Go 系列教程 —— 26. 结构体取代类

欢迎来到 Golang 系列教程的第 26 篇。

Go 支持面向对象吗？

Go 并不是完全面向对象的编程语言。Go 官网的 FAQ 回答了 Go 是否是面向对象语言，摘录如下。

可以说是，也可以说不是。虽然 Go 有类型和方法，支持面向对象的编程风格，但却没有类型的层次结构。Go 中的“接口”概念提供了一种不同的方法，我们认为它易于使用，也更为普遍。Go 也可以将结构体嵌套使用，这与子类化（Subclassing）类似，但并不完全相同。此外，Go 提供的特性比 C++ 或 Java 更为通用：子类可以由任何类型的数据来定义，甚至是内建类型（如简单的“未装箱的”整型）。这在结构体（类）中没有受到限制。

在接下来的教程里，我们会讨论如何使用 Go 来实现面向对象编程概念。与其它面向对象语言（如 Java）相比，Go 有很多完全不同的特性。

使用结构体，而非类

Go 不支持类，而是提供了结构体。结构体中可以添加方法。这样可以将数据和操作数据的方法绑定在一起，实现与类相似的效果。

为了加深理解，我们来编写一个示例吧。

在示例中，我们创建一个自定义包，它帮助我们更好地理解，结构体是如何有效地取代类的。

在你的 Go 工作区创建一个名为 oop 的文件夹。在 opp 中再创建子文件夹 employee。在 employee 内，创建一个名为 employee.go 的文件。

文件夹结构会是这样：

workspacepath -> oop -> employee -> employee.go

请将 employee.go 里的内容替换为如下所示的代码。

package employee

import (  
    "fmt"
)

type Employee struct {  
    FirstName   string
    LastName    string
    TotalLeaves int
    LeavesTaken int
}

func (e Employee) LeavesRemaining() {  
    fmt.Printf("%s %s has %d leaves remaining", e.FirstName, e.LastName, (e.TotalLeaves - e.LeavesTaken))
}

在上述程序里，第 1 行指定了该文件属于 employee 包。而第 7 行声明了一个 Employee 结构体。在第 14 行，结构体 Employee 添加了一个名为 LeavesRemaining 的方法。该方法会计算和显示员工的剩余休假数。于是现在我们有了一个结构体，并绑定了结构体的方法，这与类很相似。

接着在 oop 文件夹里创建一个文件，命名为 main.go。

现在目录结构如下所示：

workspacepath -> oop -> employee -> employee.go  
workspacepath -> oop -> main.go

main.go 的内容如下所示：

package main

import "oop/employee"

func main() {  
    e := employee.Employee {
        FirstName: "Sam",
        LastName: "Adolf",
        TotalLeaves: 30,
        LeavesTaken: 20,
    }
    e.LeavesRemaining()
}

我们在第 3 行引用了 employee 包。在 main()（第 12 行），我们调用了 Employee 的 LeavesRemaining() 方法。

由于有自定义包，这个程序不能在 go playground 上运行。你可以在你的本地运行，在 workspacepath/bin/oop 下输入命令 go install opp，程序会打印输出：

Sam Adolf has 10 leaves remaining

使用 New() 函数，而非构造器

我们上面写的程序看起来没什么问题，但还是有一些细节问题需要注意。我们看看当定义一个零值的 employee 结构体变量时，会发生什么。将 main.go 的内容修改为如下代码：

package main

import "oop/employee"

func main() {  
    var e employee.Employee
    e.LeavesRemaining()
}

我们的修改只是创建一个零值的 Employee 结构体变量（第 6 行）。该程序会输出：

has 0 leaves remaining

你可以看到，使用 Employee 创建的零值变量没有什么用。它没有合法的姓名，也没有合理的休假细节。

在像 Java 这样的 OOP 语言中，是使用构造器来解决这种问题的。一个合法的对象必须使用参数化的构造器来创建。

Go 并不支持构造器。如果某类型的零值不可用，需要程序员来隐藏该类型，避免从其他包直接访问。程序员应该提供一种名为 NewT(parameters) 的 函数，按照要求来初始化 T 类型的变量。按照 Go 的惯例，应该把创建 T 类型变量的函数命名为 NewT(parameters)。这就类似于构造器了。如果一个包只含有一种类型，按照 Go 的惯例，应该把函数命名为 New(parameters)， 而不是 NewT(parameters)。

