Golang——面向对象编程（下）-CFANZ编程社区

工厂模式

工厂模式

概念

由于 Go 中缺少类和继承等 OOP 特性，所以无法使用 Go 来实现经典的工厂方法模式。不过，我们仍然能实现模式的基础版本，即简单工厂。

在本例中，我们将使用工厂结构体来构建多种类型的武器。

首先，我们来创建一个名为 iGun的接口，其中将定义一支枪所需具备的所有方法。然后是实现了 iGun 接口的 gun枪支结构体类型。两种具体的枪支—— ak47与 musket火枪 ——两者都嵌入了枪支结构体，且间接实现了所有的 iGun方法。

gunFactory枪支工厂结构体将发挥工厂的作用，即通过传入参数构建所需类型的枪支。 main.go 则扮演着客户端的角色。其不会直接与 ak47或 musket进行互动，而是依靠 gunFactory来创建多种枪支的实例，仅使用字符参数来控制生产。

示例

iGun.go: 产品接口

package main

type iGun interface {
    setName(name string)
    setPower(power int)
    getName() string
    getPower() int
}

gun.go: 具体产品

package main

type gun struct {
    name  string
    power int
}

func (g *gun) setName(name string) {
    g.name = name
}

func (g *gun) getName() string {
    return g.name
}

func (g *gun) setPower(power int) {
    g.power = power
}

func (g *gun) getPower() int {
    return g.power
}

ak47.go: 具体产品

package main

type ak47 struct {
    gun
}

func newAk47() iGun {
    return &ak47{
        gun: gun{
            name:  "AK47 gun",
            power: 4,
        },
    }
}

musket.go: 具体产品

package main

type musket struct {
    gun
}

func newMusket() iGun {
    return &musket{
        gun: gun{
            name:  "Musket gun",
            power: 1,
        },
    }
}

gunFactory.go: 工厂

package main

import "fmt"

func getGun(gunType string) (iGun, error) {
    if gunType == "ak47" {
        return newAk47(), nil
    }
    if gunType == "musket" {
        return newMusket(), nil
    }
    return nil, fmt.Errorf("Wrong gun type passed")
}

main.go: 客户端代码

package main

import "fmt"

func main() {
    ak47, _ := getGun("ak47")
    musket, _ := getGun("musket")

    printDetails(ak47)
    printDetails(musket)
}

func printDetails(g iGun) {
    fmt.Printf("Gun: %s", g.getName())
    fmt.Println()
    fmt.Printf("Power: %d", g.getPower())
    fmt.Println()
}

output.txt: 执行结果

Gun: AK47 gun
Power: 4
Gun: Musket gun
Power: 1

接口

此部分来源于Go 语言接口的原理 | Go 语言设计与实现

隐式接口

很多面向对象语言都有接口这一概念，例如 Java 和 C#。Java 的接口不仅可以定义方法签名，还可以定义变量，这些定义的变量可以直接在实现接口的类中使用，这里简单介绍一下 Java 中的接口：

public interface MyInterface {
    public String hello = "Hello";
    public void sayHello();
}

上述代码定义了一个必须实现的方法 sayHello 和一个会注入到实现类的变量 hello。在下面的代码中，MyInterfaceImpl 实现了 MyInterface 接口：

public class MyInterfaceImpl implements MyInterface {
    public void sayHello() {
        System.out.println(MyInterface.hello);
    }
}

Java 中的类必须通过上述方式显式地声明实现的接口，但是在 Go 语言中实现接口就不需要使用类似的方式。首先，我们简单了解一下在 Go 语言中如何定义接口。定义接口需要使用 interface 关键字，在接口中我们只能定义方法签名，不能包含成员变量，一个常见的 Go 语言接口是这样的：

type error interface {
    Error() string
}

如果一个类型需要实现 error 接口，那么它只需要实现 Error() string 方法，下面的 RPCError 结构体就是 error 接口的一个实现：

type RPCError struct {
    Code    int64
    Message string
}

func (e *RPCError) Error() string {
    return fmt.Sprintf("%s, code=%d", e.Message, e.Code)
}

细心的读者可能会发现上述代码根本就没有 error 接口的影子，这是为什么呢？Go 语言中接口的实现都是隐式的，我们只需要实现 Error() string 方法就实现了 error 接口。Go 语言实现接口的方式与 Java 完全不同：

在 Java 中：实现接口需要显式地声明接口并实现所有方法；
在 Go 中：实现接口的所有方法就隐式地实现了接口；

我们使用上述 RPCError 结构体时并不关心它实现了哪些接口，Go 语言只会在传递参数、返回参数以及变量赋值时才会对某个类型是否实现接口进行检查，这里举几个例子来演示发生接口类型检查的时机：

func main() {
    var rpcErr error = NewRPCError(400, "unknown err") // typecheck1
    err := AsErr(rpcErr) // typecheck2
    println(err)
}

func NewRPCError(code int64, msg string) error {
    return &RPCError{ // typecheck3
        Code:    code,
        Message: msg,
    }
}

func AsErr(err error) error {
    return err
}

Go 语言在编译期间对代码进行类型检查，上述代码总共触发了三次类型检查：

将 *RPCError 类型的变量赋值给 error 类型的变量 rpcErr；
将 *RPCError 类型的变量 rpcErr 传递给签名中参数类型为 error 的 AsErr 函数；
将 *RPCError 类型的变量从函数签名的返回值类型为 error 的 NewRPCError 函数中返回；

