Go 系列教程 —— 18. 接口（一）

欢迎来到 [Golang 系列教程](/subject/2)的第 18 个教程。接口共有两个教程，这是我们接口的第一个教程。 ### 什么是接口？ 在面向对象的领域里，接口一般这样定义：**接口定义一个对象的行为**。接口只指定了对象应该做什么，至于如何实现这个行为（即实现细节），则由对象本身去确定。 在 Go 语言中，接口就是方法签名（Method Signature）的集合。当一个类型定义了接口中的所有方法，我们称它实现了该接口。这与面向对象编程（OOP）的说法很类似。**接口指定了一个类型应该具有的方法，并由该类型决定如何实现这些方法**。 例如，`WashingMachine` 是一个含有 `Cleaning()` 和 `Drying()` 两个方法的接口。任何定义了 `Cleaning()` 和 `Drying()` 的类型，都称它实现了 `WashingMachine` 接口。 ### 接口的声明与实现 让我们编写代码，创建一个接口并且实现它。 ```go package main import ( "fmt" ) //interface definition type VowelsFinder interface { FindVowels() []rune } type MyString string //MyString implements VowelsFinder func (ms MyString) FindVowels() []rune { var vowels []rune for _, rune := range ms { if rune == 'a' || rune == 'e' || rune == 'i' || rune == 'o' || rune == 'u' { vowels = append(vowels, rune) } } return vowels } func main() { name := MyString("Sam Anderson") var v VowelsFinder v = name // possible since MyString implements VowelsFinder fmt.Printf("Vowels are %c", v.FindVowels()) } ``` [在线运行程序](https://play.golang.org/p/F-T3S_wNNB) 在上面程序的第 8 行，创建了一个名为 `VowelsFinder` 的接口，该接口有一个 `FindVowels() []rune` 的方法。 在接下来的一行，我们创建了一个 `MyString` 类型。 **在第 15 行，我们给接受者类型（Receiver Type） `MyString` 添加了方法 `FindVowels() []rune`。现在，我们称 `MyString` 实现了 `VowelsFinder` 接口。这就和其他语言（如 Java）很不同，其他一些语言要求一个类使用 `implement` 关键字，来显式地声明该类实现了接口。而在 Go 中，并不需要这样。如果一个类型包含了接口中声明的所有方法，那么它就隐式地实现了 Go 接口**。 在第 28 行，`v` 的类型为 `VowelsFinder`，`name` 的类型为 `MyString`，我们把 `name` 赋值给了 `v`。由于 `MyString` 实现了 `VowelFinder`，因此这是合法的。在下一行，`v.FindVowels()` 调用了 `MyString` 类型的 `FindVowels` 方法，打印字符串 `Sam Anderson` 里所有的元音。该程序输出 `Vowels are [a e o]`。 祝贺！你已经创建并实现了你的第一个接口。 ### 接口的实际用途 前面的例子教我们创建并实现了接口，但还没有告诉我们接口的实际用途。在上面的程序里，如果我们使用 `name.FindVowels()`，而不是 `v.FindVowels()`，程序依然能够照常运行，但接口并没有体现出实际价值。 因此，我们现在讨论一下接口的实际应用场景。 我们编写一个简单程序，根据公司员工的个人薪资，计算公司的总支出。为了简单起见，我们假定支出的单位都是美元。 ```go package main import ( "fmt" ) type SalaryCalculator interface { CalculateSalary() int } type Permanent struct { empId int basicpay int pf int } type Contract struct { empId int basicpay int } //salary of permanent employee is sum of basic pay and pf func (p Permanent) CalculateSalary() int { return p.basicpay + p.pf } //salary of contract employee is the basic pay alone func (c Contract) CalculateSalary() int { return c.basicpay } /* total expense is calculated by iterating though the SalaryCalculator slice and summing the salaries of the individual employees */ func totalExpense(s []SalaryCalculator) { expense := 0 for _, v := range s { expense = expense + v.CalculateSalary() } fmt.Printf("Total Expense Per Month $%d", expense) } func main() { pemp1 := Permanent{1, 5000, 20} pemp2 := Permanent{2, 6000, 30} cemp1 := Contract{3, 3000} employees := []SalaryCalculator{pemp1, pemp2, cemp1} totalExpense(employees) } ``` [在线运行程序](https://play.golang.org/p/5t6GgQ2TSU) 上面程序的第 7 行声明了一个 `SalaryCalculator` 接口类型，它只有一个方法 `CalculateSalary() int`。 