第八节结构体和接口

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2023-12-01

基本上到这里的时候，就是上了一个台阶了。Go的精华特点即将展开。

结构体定义

上面我们说过Go的指针和C的不同，结构体也是一样的。Go是一门删繁就简的语言，一切令人困惑的特性都必须去掉。

简单来讲，Go提供的结构体就是把使用各种数据类型定义的不同变量组合起来的高级数据类型。闲话不多说，看例子:

type Rect struct {
    width float64
    length float64
}

上面我们定义了一个矩形结构体，首先是关键是type表示要定义一个新的数据类型了，然后是新的数据类型名称Rect，最后是struct关键字，表示这个高级数据类型是结构体类型。在上面的例子中，因为width和length的数据类型相同，还可以写成如下格式：

type Rect struct {
    width, length float64
}

好了，来用结构体干点啥吧，计算一下矩形面积。

package main
import (
    "fmt"
)
type Rect struct {
    width, length float64
}
func main() {
    var rect Rect
    rect.width = 100
    rect.length = 200
    fmt.Println(rect.width * rect.length)
}

从上面的例子看到，其实结构体类型和基础数据类型使用方式差不多，唯一的区别就是结构体类型可以通过.来访问内部的成员。包括给内部成员赋值和读取内部成员值。

在上面的例子中，我们是用var关键字先定义了一个Rect变量，然后对它的成员赋值。我们也可以使用初始化的方式来给Rect变量的内部成员赋值。

package main
import (
    "fmt"
)
type Rect struct {
    width, length float64
}
func main() {
    var rect = Rect{width: 100, length: 200}
    fmt.Println(rect.width * rect.length)
}

当然如果你知道结构体成员定义的顺序，也可以不使用key:value的方式赋值，直接按照结构体成员定义的顺序给它们赋值。

package main
import (
    "fmt"
)
type Rect struct {
    width, length float64
}
func main() {
    var rect = Rect{100, 200}
    fmt.Println("Width:", rect.width, "* Length:",
        rect.length, "= Area:", rect.width*rect.length)
}

输出结果为

Width: 100 * Length: 200 = Area: 20000

结构体参数传递方式

我们说过，Go函数的参数传递方式是值传递，这句话对结构体也是适用的。

package main
import (
    "fmt"
)
type Rect struct {
    width, length float64
}
func double_area(rect Rect) float64 {
    rect.width *= 2
    rect.length *= 2
    return rect.width * rect.length
}
func main() {
    var rect = Rect{100, 200}
    fmt.Println(double_area(rect))
    fmt.Println("Width:", rect.width, "Length:", rect.length)
}

上面的例子输出为:

80000
Width: 100 Length: 200

也就说虽然在double_area函数里面我们将结构体的宽度和长度都加倍，但仍然没有影响main函数里面的rect变量的宽度和长度。

结构体组合函数

上面我们在main函数中计算了矩形的面积，但是我们觉得矩形的面积如果能够作为矩形结构体的“内部函数”提供会更好。这样我们就可以直接说这个矩形面积是多少，而不用另外去取宽度和长度去计算。现在我们看看结构体“内部函数”定义方法：

package main
import (
    "fmt"
)
type Rect struct {
    width, length float64
}
func (rect Rect) area() float64 {
    return rect.width * rect.length
}
func main() {
    var rect = Rect{100, 200}
    fmt.Println("Width:", rect.width, "Length:", rect.length,
        "Area:", rect.area())
}

咦？这个是什么“内部方法”，根本没有定义在Rect数据类型的内部啊？

确实如此，我们看到，虽然main函数中的rect变量可以直接调用函数area()来获取矩形面积，但是area()函数确实没有定义在Rect结构体内部，这点和C语言的有很大不同。Go使用组合函数的方式来为结构体定义结构体方法。我们仔细看一下上面的area()函数定义。

首先是关键字func表示这是一个函数，第二个参数是结构体类型和实例变量，第三个是函数名称，第四个是函数返回值。这里我们可以看出area()函数和普通函数定义的区别就在于area()函数多了一个结构体类型限定。这样一来Go就知道了这是一个为结构体定义的方法。

这里需要注意一点就是定义在结构体上面的函数(function)一般叫做方法(method)。

结构体和指针

我们在指针一节讲到过，指针的主要作用就是在函数内部改变传递进来变量的值。对于上面的计算矩形面积的例子，我们可以修改一下代码如下：

package main
import (
    "fmt"
)
type Rect struct {
    width, length float64
}
func (rect *Rect) area() float64 {
    return rect.width * rect.length
}
func main() {
    var rect = new(Rect)
    rect.width = 100
    rect.length = 200
    fmt.Println("Width:", rect.width, "Length:", rect.length,
        "Area:", rect.area())
}

