Go基礎系列：Go介面

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介面用法簡介 介面(interface)是一種類型，用來定義行為(方法)。 但這些行為不會在介面上直接實現，而是需要用戶自定義的方法來實現。所以，在上面的Namer介面類型中的方法 都是沒有實際方法體的，僅僅只是在介面Namer中存放這些方法的簽名( )。 當用戶自定義的類型實現了介面上定義的這些方 ...


介面用法簡介

介面(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
    ...
}

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

當用戶自定義的類型實現了介面上定義的這些方法，那麼自定義類型的值(也就是實例)可以賦值給介面類型的值(也就是介面實例)。這個賦值過程使得介面實例中保存了用戶自定義類型實例。

例如：

package main

import (
    "fmt"
)

// Shaper 介面類型
type Shaper interface {
    Area() float64
}

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

// Circle類型實現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介面實例ins1，它只能是值類型的
    var ins1 Shaper
    // 將Circle實例c賦值給介面實例ins1
    // 那麼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賦值給介面實例
    ins2 := s
    fmt.Println(ins2)
}

上面將輸出：

&{2.5}
{3.2}

從上面輸出結果中可以看出，兩個介面實例ins1和ins2被分別賦值後，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

是否說明介面實例ins就是自定義類型的實例？實際上介面是指針類型(指向什麼見下文)。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介面中定義的行為(方法)並沒有具體的行為模式，而c、s中的行為是具體的。

因為介面實例ins也是自定義類型的實例，所以當介面實例中保存了自定義類型的實例後，就可以直接從介面上調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

這裡ins1.Area()調用的是Circle類型上的方法Area()，ins2.Area()調用的則是Square類型上的方法Area()。這說明Go的介面可以實現面向對象中的多態：可以按需調用名稱相同、功能不同的方法。

介面實例中存的是什麼

前面說了，介面類型是指針類型，但是它到底存放了什麼東西？

介面類型的數據結構是2個指針，占用2個機器字長。

當將類型實例c賦值給介面實例ins1後，用println()函數輸出ins1和c，比較它們的地址：

println(ins1)
println(c)

輸出結果：

(0x4ceb00,0xc042068058)
0xc042068058

從結果中可以看出，介面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麼？它所指向的是一個內部表結構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：

註意，上圖中的實例c是指針，是指針類型的Circle實例。

對於值類型的Square實例s，ins2保存的內容則如下圖：

方法集(Method Set)規則

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

實例的method set決定了它所實現的介面，以及通過receiver可以調用的方法。

方法集是類型的方法集合，對於非介面類型，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)和(T *Type)

這是什麼意思呢？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：

  • 如果某類型實現介面的方法的receiver是(T *Type)類型的，那麼只有指針類型的實例*T才算是實現了這個介面
  • 如果某類型實現介面的方法的receiver是(T Type)類型的，那麼值類型的實例T和指針類型的實例*T都算實現了這個介面

舉個例子。介面方法Area()，自定義類型Circle有一個receiver類型為(c *Circle)的Area()方法時，說明實現了介面的方法，但只有Circle實例的類型為指針類型時，這個實例才算是實現了介面，才能賦值給介面實例，才能當作一個介面參數。如下：

package main

import "fmt"

// Shaper 介面類型
type Shaper interface {
    Area() float64
}

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

// Circle類型實現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個介面實例
    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}
    // 下麵的將報錯
    ins2 = c2
    fmt.Println(ins2.Area())
}

報錯結果：

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Share介面的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，上面應該改成：

ins2 = &c2

再聲明一個方法，它的receiver是值類型的。下麵的代碼一切正常。

type Square struct{
    length float64
}

// 實現方法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())
}

很經常的，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數，我們以為這個變數是介面的實例，但實際上並不一定。正如上面值類型的c2賦值給ins2，這個ins2將是從c2數據結構拷貝而來的另一個副本數據結構，並非介面實例，但這時通過ins2也能調用Area()方法：

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

之所以能調用，是因為Circle類型中有Area()方法，但這不是通過介面去調用的。

所以，在使用介面的時候，應當儘量使用var先聲明介面類型的實例，再將類型的實例賦值給介面實例(如var ins1,ins2 Shaper)，或者使用ins1 := Shaper(c1)的方式。這樣，如果賦值給介面實例的類型實例沒有實現該介面，將會報錯。

但是，為什麼要限制指針類型的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，那麼介面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，並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據類型的別名類型，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)

這裡的myint(3)是匿名的myint實例，它的底層是簡單數據類型int，myint(3)的地址會被徹底隱藏，只會提供它的值對象3。

介面類型作為參數

將介面類型作為參數很常見。這時，那些實現介面的實例都能作為介面類型參數傳遞給函數/方法。

例如，下麵的myArea()函數的參數是n Shaper，是介面類型。

package main

import (
    "fmt"
)

// Shaper 介面類型
type Shaper interface {
    Area() float64
}

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

// Circle類型實現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作為介面類型參數傳遞給n，然後調用c1.Area()，因為實現了介面方法，所以調用的是Circle的Area()。

如果實現介面方法的receiver是指針類型的，但卻是值類型的實例，將沒法作為介面參數傳遞給函數，原因前面已經解釋過了，這種類型的實例沒有實現介面。

以介面作為方法或函數的參數，將使得一切都變得靈活且通用，只要是實現了介面的類型實例，都可以去調用它。

用的非常多的fmt.Println()，它的參數也是介面，而且是變長的介面參數：

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

每一個參數都會放進一個名為a的Slice中，Slice中的元素是介面類型，而且是空介面，這使得無需實現任何方法，任何東西都可以丟帶fmt.Println()中來，至於每個東西怎麼輸出，那就要看具體情況。

介面類型的嵌套

介面可以嵌套，嵌套的內部介面將屬於外部介面，內部介面的方法也將屬於外部介面。

例如，File介面內部嵌套了ReadWrite介面和Lock介面。

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，如果內部類型實現了介面，那麼外部類型也會自動實現介面，因為內部屬性是屬於外部屬性的。


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