Go语言入门 (Day 4) 方法和接口

Go 方法和接口

方法

Go 没有类。不过你可以为结构体类型定义方法。

方法就是一类带特殊的 接收者 参数的函数。

方法接收者在它自己的参数列表内，位于 func 关键字和方法名之间。

package main

import (
	"fmt"
	"math"
)

type Vertex struct {
	X, Y float64
}

func (v Vertex) Abs() float64 {
	return math.Sqrt(v.X*v.X + v.Y*v.Y)
}

func main() {
	v := Vertex{3, 4}
	fmt.Println(v.Abs())
}

输出：

5

在此例中，Abs 方法拥有一个名为 v，类型为 Vertex 的接收者。

方法即函数

记住：方法只是个带接收者参数的函数。

package main

import (
	"fmt"
	"math"
)

type Vertex struct {
	X, Y float64
}

func Abs(v Vertex) float64 {
	return math.Sqrt(v.X*v.X + v.Y*v.Y)
}

func main() {
	v := Vertex{3, 4}
	fmt.Println(Abs(v))
}

输出：

5

这个例子中 Abs 的写法就是个正常的函数，功能并没有什么变化。

方法（续）

你也可以为非结构体类型声明方法。

package main

import (
	"fmt"
	"math"
)

type MyFloat float64

func (f MyFloat) Abs() MyFloat {
	if f < 0 {
		return -f
	}
	return f
}

func main() {
	f := MyFloat(-math.Sqrt2)
	fmt.Println(f.Abs())
}

输出：

1.4142135623730951

在此例中，我们看到了一个带 Abs 方法的数值类型 MyFloat。

你只能为在同一包内定义的类型的接收者声明方法，而不能为其它包内定义的类型（包括 int 之类的内建类型）的接收者声明方法。

（译注：就是接收者的类型定义和方法声明必须在同一包内；不能为其他包中声明的类型声明方法。）

指针接收者

你可以为指针接收者声明方法。

这意味着对于某类型 T，接收者的类型可以用 *T 的文法。（此外，T 不能是像 *int这样的指针。）

例如，这里为 *Vertex 定义了 Scale 方法。

package main

import (
	"fmt"
	"math"
)

type Vertex struct {
	X, Y float64
}

func (v Vertex) Abs() float64 {
	return math.Sqrt(v.X*v.X + v.Y*v.Y)
}

func (v *Vertex) Scale(f float64) {
	v.X = v.X * f
	v.Y = v.Y * f
}

func main() {
	v := Vertex{3, 4}
	v.Scale(10)
	fmt.Println(v.Abs())
}

输出：

50

指针接收者的方法可以修改接收者指向的值（就像 Scale 在这做的）。由于方法经常需要修改它的接收者，指针接收者比值接收者更常用。

试着移除第 16 行 Scale 函数声明中的 *，观察此程序的行为如何变化。

若使用值接收者，那么 Scale 方法会对原始 Vertex 值的副本进行操作。（对于函数的其它参数也是如此。）Scale 方法必须用指针接受者来更改 main 函数中声明的 Vertex 的值。

指针与函数

现在我们要把 Abs 和 Scale 方法重写为函数。

package main

import (
	"fmt"
	"math"
)

type Vertex struct {
	X, Y float64
}

func Abs(v Vertex) float64 {
	return math.Sqrt(v.X*v.X + v.Y*v.Y)
}

func Scale(v *Vertex, f float64) {
	v.X = v.X * f
	v.Y = v.Y * f
}

func main() {
	v := Vertex{3, 4}
	Scale(&v, 10)
	fmt.Println(Abs(v))
}

输出：

50

同样，我们先试着移除掉第 16 行 Scale 函数声明中的 *。尝试编译，会得到 ./src.go:23:8: cannot use &v (type *Vertex) as type Vertex in argument to Scale，按照提示，我们再把 main 函数中 Scale 函数的调用里的 &v 改成 v，再尝试编译，通过了，输出结果为 5。