上面的例子中，使用了new函数来创建一个结构体指针rect，也就是说rect的类型是*Rect，结构体遇到指针的时候，你不需要使用*去访问结构体的成员，直接使用.引用就可以了。所以上面的例子中我们直接使用rect.width=100 和rect.length=200来设置结构体成员值。因为这个时候rect是结构体指针，所以我们定义area()函数的时候结构体限定类型为*Rect。

其实在计算面积的这个例子中，我们不需要改变矩形的宽或者长度，所以定义area函数的时候结构体限定类型仍然为Rect也是可以的。如下：

package main
import (
    "fmt"
)
type Rect struct {
    width, length float64
}
func (rect Rect) area() float64 {
    return rect.width * rect.length
}
func main() {
    var rect = new(Rect)
    rect.width = 100
    rect.length = 200
    fmt.Println("Width:", rect.width, "Length:", rect.length,
        "Area:", rect.area())
}

这里Go足够聪明，所以rect.area()也是可以的。

至于使不使用结构体指针和使不使用指针的出发点是一样的，那就是你是否试图在函数内部改变传递进来的参数的值。再举个例子如下：

package main
import (
    "fmt"
)
type Rect struct {
    width, length float64
}
func (rect *Rect) double_area() float64 {
    rect.width *= 2
    rect.length *= 2
    return rect.width * rect.length
}
func main() {
    var rect = new(Rect)
    rect.width = 100
    rect.length = 200
    fmt.Println(*rect)
    fmt.Println("Double Width:", rect.width, "Double Length:", rect.length,
        "Double Area:", rect.double_area())
    fmt.Println(*rect)
}

这个例子的输出是：

{100 200}
Double Width: 200 Double Length: 400 Double Area: 80000
{200 400}

结构体内嵌类型

我们可以在一个结构体内部定义另外一个结构体类型的成员。例如iPhone也是Phone，我们看下例子：

package main
import (
    "fmt"
)
type Phone struct {
    price int
    color string
}
type IPhone struct {
    phone Phone
    model string
}
func main() {
    var p IPhone
    p.phone.price = 5000
    p.phone.color = "Black"
    p.model = "iPhone 5"
    fmt.Println("I have a iPhone:")
    fmt.Println("Price:", p.phone.price)
    fmt.Println("Color:", p.phone.color)
    fmt.Println("Model:", p.model)
}

输出结果为

I have a iPhone:
Price: 5000
Color: Black
Model: iPhone 5

在上面的例子中，我们在结构体IPhone里面定义了一个Phone变量phone，然后我们可以像正常的访问结构体成员一样访问phone的成员数据。但是我们原来的意思是“iPhone也是(is-a)Phone”，而这里的结构体IPhone里面定义了一个phone变量，给人的感觉就是“iPhone有一个(has-a)Phone”，挺奇怪的。当然Go也知道这种方式很奇怪，所以支持如下做法：

package main
import (
    "fmt"
)
type Phone struct {
    price int
    color string
}
type IPhone struct {
    Phone
    model string
}
func main() {
    var p IPhone
    p.price = 5000
    p.color = "Black"
    p.model = "iPhone 5"
    fmt.Println("I have a iPhone:")
    fmt.Println("Price:", p.price)
    fmt.Println("Color:", p.color)
    fmt.Println("Model:", p.model)
}

输出结果为

I have a iPhone:
Price: 5000
Color: Black
Model: iPhone 5

在这个例子中，我们定义IPhone结构体的时候，不再定义Phone变量，直接把结构体Phone类型定义在那里。然后IPhone就可以像访问直接定义在自己结构体里面的成员一样访问Phone的成员。

上面的例子中，我们演示了结构体的内嵌类型以及内嵌类型的成员访问，除此之外，假设结构体A内部定义了一个内嵌结构体B，那么A同时也可以调用所有定义在B上面的函数。

package main
import (
    "fmt"
)
type Phone struct {
    price int
    color string
}
func (phone Phone) ringing() {
    fmt.Println("Phone is ringing...")
}
type IPhone struct {
    Phone
    model string
}
func main() {
    var p IPhone
    p.price = 5000
    p.color = "Black"
    p.model = "iPhone 5"
    fmt.Println("I have a iPhone:")
    fmt.Println("Price:", p.price)
    fmt.Println("Color:", p.color)
    fmt.Println("Model:", p.model)
    p.ringing()
}

输出结果为：

I have a iPhone:
Price: 5000
Color: Black
Model: iPhone 5
Phone is ringing...

