接口的接受规则。

// 这个示例程序展示 Go 语言里如何使用接口
package main

import (
 "fmt"
)

// notifier 是一个定义了
// 通知类行为的接口
type notifier interface {
    
    
 notify()
}

// user 在程序里定义一个用户类型
type user struct {
    
    
 name  string
 email string
}

//  notify 是使用指针接收者实现的方法
func (u *user) notify() {
    
    
 fmt.Printf("Sending user email to %s<%s>\n",
  u.name,
  u.email)
}

// main is the entry point for the application.
func main() {
    
    
 // Create a value of type User and send a notification.
 u := user{
    
    "Bill", "[email protected]"}

 sendNotification(u)

func sendNotification(n notifier) {
    
    
 n.notify()
}

程序虽然看起来没问题，但实际上却无法通过编译

在这里插入图片描述

=============================================

GOROOT=C:\Program Files\Go #gosetup
GOPATH=C:\Users\liruilong\go #gosetup
"C:\Program Files\Go\bin\go.exe" build -o C:\Users\liruilong\AppData\Local\JetBrains\GoLand2023.2\tmp\GoLand\___go_build_listing36_go.exe C:\Users\liruilong\Documents\GitHub\golang_code\chapter5\listing36\listing36.go #gosetup
# command-line-arguments
.\listing36.go:32:19: cannot use u (variable of type user) as notifier value in argument to sendNotification: user does not implement notifier (method notify has pointer receiver)

Compilation finished with exit code 1

根据提示信息我们可以看到：

不能将 u（类型是 user）作为 sendNotification 的参数类型 notifier：user 类型并没有实现 notifier（notify 方法使用指针接收者声明）

要了解用指针接收者来实现接口时为什么 user 类型的值无法实现该接口，需要先了解方法集。

方法集定义了一组关联到给定类型的值或者指针的方法。定义方法时使用的接收者的类型决定了这个方法是关联到值，还是关联到指针，还是两个都关联

规范里描述的方法集

T --> (t T)
*T --> (t T) and (t *T)

反过来从接收者类型的角度来看方法集：

如果使用指针接收者来实现一个接口，那么只有指向那个类型的指针才能够实现对应的接口。

(t T) --> T and *T

type notifier interface {
    
    
 notify()
}

func (u *user) notify() {
    
    
 fmt.Printf("Sending user email to %s<%s>\n",
  u.name,
  u.email)
}

必须使用指针的方式

func main() {
    
    
 u := user{
    
    "Bill", "[email protected]"}
 sendNotification(&u)
}
func sendNotification(n notifier) {
    
    
 n.notify()

如果使用值接收者来实现一个接口，那么那个类型的值和指针都能够实现对应的接口

(t *T) --> *T

type notifier interface {
    
    
 notify()
}

func (u user) notify() {
    
    
 fmt.Printf("Sending user email to %s<%s>\n",
  u.name,
  u.email)
}

即下面两种方式都可以的

值调用

func main() {
    
    
 u := user{
    
    "Bill", "[email protected]"}
 sendNotification(u)
}
func sendNotification(n notifier) {
    
    
 n.notify()
}

指针调用

func main() {
    
    
 u := user{
    
    "Bill", "[email protected]"}
 sendNotification(&u)
}
func sendNotification(n notifier) {
    
    
 n.notify()
}

现在的问题是，为什么会有这种限制？

package main

import "fmt"

// duration 是一个基于 int 类型的类型
type duration int

// 使用更可读的方式格式化 duration 值
func (d *duration) pretty() string {
    
    
	return fmt.Sprintf("Duration: %d", *d)
}

// main 是应用程序的入口
func main() {
    
    
	//d := duration(42)
	//d.pretty()
	duration(42).pretty()

	// ./listing46.go:17:不能通过指针调用 duration(42)的方法
	// ./listing46.go:17: 不能获取 duration(42)的地址
}

上面的代码无法通过编译，duration(42) ,返回的是一个值，并不是一个地址，所以值的方法集只包含使用值的接收者的方法。

# command-line-arguments
.\listing46.go:19:15: cannot call pointer method pretty on duration

Compilation finished with exit code 1

事实上，编译器并不是总能自动获得一个值的地址， 因为不是总能获取一个值的地址，所以值的方法集只包括了使用值接收者实现的方法 。而 指针的方法集包括了值接收者和指针接收者

多态

在了解了接口和方法集背后的机制，最后来看一个展示接口的多态行为的例子

// Sample program to show how polymorphic behavior with interfaces.
package main

import (
 "fmt"
)

type notifier interface {
    
    
 notify()
}
type user struct {
    
    
 name  string
 email string
}

func (u *user) notify() {
    
    
 fmt.Printf("Sending user email to %s<%s>\n",
  u.name,
  u.email)
}

type admin struct {
    
    
 name  string
 email string
}

func (a *admin) notify() {
    
    
 fmt.Printf("Sending admin email to %s<%s>\n",
  a.name,
  a.email)
}

func main() {
    
    
 bill := user{
    
    "Bill", "[email protected]"}
 sendNotification(&bill)

 lisa := admin{
    
    "Lisa", "[email protected]"}
 sendNotification(&lisa)
}
func sendNotification(n notifier) {
    
    
 n.notify()
}

如果熟悉面向对象编程，这部分东西相对来说很好理解，不同的是在调用的时候，指针接收和值接收需要注意一下。

如果实现方法设置为值接收，那么在调用时，可以使用指针或者值的方式调用，如果实现方法使用指针接收，那么在调用时只能使用指针调用，

即如果使用指针接收者来实现一个接口，那么只有指向那个类型的指针才能够实现对应的接口。如果使用值接收者来实现一个接口，那么那个类型的值和指针都能够实现对应的接口

博文部分内容参考

《GO语言实战》