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100天精通Golang（基础入门篇）

100天精通Golang（基础入门篇）——第20天：接口

摘要

📝 第二十天来了，继续我们的 “100天精通Golang（基础入门篇）” 旅程！今天的重点是：Golang 接口深度解析☞从基础到高级。本篇将全方位地揭示接口在 Golang 中的重要性，以及如何让你的代码更加模块化、可测试和可维护。🎯

📝 探究 Golang 的接口机制如何使代码更加模块化、可测试和可维护。本文将从接口的定义、使用，到高级特性进行全面剖析。

导语

👋 大家好，我是猫头虎！今天我们将一同进入 Golang 的神秘花园，探寻接口（Interface）的无穷魅力。如果你对如何有效地使用 Golang 的接口机制感到好奇，那么这篇文章一定适合你。🌟

引言

🎙 在面向对象编程中，接口是一个非常重要的概念。但在 Golang 中，接口不仅用于描述对象的行为，还有许多高级的用途和特性。这使得 Golang 在类型系统的设计上显得非常独特和灵活。接口可以用于多态、代码解耦、错误处理等多个方面，其强大的功能和灵活性使得它成为 Golang 不可或缺的一部分。🛠

1.1 什么是接口?

面向对象世界中的接口的一般定义是“接口定义对象的行为”。它表示让指定对象应该做什么。实现这种行为的方法(实现细节)是针对对象的。

在Go中，接口是一组方法签名。当类型为接口中的所有方法提供定义时，它被称为实现接口。它与OOP非常相似。接口指定了类型应该具有的方法，类型决定了如何实现这些方法。

它把所有的具有共性的方法定义在一起，任何其他类型只要实现了这些方法就是实现了这个接口

接口定义了一组方法，如果某个对象实现了某个接口的所有方法，则此对象就实现了该接口。

1.2 接口的定义语法

定义接口

/* 定义接口 */
type interface_name interface {
   method_name1 [return_type]
   method_name2 [return_type]
   method_name3 [return_type]
   ...
   method_namen [return_type]
}

/* 定义结构体 */
type struct_name struct {
   /* variables */
}

/* 实现接口方法 */
func (struct_name_variable struct_name) method_name1() [return_type] {
   /* 方法实现 */
}
...
func (struct_name_variable struct_name) method_namen() [return_type] {
   /* 方法实现*/
}

示例代码：

package main

import (
    "fmt"
)

type Phone interface {
    call()
}

type NokiaPhone struct {
}

func (nokiaPhone NokiaPhone) call() {
    fmt.Println("I am Nokia, I can call you!")
}

type IPhone struct {
}

func (iPhone IPhone) call() {
    fmt.Println("I am iPhone, I can call you!")
}

func main() {
    var phone Phone

    phone = new(NokiaPhone)
    phone.call()

    phone = new(IPhone)
    phone.call()

}

运行结果：

I am Nokia, I can call you!
I am iPhone, I can call you!
  • interface可以被任意的对象实现
  • 一个对象可以实现任意多个interface
  • 任意的类型都实现了空interface(我们这样定义：interface{})，也就是包含0个method的interface

1.3 interface值

package main

import "fmt"

type Human struct {
	name  string
	age   int
	phone string
}
type Student struct {
	Human  //匿名字段
	school string
	loan   float32
}
type Employee struct {
	Human   //匿名字段
	company string
	money   float32
} //Human实现Sayhi方法
func (h Human) SayHi() {
	fmt.Printf("Hi, I am %s you can call me on %s\n", h.name, h.phone)
} //Human实现Sing方法
func (h Human) Sing(lyrics string) {
	fmt.Println("La la la la...", lyrics)
} //Employee重写Human的SayHi方法
func (e Employee) SayHi() {
	fmt.Printf("Hi, I am %s, I work at %s. Call me on %s\n", e.name,
		e.company, e.phone) //Yes you can split into 2 lines here.
}