接口

我们先看一个例子，关于Nokia手机和iPhone手机都能够打电话的例子。

package main
import (
    "fmt"
)
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 nokia NokiaPhone
    nokia.call()
    var iPhone IPhone
    iPhone.call()
}

我们定义了NokiaPhone和IPhone，它们都有各自的方法call()，表示自己都能够打电话。但是我们想一想，是手机都应该能够打电话，所以这个不算是NokiaPhone或是IPhone的独特特点。否则iPhone不可能卖这么贵了。

再仔细看一下接口的定义，首先是关键字type，然后是接口名称，最后是关键字interface表示这个类型是接口类型。在接口类型里面，我们定义了一组方法。

Go语言提供了一种接口功能，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，不一定非要显式地声明要去实现哪些接口啦。比如上面的手机的call()方法，就完全可以定义在接口Phone里面，而NokiaPhone和IPhone只要实现了这个接口就是一个Phone。

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()
}

在上面的例子中，我们定义了一个接口Phone，接口里面有一个方法call()，仅此而已。然后我们在main函数里面定义了一个Phone类型变量，并分别为之赋值为NokiaPhone和IPhone。然后调用call()方法，输出结果如下：

I am Nokia, I can call you!
I am iPhone, I can call you!

以前我们说过，Go语言式静态类型语言，变量的类型在运行过程中不能改变。但是在上面的例子中，phone变量好像先定义为Phone类型，然后是NokiaPhone类型，最后成为了IPhone类型，真的是这样吗？

原来，在Go语言里面，一个类型A只要实现了接口X所定义的全部方法，那么A类型的变量也是X类型的变量。在上面的例子中，NokiaPhone和IPhone都实现了Phone接口的call()方法，所以它们都是Phone，这样一来是不是感觉正常了一些。

我们为Phone添加一个方法sales()，再来熟悉一下接口用法。

package main
import (
    "fmt"
)
type Phone interface {
    call()
    sales() int
}
type NokiaPhone struct {
    price int
}
func (nokiaPhone NokiaPhone) call() {
    fmt.Println("I am Nokia, I can call you!")
}
func (nokiaPhone NokiaPhone) sales() int {
    return nokiaPhone.price
}
type IPhone struct {
    price int
}
func (iPhone IPhone) call() {
    fmt.Println("I am iPhone, I can call you!")
}
func (iPhone IPhone) sales() int {
    return iPhone.price
}
func main() {
    var phones = [5]Phone{
        NokiaPhone{price: 350},
        IPhone{price: 5000},
        IPhone{price: 3400},
        NokiaPhone{price: 450},
        IPhone{price: 5000},
    }
    var totalSales = 0
    for _, phone := range phones {
        totalSales += phone.sales()
    }
    fmt.Println(totalSales)
}

输出结果：

上面的例子中，我们定义了一个手机数组，然后计算手机的总售价。可以看到，由于NokiaPhone和IPhone都实现了sales()方法，所以它们都是Phone类型，但是计算售价的时候，Go会知道调用哪个对象实现的方法。

接口类型还可以作为结构体的数据成员。

假设有个败家子，iPhone没有出的时候，买了好几款Nokia，iPhone出来后，又买了好多部iPhone，老爸要来看看这小子一共花了多少钱。

package main
import (
    "fmt"
)
type Phone interface {
    sales() int
}
type NokiaPhone struct {
    price int
}
func (nokiaPhone NokiaPhone) sales() int {
    return nokiaPhone.price
}
type IPhone struct {
    price int
}
func (iPhone IPhone) sales() int {
    return iPhone.price
}
type Person struct {
    phones []Phone
    name   string
    age    int
}
func (person Person) total_cost() int {
    var sum = 0
    for _, phone := range person.phones {
        sum += phone.sales()
    }
    return sum
}
func main() {
    var bought_phones = [5]Phone{
        NokiaPhone{price: 350},
        IPhone{price: 5000},
        IPhone{price: 3400},
        NokiaPhone{price: 450},
        IPhone{price: 5000},
    }
    var person = Person{name: "Jemy", age: 25, phones: bought_phones[:]}
    fmt.Println(person.name)
    fmt.Println(person.age)
    fmt.Println(person.total_cost())
}

这个例子纯为演示接口作为结构体数据成员，如有雷同，纯属巧合。这里面我们定义了一个Person结构体，结构体内部定义了一个手机类型切片。另外我们定义了Person的total_cost()方法用来计算手机花费总额。输出结果如下：

Jemy
25
14200

小结

Go的结构体和接口的实现方法可谓删繁就简，去除了很多别的语言令人困惑的地方，而且学习难度也不大，很容易上手。不过由于思想比较独到，也有可能会有人觉得功能太简单而无用，这个就各有看法了，不过在逐渐的使用过程中，我们会慢慢领悟到这种设计所带来的好处，以及所避免的问题。

第八节 结构体和接口

第八节结构体和接口