方法与指针重定向

package main

import "fmt"

type Vertex struct {
	X, Y float64
}

func (v *Vertex) Scale(f float64) {
	v.X *= f
	v.Y *= f
}

func ScaleFunc(v *Vertex, f float64) {
	v.X *= f
	v.Y *= f
}

func main() {
	v := Vertex{3, 4}
	v.Scale(2)
	ScaleFunc(&v, 10)

	p := &Vertex{4, 3}
	p.Scale(3)
	ScaleFunc(p, 8)

	fmt.Println(v, p)
}

输出：

{60 80} &{96 72}

比较前两个程序，你大概会注意到带指针参数的函数必须接受一个指针：

var v Vertex
ScaleFunc(v, 5)  // 编译错误！
ScaleFunc(&v, 5) // OK

而以指针为接收者的方法被调用时，接收者既能为值又能为指针：

var v Vertex
v.Scale(5)  // OK
p := &v
p.Scale(10) // OK

对于语句 v.Scale(5)，即便 v 是个值而非指针，带指针接收者的方法也能被直接调用。 也就是说，由于 Scale 方法有一个指针接收者，为方便起见，Go 会将语句 v.Scale(5) 解释为 (&v).Scale(5)。

方法与指针重定向（续）

同样的事情也发生在相反的方向。

接受一个值作为参数的函数必须接受一个指定类型的值：

var v Vertex
fmt.Println(AbsFunc(v))  // OK
fmt.Println(AbsFunc(&v)) // 编译错误！

 

• 1
• 2
• 3

而以值为接收者的方法被调用时，接收者既能为值又能为指针：

var v Vertex
fmt.Println(v.Abs()) // OK
p := &v
fmt.Println(p.Abs()) // OK

这种情况下，方法调用 p.Abs() 会被解释为 (*p).Abs()。

package main

import (
	"fmt"
	"math"
)

type Vertex struct {
	X, Y float64
}

func (v Vertex) Abs() float64 {
	return math.Sqrt(v.X*v.X + v.Y*v.Y)
}

func AbsFunc(v Vertex) float64 {
	return math.Sqrt(v.X*v.X + v.Y*v.Y)
}

func main() {
	v := Vertex{3, 4}
	fmt.Println(v.Abs())
	fmt.Println(AbsFunc(v))

	p := &Vertex{4, 3}
	fmt.Println(p.Abs())
	fmt.Println(AbsFunc(*p))
}

输出：

5
5
5
5

选择值或指针作为接收者

使用指针接收者的原因有二：

1. 方法能够修改其接收者指向的值。

2. 这样可以避免在每次调用方法时复制该值。若值的类型为大型结构体时，这样做会更加高效。

package main

import (
	"fmt"
	"math"
)

type Vertex struct {
	X, Y float64
}

func (v *Vertex) Scale(f float64) {
	v.X = v.X * f
	v.Y = v.Y * f
}

func (v *Vertex) Abs() float64 {
	return math.Sqrt(v.X*v.X + v.Y*v.Y)
}

func main() {
	v := &Vertex{3, 4}
	fmt.Printf("Before scaling: %+v, Abs: %v\n", v, v.Abs())
	v.Scale(5)
	fmt.Printf("After scaling: %+v, Abs: %v\n", v, v.Abs())
}

输出：

Before scaling: &{X:3 Y:4}, Abs: 5
After scaling: &{X:15 Y:20}, Abs: 25

在本例中，Scale 和 Abs 接收者的类型为 *Vertex，即便 Abs 并不需要修改其接收者。

通常来说，所有给定类型的方法都应该有值或指针接收者，但并不应该二者混用。（我们会在接下来几节中明白为什么。）

接口

接口类型 是由一组方法签名定义的集合。

接口类型的变量可以保存任何实现了这些方法的值。

package main

import (
	"fmt"
	"math"
)

type Abser interface {
	Abs() float64
}

func main() {
	var a Abser
	f := MyFloat(-math.Sqrt2)
	v := Vertex{3, 4}

	a = f  // a MyFloat implements Abser
	a = &v // a *Vertex implements Abser

	// In the following line, v is a Vertex (not *Vertex)
	// and does NOT implement Abser.
	a = v

	fmt.Println(a.Abs())
}

type MyFloat float64

func (f MyFloat) Abs() float64 {
	if f < 0 {
		return float64(-f)
	}
	return float64(f)
}

type Vertex struct {
	X, Y float64
}

func (v *Vertex) Abs() float64 {
	return math.Sqrt(v.X*v.X + v.Y*v.Y)
}

注意: 示例代码的 22 行存在一个错误。由于 Abs 方法只为 *Vertex （指针类型）定义，因此 Vertex（值类型）并未实现 Abser。

将第22行注释后，输出：

5

接口是隐式实现的

类型通过实现一个接口的所有方法来实现该接口。既然无需专门显式声明，也就没有“implements”关键字。

隐式接口将接口的定义与其实现分离，这样随后的接口实现可以出现在任何包中，而无需提前准备。

package main

import "fmt"

type I interface {
	M()
}

type T struct {
	S string
}

// 此方法表示类型 T 实现了接口 I，但我们无需显式声明此事。
func (t T) M() {
	fmt.Println(t.S)
}

func main() {
	var i I = T{"hello"}
	i.M()
}

输出：

hello

接口值

接口也是值。它们可以像其它值一样传递。

接口值可以用作函数的参数或返回值。

在内部，接口值可以看做包含值和具体类型的元组：

(value, type)