// Interface Men被Human,Student和Employee实现
// 因为这三个类型都实现了这两个方法
type Men interface {
	SayHi()
	Sing(lyrics string)
}

func main() {
	mike := Student{Human{"Mike", 25, "222-222-XXX"}, "MIT", 0.00}
	paul := Student{Human{"Paul", 26, "111-222-XXX"}, "Harvard", 100}
	sam := Employee{Human{"Sam", 36, "444-222-XXX"}, "Golang Inc.", 1000}
	Tom := Employee{Human{"Sam", 36, "444-222-XXX"}, "Things Ltd.", 5000}
	//定义Men类型的变量i
	var i Men
	//i能存储Student
	i = mike
	fmt.Println("This is Mike, a Student:")
	i.SayHi()
	i.Sing("November rain")
	//i也能存储Employee
	i = Tom
	fmt.Println("This is Tom, an Employee:")
	i.SayHi()
	i.Sing("Born to be wild")
	//定义了slice Men
	fmt.Println("Let's use a slice of Men and see what happens")
	x := make([]Men, 3)
	//T这三个都是不同类型的元素，但是他们实现了interface同一个接口
	x[0], x[1], x[2] = paul, sam, mike
	for _, value := range x {
		value.SayHi()
	}
}

运行结果：

	This is Mike, a Student:
	Hi, I am Mike you can call me on 222-222-XXX
	La la la la... November rain
	This is Tom, an Employee:
	Hi, I am Sam, I work at Things Ltd.. Call me on 444-222-XXX
	La la la la... Born to be wild
	Let's use a slice of Men and see what happens
	Hi, I am Paul you can call me on 111-222-XXX
	Hi, I am Sam, I work at Golang Inc.. Call me on 444-222-XXX
	Hi, I am Mike you can call me on 222-222-XXX

那么interface里面到底能存什么值呢？如果我们定义了一个interface的变量，那么这个变量里面可以存实现这个interface的任意类型的对象。例如上面例子中，我们定义了一个Men interface类型的变量m，那么m里面可以存Human、Student或者Employee值

当然，使用指针的方式，也是可以的

但是，接口对象不能调用实现对象的属性

interface函数参数

interface的变量可以持有任意实现该interface类型的对象，这给我们编写函数(包括method)提供了一些额外的思考，我们是不是可以通过定义interface参数，让函数接受各种类型的参数

嵌入interface

package main

import "fmt"

type Human interface {
	Len()
}
type Student interface {
	Human
}

type Test struct {
}

func (h *Test) Len() {
	fmt.Println("成功")
}
func main() {
	var s Student
	s = new(Test)
	s.Len()
}

示例代码：

package test

import (
	"fmt"
)

type Controller struct {
	M int32
}

type Something interface {
	Get()
	Post()
}

func (c *Controller) Get() {
	fmt.Print("GET")
}

func (c *Controller) Post() {
	fmt.Print("POST")
}

package main

import (
	"fmt"
	"test"
)

type T struct {
	test.Controller
}

func (t *T) Get() {
	//new(test.Controller).Get()
	fmt.Print("T")
}
func (t *T) Post() {
	fmt.Print("T")
}
func main() {
	var something test.Something
	something = new(T)
	var t T
	t.M = 1
	//	t.Controller.M = 1
	something.Get()
}

Controller实现了所有的Something接口方法，当结构体T中调用Controller结构体的时候，T就相当于Java中的继承，T继承了Controller，因此，T可以不用重写所有的Something接口中的方法，因为父构造器已经实现了接口。

如果Controller没有实现Something接口方法，则T要调用Something中方法，就要实现其所有方法。

如果something = new(test.Controller)则调用的是Controller中的Get方法。

T可以使用Controller结构体中定义的变量

1.4 接口的类型

接口与鸭子类型：

先直接来看维基百科里的定义：

If it looks like a duck, swims like a duck, and quacks like a duck, then it probably is a duck.