让我修改一下原先的代码，使得每当创建 employee 的时候，它都是可用的。

首先应该让 Employee 结构体不可引用，然后创建一个 New 函数，用于创建 Employee 结构体变量。在 employee.go 中输入下面代码：

package employee

import (  
    "fmt"
)

type employee struct {  
    firstName   string
    lastName    string
    totalLeaves int
    leavesTaken int
}

func New(firstName string, lastName string, totalLeave int, leavesTaken int) employee {  
    e := employee {firstName, lastName, totalLeave, leavesTaken}
    return e
}

func (e employee) LeavesRemaining() {  
    fmt.Printf("%s %s has %d leaves remaining", e.firstName, e.lastName, (e.totalLeaves - e.leavesTaken))
}

我们进行了一些重要的修改。我们把 Employee 结构体的首字母改为小写 e，也就是将 type Employee struct 改为了 type employee struct。通过这种方法，我们把 employee 结构体变为了不可引用的，防止其他包对它的访问。除非有特殊需求，否则也要隐藏所有不可引用的结构体的所有字段，这是 Go 的最佳实践。由于我们不会在外部包需要 employee 的字段，因此我们也让这些字段无法引用。

同样，我们还修改了 LeavesRemaining() 的方法。

现在由于 employee 不可引用，因此不能在其他包内直接创建 Employee 类型的变量。于是我们在第 14 行提供了一个可引用的 New 函数，该函数接收必要的参数，返回一个新创建的 employee 结构体变量。

这个程序还需要一些必要的修改，但现在先运行这个程序，理解一下当前的修改。如果运行当前程序，编译器会报错，如下所示：

go/src/constructor/main.go:6: undefined: employee.Employee

这是因为我们将 Employee 设置为不可引用，因此编译器会报错，提示该类型没有在 main.go 中定义。很完美，正如我们期望的一样，其他包现在不能轻易创建零值的 employee 变量了。我们成功地避免了创建不可用的 employee 结构体变量。现在创建 employee 变量的唯一方法就是使用 New 函数。

如下所示，修改 main.go 里的内容。

package main  

import "oop/employee"

func main() {  
    e := employee.New("Sam", "Adolf", 30, 20)
    e.LeavesRemaining()
}

该文件唯一的修改就是第 6 行。通过向 New 函数传入所需变量，我们创建了一个新的 employee 结构体变量。

下面是修改后的两个文件的内容。

employee.go

package employee

import (  
    "fmt"
)

type employee struct {  
    firstName   string
    lastName    string
    totalLeaves int
    leavesTaken int
}

func New(firstName string, lastName string, totalLeave int, leavesTaken int) employee {  
    e := employee {firstName, lastName, totalLeave, leavesTaken}
    return e
}

func (e employee) LeavesRemaining() {  
    fmt.Printf("%s %s has %d leaves remaining", e.firstName, e.lastName, (e.totalLeaves - e.leavesTaken))
}

main.go

package main  

import "oop/employee"

func main() {  
    e := employee.New("Sam", "Adolf", 30, 20)
    e.LeavesRemaining()
}

运行该程序，会输出：

Sam Adolf has 10 leaves remaining

现在你能明白了，虽然 Go 不支持类，但结构体能够很好地取代类，而以 New(parameters) 签名的方法可以替代构造器。

关于 Go 中的类和构造器到此结束。祝你愉快。