Golang学习笔记（六）—— 面向对象

合集 - Golang学习笔记(10)

1.Golang学习笔记（一）—— 核心特性2023-12-272.Golang学习笔记（二）—— 基本语法和常见数据结构2023-12-293.Golang学习笔记（三）—— 常见控制结构2023-12-314.Golang学习笔记（四） —— 函数2024-01-015.Golang学习笔记（五）—— 函数进阶2024-01-04

6.Golang学习笔记（六）—— 面向对象2024-01-06

7.Golang学习笔记（七）—— 异常处理2024-01-078.Golang学习笔记（八）—— 泛型2024-01-089.Golang学习笔记（九）—— 并发编程2024-01-0910.Golang学习笔记（十）—— 协程调度2024-01-10

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面向对象

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面向对象有三大特点：封装、继承和多态

方法

给内置类型定义方法是不被允许的

接收者

接口类型是无效的方法接收者

　　在之前的 学习笔记（二） 中有提到过方法，其格式如下：

func (接收者) func_name(参数) 返回值 {
    //操作
}

　　学习了函数调用栈后，我们要知道 —— 接收者在函数调用中，其实是作为函数的参数来传递的。举个例子：

package main

import "fmt"

type A struct {
    name string
}

func (a A) getname() string { //值传递，不修改原本变量
    return a.name
}

func (pa *A) setname() { //指针传递，修改原本变量
    pa.name = "Hi ! " + pa.name
}

func main() {
    a := A{name: "Golang"}
    pa := &a

　　//用方法变量来调用函数

    fmt.Println(a.getname()) //查看汇编代码，发现调用形式是：A.getname(a)
    a.setname()              //语法糖，编译期间会为转为 (&a).setname()，即(*A).getname(pa)

    fmt.Println(pa.getname()) //语法糖，编译期间会为转为 (*pa).setname()，即A.getname(a)
    pa.setname()              //调用形式是：(*A).getname(pa)

    //用方法表达式来调用函数,不建议这种方法

    //一、struct值只能调用 值接收者 的方法

    fmt.Println(A.getname(a)) //与fmt.Println(A.getname(*pa))等价
    A.setname(a)              //会报错

    //二、struct指针能调用 值接收者 和 指针接收者 的方法

    (*A).setname(&a)              //与(*A).getname(pa)等价
    fmt.Println((*A).getname(&a)) //经过编译器处理，最后还是调用了 A.getname(a)

}

注意：上述语法糖是在编译期间发挥作用的，所以像 A{name: "hello"}.setname() 这种不能在编译期间拿到地址的字面量，就没办法通过语法糖转换，会报错。

(*A).setname(&A{name: "hello"}) 用方法表达式的方式调用就能正常执行。

　　下面列几个图，更直观的展现不同接收者的方法调用：

方法表达式

上面一直在提方法表达式，方法表达式到底是个什么东西？

　　答：方法表达式就是 Function Value。

方法变量

上图的 a.GetName 就是一个方法变量。

　　方法变量实际上就是个闭包，是捕获了方法接收者的 Function Value。

 　　既然知道了方法变量是闭包，那就需要注意：闭包的捕获列表可能只进行值拷贝，也可能造成变量逃逸。这些在之前的 函数进阶 中有讨论过，这里就不在赘述。

 

接口

　　在了解接口前，不得不先理解 Go 语言的类型系统：

类型系统

　　在 Go 语言中，内置类型和自定义类型都有对应的类型描述信息，称为它的 “类型元数据”，每种类型元数据都是全局唯一的。这些类型元数共同构成了 Go 语言的类型系统。

作为类型元数据头部信息的 Type 的数据结构

源码文件：src/internal/abi/type.go    line：20

type Type struct {
    Size_       uintptr　　//类型大小
    PtrBytes    uintptr　　//含有所有指针类型前缀大小
    Hash        uint32　　 //类型hash值；避免在哈希表中计算
    TFlag       TFlag　　　//二外类型信息标志
    Align_      uint8　　　//该类型变量对齐方式
    FieldAlign_ uint8　　　//该类型结构字段对齐方式
    Kind_       uint8　　  //类型编号
    
    Equal func(unsafe.Pointer, unsafe.Pointer) bool　　//用于比较该类型对象的函数

    GCData    *byte　　　　//gc数据
    Str       NameOff　　　//类型名字的偏移
    PtrToThis TypeOff　　　//指向该类型的指针类型，可以为零
}

　　这只是作为头部信息，在 Type 之后还要存储各种类型额外需要描述的信息：

 在之前的版本中，Type 结构体是写在 src/runtime/type.go 中的，且结构体名称为 _type；

现在则是写在 src/internal/abi/type.go 中，在 runtime/type.go 中，以 type _type = abi.Type 别名使用

　　如果是自定义类型，后面还会有一个 UncommonType 结构体：

源码文件：src/internal/abi/type.go    line：197

type UncommonType struct {
    PkgPath NameOff // 记录类型所在的包路径
    Mcount  uint16  // 记录该类型的方法数
    Xcount  uint16  // 记录该类型导出的方法数
    Moff    uint32  // 记录这些方法元数据组成的数组相对于 UncommonType 结构体的偏移 offset from this uncommontype to [mcount]Method
    _       uint32  // unused
}

源码文件：src/internal/abi/type.go    line：186

type Method struct {
    Name NameOff // name of method
    Mtyp TypeOff // method type (without receiver)
    Ifn  TextOff // fn used in interface call (one-word receiver)
    Tfn  TextOff // fn used for normal method call
}

 