翻译过来就是：如果某个东西长得像鸭子，像鸭子一样游泳，像鸭子一样嘎嘎叫，那它就可以被看成是一只鸭子。

Duck Typing，鸭子类型，是动态编程语言的一种对象推断策略，它更关注对象能如何被使用，而不是对象的类型本身。Go 语言作为一门静态语言，它通过通过接口的方式完美支持鸭子类型。

而在静态语言如 Java, C++ 中，必须要显示地声明实现了某个接口，之后，才能用在任何需要这个接口的地方。如果你在程序中调用某个数，却传入了一个根本就没有实现另一个的类型，那在编译阶段就不会通过。这也是静态语言比动态语言更安全的原因。

动态语言和静态语言的差别在此就有所体现。静态语言在编译期间就能发现类型不匹配的错误，不像动态语言，必须要运行到那一行代码才会报错。当然，静态语言要求程序员在编码阶段就要按照规定来编写程序，为每个变量规定数据类型，这在某种程度上，加大了工作量，也加长了代码量。动态语言则没有这些要求，可以让人更专注在业务上，代码也更短，写起来更快，这一点，写 python 的同学比较清楚。

Go 语言作为一门现代静态语言，是有后发优势的。它引入了动态语言的便利，同时又会进行静态语言的类型检查，写起来是非常 Happy 的。Go 采用了折中的做法：不要求类型显示地声明实现了某个接口，只要实现了相关的方法即可，编译器就能检测到。

总结一下，鸭子类型是一种动态语言的风格，在这种风格中，一个对象有效的语义，不是由继承自特定的类或实现特定的接口，而是由它"当前方法和属性的集合"决定。Go 作为一种静态语言，通过接口实现了鸭子类型，实际上是 Go 的编译器在其中作了隐匿的转换工作。

Go语言的多态性：

Go中的多态性是在接口的帮助下实现的。正如我们已经讨论过的，接口可以在Go中隐式地实现。如果类型为接口中声明的所有方法提供了定义，则实现一个接口。让我们看看在接口的帮助下如何实现多态。

任何定义接口所有方法的类型都被称为隐式地实现该接口。

类型接口的变量可以保存实现接口的任何值。接口的这个属性用于实现Go中的多态性。

1.5 接口断言

前面说过，因为空接口 interface{}没有定义任何函数，因此 Go 中所有类型都实现了空接口。当一个函数的形参是interface{}，那么在函数中，需要对形参进行断言，从而得到它的真实类型。

语法格式：

// 安全类型断言

<目标类型的值>，<布尔参数> := <表达式>.( 目标类型 )

//非安全类型断言

<目标类型的值> := <表达式>.( 目标类型 )

示例代码：

package main

import "fmt"

func main() {

   var i1 interface{} = new (Student)
   s := i1.(Student) //不安全，如果断言失败，会直接panic

   fmt.Println(s)


	var i2 interface{} = new(Student)
	s, ok := i2.(Student) //安全，断言失败，也不会panic，只是ok的值为false
	if ok {
		fmt.Println(s)
	}
}

type Student struct {

}

断言其实还有另一种形式，就是用在利用 switch语句判断接口的类型。每一个case会被顺序地考虑。当命中一个case 时，就会执行 case 中的语句，因此 case 语句的顺序是很重要的，因为很有可能会有多个 case匹配的情况。

示例代码：

switch ins:=s.(type) {
	case Triangle:
		fmt.Println("三角形。。。",ins.a,ins.b,ins.c)
	case Circle:
		fmt.Println("圆形。。。。",ins.radius)
	case int:
		fmt.Println("整型数据。。")
	}

1.6 接口的组合

在 Go 语言中，一个接口可以由多个小接口组合而成。这样的组合方式提供了一种“继承”的感觉，使得接口更加模块化。

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

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

type ReadWriter interface {
    Reader
    Writer
}

在这个例子中，ReadWriter 接口组合了 Reader 和 Writer 接口，一个实现了 ReadWriter 接口的类必须实现所有 Reader 和 Writer 接口中定义的方法。

