11.1 接口是什么 - 《Go入门指南》

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# 11.1 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。

通过如下格式定义接口：

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。

11.1 接口是什么 - 图1

此处的方法指针表是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。

第一个例子：

示例 11.1 interfaces.go：

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())
}

输出：

The square has area: 25.000000

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：

示例 11.2 interfaces_poly.go：

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()) 这个时，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。在 11.12.3 中将看到在开发中为类型添加新的接口是多么的容易。

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。

示例 11.3 valuable.go：

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)
}

输出：

Value of the asset is 2308.800049
Value of the asset is 66500.000000

一个标准库的例子

io 包里有一个接口类型 Reader:

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

定义变量 r：var r io.Reader

那么就可以写如下的代码：

    var r io.Reader
    r = os.Stdin    // see 12.1
    r = bufio.NewReader(r)
    r = new(bytes.Buffer)
    f,_ := os.Open("test.txt")
    r = bufio.NewReader(f)

上面 r 右边的类型都实现了 Read() 方法，并且有相同的方法签名，r 的静态类型是 io.Reader。

备注

有的时候，也会以一种稍微不同的方式来使用接口这个词：从某个类型的角度来看，它的接口指的是：它的所有导出方法，只不过没有显式地为这些导出方法额外定一个接口而已。

练习 11.1 simple_interface.go：

定义一个接口 Simpler，它有一个 Get() 方法和一个 Set()，Get()返回一个整型值，Set() 有一个整型参数。创建一个结构体类型 Simple 实现这个接口。

接着定一个函数，它有一个 Simpler 类型的参数，调用参数的 Get() 和 Set() 方法。在 main 函数里调用这个函数，看看它是否可以正确运行。

练习 11.2 interfaces_poly2.go：

a) 扩展 interfaces_poly.go 中的例子，添加一个 Circle 类型

b) 使用一个抽象类型 Shape（没有字段）实现同样的功能，它实现接口 Shaper，然后在其他类型里内嵌此类型。扩展 10.6.5 中的例子来说明覆写。

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