Go語言中的結構體：靈活性與可擴展性的重要角色

来源:https://www.cnblogs.com/chenjiazhan/archive/2023/06/14/17481422.html
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函數是帶名字的代碼塊，用於完成具體的工作，無需反覆編寫完成該工作的代碼。之前我們接觸過print函數，數據類型轉換中的int函數、str函數，還有列表中的append函數、pop函數、remove函數，以及字典中的keys函數、values函數等等，其實在正式學習函數之前，我們已經接觸了函數，只不過 ...


1. 引言

結構體是Go語言中重要且靈活的概念之一。結構體的使用使得我們可以定義自己的數據類型，並將不同類型的欄位組合在一起，實現更靈活的數據結構。本文旨在深入介紹Go語言中的結構體，揭示其重要性和靈活性，並向讀者展示結構體支持的眾多特性，展示其強大之處。

2. 什麼是結構體？

在Go語言中，結構體是一種自定義的數據類型，用於將不同類型的欄位組合在一起形成一個新的數據結構。結構體定義了一組欄位，每個欄位可以有不同的類型，這些欄位一起構成了結構體的實例。通過結構體，我們可以將相關的數據進行組織和管理，從而更方便地進行操作和傳遞。

結構體的定義使用關鍵字type和struct。以下是結構體的定義語法：

type 結構體名稱 struct {
    欄位1 類型1
    欄位2 類型2
    // 更多欄位...
}

在上述語法中，結構體名稱是我們為結構體類型起的名稱，可以根據實際情況進行命名。而結構體的欄位部分則列出了結構體包含的所有欄位，每個欄位都有一個欄位名和對應的欄位類型。下麵我們給出一個結構體定義的示例:

type User struct {
    Name string
    Age  int
    Address string
}

述結構體定義了一個名為User的結構體類型，它包含了兩個欄位：Name、Age，它們的類型分別為字元串、整數。到此為止，我們完成了對結構體的基本介紹，能夠基於此創建出一種新的數據類型。

但是結構體的定義只是創建了一種新的數據類型，使用結構體需要創建其實例，Go語言中提供了幾種實例化方式，下麵我們將對其進行詳細講述。

首先，可以使用結構體字面量直接初始化結構體變數，按照欄位順序給出對應的值。示例如下：

person := Person{"Alice", 25, "廣東深圳"}

其次可以使用指定欄位名的方式給出欄位的初始化值，這個時候可以忽略某些欄位。示例如下：

person := Person{Name: "Alice", Age: 25}

也可以使用new關鍵字創建一個指向結構體的指針，並返回該指針。示例如下：

personPtr := new(Person)
personPtr.Name = "Alice"
personPtr.Age = 25

亦或者使用var關鍵字聲明結構體變數，然後分別給欄位賦值。示例如下：

var person Person
person.Name = "Alice"
person.Age = 25

以上是常見的結構體實例化和初始化方法，根據實際需要選擇合適的方式。無論使用哪種方式，都可以創建並初始化結構體的實例，以便後續使用和操作結構體的欄位。

到此為止，我們介紹了什麼是結構體，其實結構體可以認為是一組不同類型欄位的組合，將其用來表示一個新的概念。其次我們也介紹了幾種實例化自定義結構體的方式，基於此我們對結構體有一個大概的瞭解。

3. 結構體支持哪些特性呢?

上面我們對結構體有了基本的瞭解，結構體可以組合一組不同類型的欄位，將其用來表示一個新的概念。但是結構體並不止步於此，其也支持定義方法，數據封裝等。通過這些特性，結構體在Go語言中具備了靈活性、可擴展性和可讀性，並且在面向對象編程、數據建模和代碼復用等方面發揮著重要作用。

3.1 結構體支持定義方法

結構體在Go語言中支持定義方法，方法是與結構體關聯的函數。這種特性使得我們可以將特定的行為和功能與結構體關聯起來，通過方法來操作結構體的數據。

下麵是一個示例，演示了結構體支持定義方法的特性：

package main

import "fmt"

// 定義結構體
type Person struct {
    Name string
    Age  int
}

// 定義方法：列印個人信息
func (p Person) PrintInfo() {
    fmt.Printf("Name: %s\n", p.Name)
    fmt.Printf("Age: %d\n", p.Age)
}

// 定義方法：修改年齡
func (p Person) UpdateAge(newAge int) {
    p.Age = newAge
}

func main() {
    // 創建一個 Person 結構體實例
    person := Person{Name: "John", Age: 30}
    // 調用結構體的方法：列印個人信息
    person.PrintInfo() // Output: Name: John   Age: 30
    // 調用結構體的方法：修改年齡
    person.UpdateAge(35)
    // 再次調用方法，列印修改後的個人信息
    person.PrintInfo() // Output: Name: John   Age: 35
}

在上述代碼中，我們定義了一個 Person 結構體，它包含了 Name 和 Age 兩個欄位。然後，我們為結構體定義了兩個方法：PrintInfo() 和 UpdateAge()。