接口（非空）

在 Go 语言中，接口是一种类型。

接口的定义

接口是用来定义行为的类型。这些被定义的行为不由接口直接实现，而是通过方法由用户定义的类型实现。

如果用户定义的类型实现了某个接口类型声明的一组方法，那么这个用户定义的类型的值就可以赋给这个接口类型的值。

　　定义格式如下：

    type 接口类型名 interface{
        方法名1( 参数列表1 ) 返回值列表1
        方法名2( 参数列表2 ) 返回值列表2
        …
    }

接口的实现

package main

import "fmt"

type storage struct {
    disk string
}

type io_operate interface {
    read() *storage
    write(str string) *storage
}

func (A *storage) read() *storage {
    fmt.Println(A.disk)
    return A
}

func (A *storage) write(str string) *storage {    //storage 实现了 io_operate 定义的方法，称其实现了该接口
    A.disk = str
    return A
}

func main() {

    var x io_operate //接口类型变量能够存储所有实现了该接口的实例
    a := storage{disk: "A"}
    x = &a //因为是指针接收者实现方法，所以要取地址

    x.write("X")
    a.read() //X
    x.read() //X

    a.write("B")
    x.read() //B
    a.read() //B

}

　　可以看到，通过接口类型变量调用方法 和 通过结构体实例调用方法，两者的结果都是一样的。那为什么要多此一举使用接口呢？

接口的作用

　　如果是像上方那种小规模编程，使用接口确实意义不大，接口是编程规模化之后才起上作用的。接口就是为了抽象，当别人看到一个接口类型时，不知道它具体是做什么的，但可以知道实现它的方法能做什么。

　　例如，说话 这个抽象概念，当你遇到一个外国人，你听不懂他在说什么，但你知道他在说话。这就好似接口的作用。

接口的数据结构

源码文件：src/runtime/runtime2.go    line：205

type iface struct {
    tab  *itab　　　　　　　 //指向接口动态类型元数据 和 接口要求的方法列表
    data unsafe.Pointer　　//指向接口的动态值
}

 

　　一个 itab 表现为接口的一个实现，是可复用的，所以 Go 语言会将其缓存起来，通过哈希表来存储和查询 itab 信息：

空接口

 　　空接口是非常特殊的接口，所有类型都实现了该接口，所以空接口类型变量可以存放所有值。Go 语言专门为其定义了一个结构体 eface：

源码文件：src/runtime/runtime2.go    line：210

type eface struct {
    _type *_type　　　　　　　//指向接口的动态类型元数据
    data  unsafe.Pointer　　//指向接口的动态值
}

多态

　　Go 中的多态性是在接口的帮助下实现的。

多态的定义

 　　多态是同一个操作，作用于不同对象，会有不同的过程和结果。简单来说，就是用相同的接口表示不同的实现。

Go 中的多态

 　　举个例子，就很好理解了：

type Shaper interface {
    Area() float64
}

type Square struct {
    side float64
}

func (s Square) Area() float64 {
    return s.side * s.side
}

type Circle struct {
    radius float64
}

func (c Circle) Area() float64 {
    return math.Pi * c.radius * c.radius
}

func ComputeArea(shaper Shaper) float64 {
    return shaper.Area()
}

func main() {
    s := Square{5}
    c := Circle{4}
    fmt.Println(ComputeArea(s)) // 输出 25
    fmt.Println(ComputeArea(c)) // 输出 50.26548245743669
}

反射

反射的概念

反射是一种检查interface变量的底层类型（type）和值（value）的机制。

反射三大定律

　　官方提供了三条定律来说明反射：

 一、反射可以将interface类型变量转换成反射对象

　　提供了两个方法 reflect.TypeOf 和 reflect.ValueOf 来获取到一个变量的反射类型和反射值：

package main

import (
    "fmt"
    "reflect"
)

func main() {

    var a = 1
    typea := reflect.TypeOf(a)
    valuea := reflect.ValueOf(a)
    fmt.Println(typea)     //int
    fmt.Println(valuea)    //1

}

 

二、反射可以将反射对象还原成interface对象

　　通过 reflect.Value.Interface 来获取到反射对象的 interface 对象

package main

import (
    "fmt"
    "reflect"
)

func main() {

    var a = 1
    valuea := reflect.ValueOf(a)

    b := valuea.Interface().(int)    //转成interface对象，再通过类型断言获取int类型
    fmt.Println(b)    //1

}

 

三、反射对象可修改，value值必须是可设置的

　　通过 reflect.Value.CanSet 来判断一个反射对象是否是可设置的。

　　若可设置，可通过 reflect.Value.Set 来修改反射对象的值。（不可设置，强制修改会 panic）

　　常用到 reflect.Value.Elem 来获取指针指向的值。

package main

import (
    "fmt"
    "reflect"
)

func main() {

    var x float64 = 3.4
    a := reflect.ValueOf(x)
    b := reflect.ValueOf(&x)

    fmt.Println(a.CanSet())        // false
    fmt.Println(b.CanSet())        // false
    fmt.Println(b.Elem().CanSet()) // true

      b.Elem().SetFloat(3.14)　　//如果b的Kind不是Float32或Float64，或者CanSet（）为false，会panic

      fmt.Println(x) 　　//3.14

}

　　能够看到，上面只有 b.Elem().CanSet() 为 true，这是 值拷贝 和 指针拷贝 的区别，想要修改对象，这两个是绕不开的。这两者的区别前几篇学习笔记中已经遇到很多了，无非是值拷贝修改副本，指针拷贝修改原变量，不再赘述。

 

反射的原理

　　这一部分非常复杂和绕，笔者的功力有限，不知如何写的清楚明白，这里推荐观看 幼麟实验室的视频 ，里面讲解的比较形象通透。