接口值保存了一个具体底层类型的具体值。

接口值调用方法时会执行其底层类型的同名方法。

package main

import (
	"fmt"
	"math"
)

type I interface {
	M()
}

type T struct {
	S string
}

func (t *T) M() {
	fmt.Println(t.S)
}

type F float64

func (f F) M() {
	fmt.Println(f)
}

func main() {
	var i I

	i = &T{"Hello"}
	describe(i)
	i.M()

	i = F(math.Pi)
	describe(i)
	i.M()
}

func describe(i I) {
	fmt.Printf("(%v, %T)\n", i, i)
}

输出：

(&{Hello}, *main.T)
Hello
(3.141592653589793, main.F)
3.141592653589793

底层值为 nil 的接口值

即便接口内的具体值为 nil，方法仍然会被 nil 接收者调用。

package main

import "fmt"

type I interface {
	M()
}

type T struct {
	S string
}

func (t *T) M() {
	if t == nil {
		fmt.Println("<nil>")
		return
	}
	fmt.Println(t.S)
}

func main() {
	var i I

	var t *T

	i = t
	describe(i)
	i.M()

	i = &T{"hello"}
	describe(i)
	i.M()
}

func describe(i I) {
	fmt.Printf("(%v, %T)\n", i, i)
}

输出：

(<nil>, *main.T)
<nil>
(&{hello}, *main.T)
hello

在一些语言中，这会触发一个空指针异常，但在 Go 中通常会写一些方法来优雅地处理它（如本例中的 M 方法）。

注意: 保存了 nil 具体值的接口其自身并不为 nil。

nil 接口值

nil 接口值既不保存值也不保存具体类型。

为 nil 接口调用方法会产生运行时错误，因为接口的元组内并未包含能够指明该调用哪个 具体 方法的类型。

package main

import "fmt"

type I interface {
	M()
}

func main() {
	var i I
	describe(i)
	i.M()
}

func describe(i I) {
	fmt.Printf("(%v, %T)\n", i, i)
}

输出：

(<nil>, <nil>)
panic: runtime error: invalid memory address or nil pointer dereference
[signal SIGSEGV: segmentation violation code=0x1 addr=0x0 pc=0x1093e31]

goroutine 1 [running]:
main.main()
	/a-tour-of-go/Nil-interface-values/src.go:12 +0x91
exit status 2

空接口

指定了零个方法的接口值被称为 空接口：

interface{}

空接口可保存任何类型的值。（因为每个类型都至少实现了零个方法。）

空接口被用来处理未知类型的值。例如，fmt.Print 可接受类型为 interface{} 的任意数量的参数。

package main

import "fmt"

func main() {
	var i interface{}
	describe(i)

	i = 42
	describe(i)

	i = "hello"
	describe(i)
}

func describe(i interface{}) {
	fmt.Printf("(%v, %T)\n", i, i)
}

输出：

(<nil>, <nil>)
(42, int)
(hello, string)

类型断言

类型断言 提供了访问接口值底层具体值的方式。

t := i.(T)

该语句断言接口值 i 保存了具体类型 T，并将其底层类型为 T 的值赋予变量 t。

若 i 并未保存 T 类型的值，该语句就会触发一个 panic。

为了 判断 一个接口值是否保存了一个特定的类型，类型断言可返回两个值：其底层值以及一个报告断言是否成功的布尔值。

t, ok := i.(T)

若 i 保存了一个 T，那么 t 将会是其底层值，而 ok 为 true。

否则，ok 将为 false 而 t 将为 T 类型的零值，程序并不会产生恐慌。

请注意这种语法和读取一个映射时的相同之处。

package main

import "fmt"

func main() {
	var i interface{} = "hello"

	s := i.(string)
	fmt.Println(s)

	s, ok := i.(string)
	fmt.Println(s, ok)

	f, ok := i.(float64)
	fmt.Println(f, ok)

	f = i.(float64) // panic
	fmt.Println(f)
}

输出：

hello
hello true
0 false
panic: interface conversion: interface {} is string, not float64

goroutine 1 [running]:
main.main()
	/go-tour/Type-assertions/src.go:17 +0x1f7
exit status 2