在 main() 函數中，我們創建了一個 Person 結構體實例 person，並通過該實例調用了兩個方法：PrintInfo() 和 UpdateAge()。首先，我們調用 PrintInfo() 方法，列印出初始的個人信息。然後，我們調用 UpdateAge() 方法，將年齡修改為 35。最後，我們再次調用 PrintInfo() 方法，列印修改後的個人信息。

通過結構體定義方法，我們可以將與結構體相關的數據和操作封裝在一起，提高了代碼的可讀性和可維護性。方法能夠直接訪問結構體的欄位，並對其進行操作，使得代碼更加簡潔和清晰。

3.2 結構體支持數據可見性的設置

結構體在Go語言中支持數據可見性的特性。其通過首字母大小寫可以限制結構體欄位和方法的可見性，從而實現信息的隱藏和封裝。

在結構體中，方法名或者欄位名，其首字母大寫，代表著對外是可見和可修改的；首字母小寫，則代表著對外為不可見的。如果想要讀取或者修改，只能通過對外暴露的介面來進行，通過這種方式，可以隱藏結構體的內部實現細節，同時確保對結構體數據的訪問和操作通過封裝的公開方法進行，提供了更好的安全性和封裝性。下麵給出一個代碼的示例:

package main

import "fmt"

// 定義結構體
type Person struct {
    name string // 私有欄位
}

// 定義公開方法：設置姓名
func (p *Person) SetName(name string) {
    p.name = name
}

// 定義公開方法：獲取姓名
func (p *Person) GetName() string {
    return p.name
}

func main() {
    // 創建一個 Person 結構體實例
    person := Person{}
    // 這裡將無法通過編譯
    // person.name = "hello eva"
    // 通過公開方法設置姓名和年齡
    person.SetName("John")
    // 通過公開方法獲取姓名和年齡並列印
    fmt.Println("Name:", person.GetName()) // Output: Name: John

}

上述代碼中，我們定義了一個 Person 結構體，它包含了 name 這個私有欄位。然後，我們為結構體定義了兩個公開方法GetName()和SetName()，可以分別進行設置和讀取私有欄位name欄位的值。

如果直接通過結構體實例person去讀取name欄位，此時將無法通過編譯。通過這種方式，確保對結構體數據的訪問和操作通過封裝的公開方法進行，提供了更好的安全性和封裝性。

3.3 結構體能夠實現介面

介面定義了一組方法的契約，描述了這些方法的行為和簽名。

在Go語言中，介面是一種類型，由一組方法簽名組成。一個結構體可以實現該介面中的所有方法，此時可以認為其實現了該介面，從而可以以相同的方式被使用。這種特性提供了多態性，允許我們編寫通用的代碼，適用於多種類型的結構體。以下是一個示例，演示了結構體如何實現一個介面:

package main

import "fmt"

// 定義介面
type Shape interface {
    Area() float64
    Perimeter() float64
}

// 定義矩形結構體
type Rectangle struct {
    Width  float64
    Height float64
}

// 實現介面方法：計算矩形的面積
func (r Rectangle) Area() float64 {
    return r.Width * r.Height
}

// 實現介面方法：計算矩形的周長
func (r Rectangle) Perimeter() float64 {
    return 2 * (r.Width + r.Height)
}

func main() {
    // 創建一個矩形結構體實例
    rectangle := Rectangle{Width: 5, Height: 3}

    // 將矩形實例賦值給介面變數
    var shape Shape
    shape = rectangle

    // 通過介面調用方法，計算面積和周長
    area := shape.Area()
    perimeter := shape.Perimeter()

    fmt.Println("Area:", area)           // Output: Area: 15
    fmt.Println("Perimeter:", perimeter) // Output: Perimeter: 16
}

在上述代碼中，我們定義了一個介面 Shape，它包含了 Area() 和 Perimeter() 兩個方法的簽名。然後，我們定義了一個矩形結構體 Rectangle，併為該結構體實現了介面 Shape 中定義的方法。

在 main() 函數中，我們創建了一個矩形結構體實例 rectangle。然後，我們將該矩形實例賦值給介面類型的變數 shape，因為矩形結構體實現了 Shape 介面，所以可以賦值給介面變數。

接著，我們通過介面變數 shape 調用了 Area() 和 Perimeter() 方法，實際上是調用了矩形結構體上的對應方法。通過介面的調用方式，我們可以使用統一的方式對不同的結構體類型進行操作，無需關心具體的類型。

這種結構體實現介面的特性提供了多態性的支持，使得我們可以編寫通用的代碼，適用於多種類型的結構體。它使得代碼更加靈活、可擴展，並且能夠更好地應對需求的變化。

3.4 結構體支持組合

結構體支持組合的特性，通過將其他結構體作為欄位嵌入，實現了代碼的復用和組合。這樣做可以使外部結構體直接訪問嵌入的結構體的欄位和方法，從而復用內部結構體的功能。

具體而言，通過在外部結構體中嵌入其他結構體作為匿名欄位，我們可以直接訪問內部結構體的欄位和方法，而無需顯式進行委托或包裝。下麵是一個示例，演示了結構體支持組合的特性：

package main

import "fmt"