从类型检查的过程来看，编译器仅在需要时才检查类型，类型实现接口时只需要实现接口中的全部方法，不需要像 Java 等编程语言中一样显式声明。

类型

接口也是 Go 语言中的一种类型，它能够出现在变量的定义、函数的入参和返回值中并对它们进行约束，不过 Go 语言中有两种略微不同的接口，一种是带有一组方法的接口，另一种是不带任何方法的 interface{}：

图 4-7 Go 语言中的两种接口

Go 语言使用 runtime.iface 表示第一种接口，使用 runtime.eface 表示第二种不包含任何方法的接口 interface{}，两种接口虽然都使用 interface 声明，但是由于后者在 Go 语言中很常见，所以在实现时使用了特殊的类型。

需要注意的是，与 C 语言中的 void * 不同，interface{} 类型不是任意类型。如果我们将类型转换成了 interface{} 类型，变量在运行期间的类型也会发生变化，获取变量类型时会得到 interface{}。

package main

func main() {
    type Test struct{}
    v := Test{}
    Print(v)
}

func Print(v interface{}) {
    println(v)
}

上述函数不接受任意类型的参数，只接受 interface{} 类型的值，在调用 Print 函数时会对参数 v 进行类型转换，将原来的 Test 类型转换成 interface{} 类型，本节会在后面介绍类型转换的实现原理。

指针和接口

在 Go 语言中同时使用指针和接口时会发生一些让人困惑的问题，接口在定义一组方法时没有对实现的接收者做限制，所以我们会看到某个类型实现接口的两种方式：

图 4-8 结构体和指针实现接口

这是因为结构体类型和指针类型是不同的，就像我们不能向一个接受指针的函数传递结构体一样，在实现接口时这两种类型也不能划等号。虽然两种类型不同，但是上图中的两种实现不可以同时存在，Go 语言的编译器会在结构体类型和指针类型都实现一个方法时报错 “method redeclared”。

对 Cat 结构体来说，它在实现接口时可以选择接受者的类型，即结构体或者结构体指针，在初始化时也可以初始化成结构体或者指针。下面的代码总结了如何使用结构体、结构体指针实现接口，以及如何使用结构体、结构体指针初始化变量。

type Cat struct {}
type Duck interface { ... }

func (c  Cat) Quack {}  // 使用结构体实现接口
func (c *Cat) Quack {}  // 使用结构体指针实现接口

var d Duck = Cat{}      // 使用结构体初始化变量
var d Duck = &Cat{}     // 使用结构体指针初始化变量

实现接口的类型和初始化返回的类型两个维度共组成了四种情况，然而这四种情况不是都能通过编译器的检查：

	结构体实现接口	结构体指针实现接口
结构体初始化变量	通过	不通过
结构体指针初始化变量	通过	通过

四种中只有使用指针实现接口，使用结构体初始化变量无法通过编译，其他的三种情况都可以正常执行。当实现接口的类型和初始化变量时返回的类型时相同时，代码通过编译是理所应当的：

方法接受者和初始化类型都是结构体；
方法接受者和初始化类型都是结构体指针；

而剩下的两种方式为什么一种能够通过编译，另一种无法通过编译呢？我们先来看一下能够通过编译的情况，即方法的接受者是结构体，而初始化的变量是结构体指针：

type Cat struct{}

func (c Cat) Quack() {
    fmt.Println("meow")
}

func main() {
    var c Duck = &Cat{}
    c.Quack()
}

作为指针的 &Cat{} 变量能够隐式地获取到指向的结构体，所以能在结构体上调用 Walk 和 Quack 方法。我们可以将这里的调用理解成 C 语言中的 d->Walk() 和 d->Speak()，它们都会先获取指向的结构体再执行对应的方法。

但是如果我们将上述代码中方法的接受者和初始化的类型进行交换，代码就无法通过编译了：

type Duck interface {
    Quack()
}

type Cat struct{}

func (c *Cat) Quack() {
    fmt.Println("meow")
}

func main() {
    var c Duck = Cat{}
    c.Quack()
}

$ go build interface.go
./interface.go:20:6: cannot use Cat literal (type Cat) as type Duck in assignment:
    Cat does not implement Duck (Quack method has pointer receiver)