1.7 接口的零值和nil

在 Go 中，接口内部有两个组件，一个是具体的类型，另一个是该类型的值。当我们定义一个接口变量时，这两个组件都会初始化为 nil。

var a interface{}
fmt.Printf("%v, %T\n", a, a) // "nil, nil"

当一个接口变量的类型和值都为 nil 时，我们称该变量为 nil 接口变量。

1.8 接口和指针

指针类型和它所指向的值类型是两个不同的类型，因此，如果一个接口类型的方法集合包含使用值接收者定义的方法，那么这个接口可以存储这个指针类型的值。

type Describer interface {
    Describe()
}

type Person struct {
    name string
}

func (p Person) Describe() {
    fmt.Println("I am a person.")
}

func main() {
    var d1 Describer
    p1 := Person{"Sam"}
    d1 = &p1
    d1.Describe()
}

1.9 接口嵌套和方法冲突

接口也可以嵌套接口，但要注意方法不要冲突。

type ReadCloser interface {
    Reader
    Closer
}
type Closer interface {
    Close() error
    //Read() // 这里如果定义Read方法，将与Reader接口冲突
}

1.10 接口的实用技巧

  1. 类型查询: 除了类型断言，你还可以使用 , ok 语法来安全地查询值的类型。

    if val, ok := myVar.(MyType); ok {
    // ...
}

  2. 使用接口收集不同类型的值: 你可以创建接受接口类型参数的函数或方法，以处理不同类型的值。

  3. 使用接口实现模板模式: 通过定义一个接口来封装算法的变化，然后通过具体的类型来实现算法的可替换部分。

1.11 错误处理与接口

Go 语言中的错误处理也是基于接口的。标准库中有一个 error 接口用于处理错误：

type error interface {
    Error() string
}

自定义错误通常会实现这个接口，提供更多的上下文信息和错误处理能力。

1.12 测试与接口

在 Go 中进行单元测试时，接口非常有用。你可以创建模拟对象来代替真实的依赖，这些模拟对象实现了同样的接口。

这样的话，你可以在测试环境下替换这些依赖，使得单元测试更加容易编写和维护。

总结

🔍 通过本文，你应该对 Golang 的接口有了全面且深入的理解。无论是基础的类型实现，还是高级的接口组合和多态性，接口都能让我们的代码更加简洁和高效。掌握接口不仅可以让你更加自如地使用 Golang，也会极大地提升你的编程水平。记住，掌握接口就是走向 Golang 高手之路的关键一步。🔑

接口在 Go 中是一种非常强大和灵活的机制，用于解耦和组织代码。它们提供了一种方式来规范对象行为，允许我们编写可复用和可测试的代码。了解和掌握接口是成为 Go 语言高手的关键之一。

参考资料

📚

  1. Go Programming Language Specification
  2. Effective Go
  3. Go Blog: Interfaces in Go
  4. Go by Example: Interfaces

希望大家喜欢这篇文章！如果你有任何问题或想要进一步探讨，随时在下方留言。👇 不要忘了点赞和分享！👍🚀

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结语

通过今天的学习，您已经踏上了Golang的学习之旅。在未来的日子里，您将探索Golang的各个方面，从基础概念到高级技巧，从实际应用到性能优化。
学习一门编程语言是一个持续的过程，每一天都是您向Golang的精通迈进的重要一步。我鼓励您坚持每天学习，保持热情和好奇心，解决挑战并享受成功的喜悦。

在您的学习旅程中，不要忘记参与社区和与其他Golang开发者交流。分享您的见解和经验，向他人学习，并在开源项目或实际应用中展示您的技能。

如果您在学习过程中遇到困难或有任何问题，不要犹豫向社区和专家寻求帮助。持续学习，勇敢探索，您将在Golang领域取得令人瞩目的成就。

最后，感谢您的阅读和支持！祝愿您在未来的每一天中都能够成为一名精通Golang的开发者！

期待听到您在学习过程中的进展和成就。如果您需要进一步的帮助，请随时告诉我。祝您在学习Golang的旅程中取得巨大成功！

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