类型选择

类型选择(Type switches)是一种按顺序从几个类型断言中选择分支的结构。

类型选择与一般的 switch 语句相似，不过类型选择中的 case 为类型（而非值）， 它们针对给定接口值所存储的值的类型进行比较。

switch v := i.(type) {
case T:
    // v 的类型为 T
case S:
    // v 的类型为 S
default:
    // 没有匹配，v 与 i 的类型相同
}

类型选择中的声明与类型断言 i.(T) 的语法相同，只是具体类型 T 被替换成了关键字 type。

此选择语句判断接口值 i 保存的值类型是 T 还是 S。在 T 或 S 的情况下，变量 v 会分别按 T 或 S 类型保存 i 拥有的值。在默认（即没有匹配）的情况下，变量 v 与 i 的接口类型和值相同。

package main

import "fmt"

func do(i interface{}) {
	switch v := i.(type) {
	case int:
		fmt.Printf("Twice %v is %v\n", v, v*2)
	case string:
		fmt.Printf("%q is %v bytes long\n", v, len(v))
	default:
		fmt.Printf("I don't know about type %T!\n", v)
	}
}

func main() {
	do(21)
	do("hello")
	do(true)
}

输出：

Twice 21 is 42
"hello" is 5 bytes long
I don't know about type bool!

Stringer

fmt 包中定义的 Stringer 是最普遍的接口之一。

type Stringer interface {
    String() string
}

Stringer 是一个可以用字符串描述自己的类型。fmt 包（还有很多包）都通过此接口来打印值。

package main

import "fmt"

type Person struct {
	Name string
	Age  int
}

func (p Person) String() string {
	return fmt.Sprintf("%v (%v years)", p.Name, p.Age)
}

func main() {
	a := Person{"Foo", 12}
	b := Person{"Buzz", 23}
	fmt.Println(a, b)
}

输出：

Foo (12 years) Buzz (23 years)

练习：Stringer

通过让 IPAddr 类型实现 fmt.Stringer 来打印点号分隔的地址。

例如，IPAddr{1, 2, 3, 4} 应当打印为 "1.2.3.4"。

package main

import "fmt"

type IPAddr [4]byte

func (i IPAddr) String() string {
	return fmt.Sprintf("%v.%v.%v.%v", i[0], i[1], i[2], i[3])
}

func main() {
	hosts := map[string]IPAddr{
		"loopback":  {127, 0, 0, 1},
		"googleDNS": {8, 8, 8, 8},
	}
	for name, ip := range hosts {
		fmt.Printf("%v: %v\n", name, ip)
	}
}

错误

Go 程序使用 error 值来表示错误状态。

与 fmt.Stringer 类似，error 类型是一个内建接口：

type error interface {
    Error() string
}

（与 fmt.Stringer 类似，fmt 包在打印值时也会看看值是否满足 error 接口。）

通常函数会返回一个 error 值，调用的它的代码应当判断这个错误是否等于 nil 来进行错误处理。

i, err := strconv.Atoi("42")
if err != nil {
    fmt.Printf("couldn't convert number: %v\n", err)
    return
}
fmt.Println("Converted integer:", i)

error 为 nil 时表示成功；非 nil 的 error 表示失败。

package main

import (
	"fmt"
	"time"
)

type MyError struct {
	When time.Time
	What string
}

func (e *MyError) Error() string {
	return fmt.Sprintf("at %v, %s", e.When, e.What)
}

func run() error {
	return &MyError{
		time.Now(),
		"it didn't work",
	}
}

func main() {
	if err := run(); err != nil {
		fmt.Println(err)
	}
}

输出：

at 2020-02-07 17:26:08.694498 +0800 CST m=+0.000541141, it didn't work

练习：错误

从之前的练习中复制 Sqrt 函数，修改它使其返回 error 值。

Sqrt 接受到一个负数时，应当返回一个非 nil 的错误值。复数同样也不被支持。

创建一个新的类型

type ErrNegativeSqrt float64

并为其实现

func (e ErrNegativeSqrt) Error() string

方法使其拥有 error 值，通过 ErrNegativeSqrt(-2).Error() 调用该方法应返回 "cannot Sqrt negative number: -2"。

注意: 在 Error 方法内调用 fmt.Sprint(e) 会让程序陷入死循环。可以通过先转换 e来避免这个问题：fmt.Sprint(float64(e))。这是为什么呢？