编译器会提醒我们：Cat 类型没有实现 Duck 接口，Quack 方法的接受者是指针。这两个报错对于刚刚接触 Go 语言的开发者比较难以理解，如果我们想要搞清楚这个问题，首先要知道 Go 语言在传递参数时都是传值的。

图 4-9 实现接口的接受者类型

如上图所示，无论上述代码中初始化的变量 c 是 Cat{} 还是 &Cat{}，使用 c.Quack() 调用方法时都会发生值拷贝：

如上图左侧，对于 &Cat{} 来说，这意味着拷贝一个新的 &Cat{} 指针，这个指针与原来的指针指向一个相同并且唯一的结构体，所以编译器可以隐式的对变量解引用（dereference）获取指针指向的结构体；
如上图右侧，对于 Cat{} 来说，这意味着 Quack 方法会接受一个全新的 Cat{}，因为方法的参数是 *Cat，编译器不会无中生有创建一个新的指针；即使编译器可以创建新指针，这个指针指向的也不是最初调用该方法的结构体；

上面的分析解释了指针类型的现象，当我们使用指针实现接口时，只有指针类型的变量才会实现该接口；当我们使用结构体实现接口时，指针类型和结构体类型都会实现该接口。当然这并不意味着我们应该一律使用结构体实现接口，这个问题在实际工程中也没那么重要，在这里我们只想解释现象背后的原因。

nil 和 non-nil

我们可以通过一个例子理解Go 语言的接口类型不是任意类型这一句话，下面的代码在 main 函数中初始化了一个 *TestStruct 类型的变量，由于指针的零值是 nil，所以变量 s 在初始化之后也是 nil：

package main

type TestStruct struct{}

func NilOrNot(v interface{}) bool {
    return v == nil
}

func main() {
    var s *TestStruct
    fmt.Println(s == nil)      // #=> true
    fmt.Println(NilOrNot(s))   // #=> false
}

$ go run main.go
true
false

我们简单总结一下上述代码执行的结果：

将上述变量与 nil 比较会返回 true；
将上述变量传入 NilOrNot 方法并与 nil 比较会返回 false；

出现上述现象的原因是 —— 调用 NilOrNot 函数时发生了隐式的类型转换，除了向方法传入参数之外，变量的赋值也会触发隐式类型转换。在类型转换时，*TestStruct 类型会转换成 interface{} 类型，转换后的变量不仅包含转换前的变量，还包含变量的类型信息 TestStruct，所以转换后的变量与 nil 不相等。

面向对象编程思想

我们在前面去定义一个结构体时候，实际上就是把一类事物的共有的属性（字段）和行为（方法）提取出来，形成一个物理模型（结构体）。这种研究问题的方法称为抽象。

面向对象编程三大特性

封装

封装(encapsulation)就是把抽象出的字段和对字段的操作封装在一起,数据被保护在内部,程序的其它包只有通过被授权的操作(方法),才能对字段进行操作

封装的优点

隐藏实现细节
可以对数据进行验证

如何体现封装

对结构体中的属性进行封装
通过方法，包实现封装

封装的实现步骤

将结构体、字段(属性)的首字母小写(不能导出了，其它包不能使用，类似 private)
给结构体所在包提供一个工厂模式的函数，首字母大写。类似一个构造函数

提供一个首字母大写的 Set 方法(类似其它语言的 public)，用于对属性判断并赋值

func (var 结构体类型名) SetXxx(参数列表) (返回值列表) {
    //加入数据验证的业务逻辑var.字段 = 参数
}

提供一个首字母大写的 Get 方法(类似其它语言的 public)，用于获取属性的值
```
func (var 结构体类型名) GetXxx() {
    return var.age;
}
```

继承

当多个结构体存在相同的属性(字段)和方法时,可以从这些结构体（primarySchoolStudents，collegeStudents）中抽象出结构体(比如Student),在该结构体中定义这些相同的属性和方法。
其它的结构体不需要重新定义这些属性(字段)和方法，只需嵌套一个 Student 匿名结构体即可。
在 Golang 中，如果一个 struct 嵌套了另一个匿名结构体，那么这个结构体可以直接访问匿名结构体的字段和方法，从而实现了继承特性。

详细说明

结构体可以使用嵌套匿名结构体所有的字段和方法，即：首字母大写或者小写的字段、方法，都可以使用。
当结构体和匿名结构体有相同的字段或者方法时，编译器采用就近访问原则访问，如希望访问匿名结构体的字段和方法，可以通过匿名结构体名来区分
结构体嵌入两个(或多个)匿名结构体，如两个匿名结构体有相同的字段和方法(同时结构体本身没有同名的字段和方法)，在访问时，就必须明确指定匿名结构体名字，否则编译报错。
上面一条也就是多重继承
如果一个 struct 嵌套了一个有名结构体，这种模式就是组合，如果是组合关系，那么在访问组合的结构体的字段或方法时，必须带上结构体的名字
嵌套匿名结构体后，也可以在创建结构体变量(实例)时，直接指定各个匿名结构体字段的值