0. 引言
在 Golang 中,interface 是一个非常重要的概念和特性,之前写过两篇相关的文章:Golang “泛型编程”,谈一谈 Golang 的 interface 和 reflect。然后在 Gopher China 2017 的会上又有一个关于 interface 的 topic: understanding golang interface(Gopher China) — youtube,作者是 Francesc。故在此做一个整理和补充。
1. What is Interface?
In object-oriented programming, a protocol or interface is a common means for unrelated objects) to communicate with each other. These are definitions of methods) and values which the objects agree upon in order to co-operate. — wikipedia
这是 wikipedia 关于 protocal 的定义,将 interface 类比如 protocal 是一种非常助于理解的方式。protocol,中文一般叫做协议,比如网络传输中的 TCP 协议。protocol 可以认为是一种双方为了交流而做出的约定,interface 可以类比如此。
在 Golang 中,interface 是一种抽象类型,相对于抽象类型的是具体类型(concrete type):int,string。如下是 io 包里面的例子。
1 | // Writer is the interface that wraps the basic Write method. |
在 Golang 中,interface 是一组 method 的集合,是 duck-type programming 的一种体现。不关心属性(数据),只关心行为(方法)。具体使用中你可以自定义自己的 struct,并提供特定的 interface 里面的 method 就可以把它当成 interface 来使用。下面是一种 interface 的典型用法,定义函数的时候参数定义成 interface,调用函数的时候就可以做到非常的灵活。
1 | type MyInterface interface{ |
2. Why Interface
Gopher China 上给出了下面上个理由:
- writing generic algorithm (泛型编程)
- hiding implementation detail (隐藏具体实现)
- providing interception points (不知道如何翻译)
2.1 writing generic algorithm
严格来说,在 Golang 中并不支持泛型编程。在 C++ 等高级语言中使用泛型编程非常的简单,所以泛型编程一直是 Golang 诟病最多的地方。但是使用 interface 我们可以实现泛型编程,我这里简单说一下,具体可以参考我前面给出来的那篇文章。比如我们现在要写一个泛型算法,形参定义采用 interface 就可以了,以标准库的 sort 为例。
1 | package sort |
Sort 函数的形参是一个 interface,包含了三个方法:Len()
,Less(i,j int)
,Swap(i, j int)
。使用的时候不管数组的元素类型是什么类型(int, float, string…),只要我们实现了这三个方法就可以使用 Sort 函数,这样就实现了“泛型编程”。有一点比较麻烦的是,我们需要将数组自定义一下。下面是一个例子。
1 | type Person struct { |
另外 Fransesc 在 Gopher China 上还提到了一个比较有趣的东西和大家分享一下。在我们设计函数的时候,下面是一个比较好的准则。
Be conservative in what you send, be liberal in what you accept. — Robustness Principle
对应到 Golang 就是:
Return concrete types, receive interfaces as parameter. — Robustness Principle applied to Go
话说这么说,但是当我们翻阅 Golang 源码的时候,有些函数的返回值也是 interface。
2.2 hiding implement detail
隐藏具体实现,这个很好理解。比如我设计一个函数给你返回一个 interface,那么你只能通过 interface 里面的方法来做一些操作,但是内部的具体实现是完全不知道的。Francesc 举了个 context 的例子。 context 最先由 google 提供,现在已经纳入了标准库,而且在原有 context 的基础上增加了:cancelCtx,timerCtx,valueCtx。语言的表达有时候略显苍白无力,看一下 context 包的代码吧。
1 | func WithCancel(parent Context) (ctx Context, cancel CancelFunc) { |
表明上 WithCancel 函数返回的还是一个 Context interface,但是这个 interface 的具体实现是 cancelCtx struct。
1 | // newCancelCtx returns an initialized cancelCtx. |
尽管内部实现上下面三个函数返回的具体 struct (都实现了 Context interface)不同,但是对于使用者来说是完全无感知的。
1 | func WithCancel(parent Context) (ctx Context, cancel CancelFunc) //返回 cancelCtx |
2.3 providing interception points
Francesc 这里的 interception 想表达的意思我理解应该是 wrapper 或者装饰器,他给出了一个例子如下:
1 | type header struct { |
通过 interface,我们可以通过类似这种方式实现 dynamic dispatch。
3. 非侵入式
Francesc 还提到 interface 的非侵入式特性。什么是侵入式呢?比如 Java 的 interface 实现需要显示的声明。
1 | public class MyWriter implements io.Writer {} |
这样就意味着如果要实现多个 interface 需要显示地写很多遍,同时 package 的依赖还需要进行管理。Dependency is evil。比如我要实现 io 包里面的 Reader,Writer,ReadWriter 接口,代码可以像下面这样写。
1 | type MyIO struct {} |
这种写法真的很方便,而且不用去显示的 import io package,interface 底层实现的时候会动态的检测。这样也会引入一些问题:
- 性能下降。使用 interface 作为函数参数,runtime 的时候会动态的确定行为。而使用 struct 作为参数,编译期间就可以确定了。
- 不知道 struct 实现哪些 interface。这个问题可以使用 guru 工具来解决。
综上,Golang interface 的这种非侵入实现真的很难说它是好,还是坏。但是可以肯定的一点是,对开发人员来说代码写起来更简单了。
4. interface type assertion
interface 像其他类型转换的时候一般我们称作断言,举个例子。
1 | func do(v interface{}) { |
这样写的坏处在于:一旦断言失败,程序将会 panic。一种避免 panic 的写法是使用 type assertion。
1 | func do(v interface{}) { |
对于 interface 的操作可以使用 reflect 包来处理,关于 reflect 包的原理和使用可以参考我的文章。
5. 总结
interface 是 Golang 的一种重要的特性,但是这是以 runtime 为代价的,也就意味着性能的损失(关于 interface 的底层实现之后有时间再写)。抛开性能不谈(现实中使用 Golang 开发的程序 99% 性能都不是问题),interface 对于如何设计我们的代码确实给了一个很好的思考。
6. 参考
- Golang “泛型编程”
- 谈一谈 Golang 的 interface 和 reflect
- understanding golang interface(Gopher China) — youtube
- understanding golang interface(Gopher China) — slide
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