修改 Sqrt 函数，使其接受一个负数时，返回 ErrNegativeSqrt 值。

package main

import (
	"fmt"
	"math"
)

func Sqrt(x float64) (float64, error) {
	if x < 0 {
		return 0, ErrNegativeSqrt{x}
	} else {
		return math.Sqrt(x), nil
	}
}

type ErrNegativeSqrt struct {
	val	float64
}

func (e ErrNegativeSqrt) Error() string {
	return fmt.Sprintf("Error Negative Sqrt of %v", e.val)
}

func main() {
	var a float64 = -1
	if res, err := Sqrt(a); err != nil {
		fmt.Println(err)
	} else {
		fmt.Println("Sqrt(", a, ") is ", res)
	}
}

输出：

Error Negative Sqrt of -1

Reader

io 包指定了 io.Reader 接口，它表示从数据流的末尾进行读取。

Go 标准库包含了该接口的许多实现，包括文件、网络连接、压缩和加密等等。

io.Reader 接口有一个 Read 方法：

func (T) Read(b []byte) (n int, err error)

Read 用数据填充给定的字节切片并返回填充的字节数和错误值。在遇到数据流的结尾时，它会返回一个 io.EOF 错误。

示例代码创建了一个 strings.Reader 并以每次 8 字节的速度读取它的输出。

package main

import (
	"fmt"
	"io"
	"strings"
)

func main() {
	r := strings.NewReader("Hello, Reader!")

	b := make([]byte, 8)
	for {
		n, err := r.Read(b)
		fmt.Printf("n=%v err=%v b=%v\n", n, err, b)
		fmt.Printf("b[:n]=%q\n", b[:n])
		if err == io.EOF {
			break
		}
	}
}

输出：

n=8 err=<nil> b=[72 101 108 108 111 44 32 82]
b[:n]="Hello, R"
n=6 err=<nil> b=[101 97 100 101 114 33 32 82]
b[:n]="eader!"
n=0 err=EOF b=[101 97 100 101 114 33 32 82]
b[:n]=""

练习：Reader

实现一个 Reader 类型，它产生一个 ASCII 字符 'A' 的无限流。

package main

import "./reader"

type MyReader struct{}

func (r MyReader) Read(b []byte) (int, error) {
	for i := 0; i < len(b); i++ {
		b[i] = 'A'
	}
	return len(b), nil
}

func main() {
	reader.Validate(MyReader{})
}

练习：rot13Reader

有种常见的模式是一个 io.Reader 包装另一个 io.Reader，然后通过某种方式修改其数据流。

例如，gzip.NewReader 函数接受一个 io.Reader（已压缩的数据流）并返回一个同样实现了 io.Reader 的 *gzip.Reader（解压后的数据流）。

编写一个实现了 io.Reader 并从另一个 io.Reader 中读取数据的 rot13Reader，通过应用 rot13 代换密码对数据流进行修改。

rot13Reader 类型已经提供。实现 Read 方法以满足 io.Reader。

package main

import (
	"io"
	"os"
	"strings"
)

type rot13Reader struct {
	r io.Reader
}

func (a rot13Reader) Read(b []byte) (n int, err error) {
	bt := make([]byte, 1)
	for i := 0; i < len(b); i++ {
		_, erra := a.r.Read(bt)
		if erra != nil {
			return i, erra
		}
		switch {
		case (bt[0] >= 'A' && bt[0] <= 'M') || (bt[0] >= 'a' && bt[0] <= 'm'):
			b[i] = bt[0] + 13
		case (bt[0] >= 'N' && bt[0] <= 'Z') || (bt[0] >= 'n' && bt[0] <= 'z'):
			b[i] = bt[0] - 13
		default:
			b[i] = bt[0]
		}
	}
	return len(b), nil
}

func main() {
	s := strings.NewReader("Lbh penpxrq gur pbqr!")
	r := rot13Reader{s}
	io.Copy(os.Stdout, &r)
}

输出：

You cracked the code!

图像

image 包定义了 Image 接口：

package image

type Image interface {
    ColorModel() color.Model
    Bounds() Rectangle
    At(x, y int) color.Color
}

注意: Bounds 方法的返回值 Rectangle 实际上是一个 image.Rectangle，它在 image 包中声明。

（请参阅文档了解全部信息。）

color.Color 和 color.Model 类型也是接口，但是通常因为直接使用预定义的实现 image.RGBA 和 image.RGBAModel 而被忽视了。这些接口和类型由 image/color包定义。

package main

import (
	"fmt"
	"image"
)

func main() {
	m := image.NewRGBA(image.Rect(0, 0, 100, 100))
	fmt.Println(m.Bounds())
	fmt.Println(m.At(0, 0).RGBA())
}

输出：

(0,0)-(100,100)
0 0 0 0