// 定義基礎結構體
type Person struct {
        Name string
        Age  int
}

// 定義擴展結構體，嵌入了基礎結構體
type Employee struct {
        Person     // 匿名欄位，嵌入 Person 結構體
        EmployeeID int
}

func main() {
        // 創建一個 Employee 結構體實例
        employee := Employee{
                Person: Person{
                        Name: "John",
                        Age:  30,
                },
                EmployeeID: 12345,
        }

        // 訪問內部結構體的欄位和方法
        fmt.Println("Name:", employee.Name) // Output: Name: John
        fmt.Println("Age:", employee.Age)   // Output: Age: 30
}

在上述代碼中，我們定義了兩個結構體：Person 和 Employee。Employee 結構體通過嵌入 Person 結構體作為匿名欄位實現了組合。

通過組合，Employee 結構體可以直接訪問嵌入欄位 Person 的欄位 Name 和 Age。在 main() 函數中，我們創建了一個 Employee 結構體實例 employee，並可以直接訪問其內部結構體 Person 的欄位。

通過組合，我們可以復用其他結構體中的欄位和方法，避免重覆編寫相同的代碼。這樣可以提高代碼的復用性和可維護性。其次，組合也提供了一種靈活的方式來擴展結構體的功能，我們可以將介面類型作為欄位嵌入進去，在不同的場景下可以使用不同的實現，使得整個設計更加靈活。

結構體支持組合的特性，極大得增強了Go語言的表達力，使得我們可以更好地組織和管理代碼，實現更靈活和可擴展的程式設計。

3.5 結構體標簽支持

結構體支持設置標簽是 Go 語言提供的一個特性。標簽是以字元串形式附加在結構體欄位上的元數據，用於提供額外的信息和配置。這個特性是由 Go 語言的編譯器和相關庫支持的，同時遵循了 Go 語言定義的標準格式。

結構體標簽的格式為key:"value"，可以包含一個或多個鍵值對，多個鍵值對之間使用空格分隔。標簽位於欄位聲明的反引號中，例如：

type Person struct {
        Name string `json:"name" db:"full_name"`
        Age  int    `json:"age" db:"age"`
}

在Go語言中，結構體標簽已經在許多場景下起到了非常重要的作用。其中包含結構體的序列化和反序列化，資料庫映射，表單驗證等。下麵我們簡單通過一個序列化的場景來簡單說明，更詳細的內容後續再講述。

type Person struct {
        Name string `json:"name"`
        Age  int    `json:"age"`
}

func main() {
        p := Person{Name: "John Doe", Age: 30}
        data, _ := json.Marshal(p)
        fmt.Println(string(data)) // Output: {"name":"John Doe","age":30}
}

在上述示例中，通過設置欄位的 json 標簽，我們可以指定 JSON 序列化時的欄位名稱，使得生成的 JSON 字元串符合預期的格式。

這裡，結構體標簽的設置可以提供更多的元數據和配置信息，使得代碼更具可讀性、可維護性和靈活性。同時，標簽的解析和應用是在運行時進行的，使得我們可以在編寫代碼時靈活配置和調整結構體欄位的行為，而無需修改代碼本身，這提供了更大的靈活性和便利性。

3.6 特性總結

在Go語言中，結構體是一種強大而靈活的數據類型，其支持方法的定義，也能夠實現介面，組合以及對可見性的設置。

這些特性的結合使得Go語言中的結構體非常強大和靈活。用戶可以使用結構體定義自己的數據類型，併為其定義方法和行為。同時，結構體可以與介面一起使用，實現多態性和代碼復用。結構體的組合和可見性設置提供了更高級別的抽象和封裝能力，使代碼更具可擴展性和可維護性。

同時結構體也定義了一套標簽規則，能夠使用標簽為欄位添加元數據，這增強了代碼的功能和表現力，在註釋、序列化、校驗和映射等方面，提高了代碼的可擴展性和可復用性。

4. 總結

在這篇文章中，我們首先從結構體的定義入手，明確瞭如何定義結構體，並介紹了結構體的四種實例化方式。通過這些基礎知識，我們對結構體有了一個基本的瞭解。

接下來，我們詳細討論了結構體支持的幾個重要特性。我們介紹了結構體支持定義方法的能力，使得我們可以為結構體添加自定義的行為。我們還瞭解瞭如何對結構體支持對數據可見性的設置，通過訪問控制來保護數據的安全性。我們還介紹了結構體能夠對介面進行實現，使得結構體可以滿足介面的要求，實現更靈活的代碼組織和抽象。最後我們還講述了結構體支持組合的特性，允許我們將多個結構體組合成一個更大的結構體，實現代碼的復用和組合性。

綜上所述，本文全面介紹了結構體的定義和實例化方式，並詳細講解了結構體支持的各種特性。基於以上內容，完成了對Go語言結構體的介紹，希望對你有所幫助。


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