在公司里，我们有两类员工，即第 11 行和第 17 行定义的结构体：`Permanent` 和 `Contract`。长期员工（`Permanent`）的薪资是 `basicpay` 与 `pf` 相加之和，而合同员工（`Contract`）只有基本工资 `basicpay`。在第 23 行和第 28 行中，方法 `CalculateSalary` 分别实现了以上关系。由于 `Permanent` 和 `Contract` 都声明了该方法，因此它们都实现了 `SalaryCalculator` 接口。 第 36 行声明的 `totalExpense` 方法体现出了接口的妙用。该方法接收一个 `SalaryCalculator` 接口的切片（`[]SalaryCalculator`）作为参数。在第 49 行，我们向 `totalExpense` 方法传递了一个包含 `Permanent` 和 `Contact` 类型的切片。在第 39 行中，通过调用不同类型对应的 `CalculateSalary` 方法，`totalExpense` 可以计算得到支出。 这样做最大的优点是：`totalExpense` 可以扩展新的员工类型，而不需要修改任何代码。假如公司增加了一种新的员工类型 `Freelancer`，它有着不同的薪资结构。`Freelancer`只需传递到 `totalExpense` 的切片参数中，无需 `totalExpense` 方法本身进行修改。只要 `Freelancer` 也实现了 `SalaryCalculator` 接口，`totalExpense` 就能够实现其功能。 该程序输出 `Total Expense Per Month $14050`。 ### 接口的内部表示 我们可以把接口看作内部的一个元组 `(type, value)`。 `type` 是接口底层的具体类型（Concrete Type），而 `value` 是具体类型的值。 我们编写一个程序来更好地理解它。 ```go package main import ( "fmt" ) type Test interface { Tester() } type MyFloat float64 func (m MyFloat) Tester() { fmt.Println(m) } func describe(t Test) { fmt.Printf("Interface type %T value %v\n", t, t) } func main() { var t Test f := MyFloat(89.7) t = f describe(t) t.Tester() } ``` [在线运行程序](https://play.golang.org/p/Q40Omtewlh) `Test` 接口只有一个方法 `Tester()`，而 `MyFloat` 类型实现了该接口。在第 24 行，我们把变量 `f`（`MyFloat` 类型）赋值给了 `t`（`Test` 类型）。现在 `t` 的具体类型为 `MyFloat`，而 `t` 的值为 `89.7`。第 17 行的 `describe` 函数打印出了接口的具体类型和值。该程序输出： ``` Interface type main.MyFloat value 89.7 89.7 ``` ### 空接口 没有包含方法的接口称为空接口。空接口表示为 `interface{}`。由于空接口没有方法，因此所有类型都实现了空接口。 ```go package main import ( "fmt" ) func describe(i interface{}) { fmt.Printf("Type = %T, value = %v\n", i, i) } func main() { s := "Hello World" describe(s) i := 55 describe(i) strt := struct { name string }{ name: "Naveen R", } describe(strt) } ``` [在线运行程序](https://play.golang.org/p/Fm5KescoJb) 在上面的程序的第 7 行，`describe(i interface{})` 函数接收空接口作为参数，因此，可以给这个函数传递任何类型。 在第 13 行、第 15 行和第 21 行，我们分别给 `describe` 函数传递了 `string`、`int` 和 `struct`。该程序打印： ``` Type = string, value = Hello World Type = int, value = 55 Type = struct { name string }, value = {Naveen R} ``` ### 类型断言 类型断言用于提取接口的底层值（Underlying Value）。 在语法 `i.(T)` 中，接口 `i` 的具体类型是 `T`，该语法用于获得接口的底层值。 一段代码胜过千言。下面编写个关于类型断言的程序。 ```go package main import ( "fmt" ) func assert(i interface{}) { s := i.(int) //get the underlying int value from i fmt.Println(s) } func main() { var s interface{} = 56 assert(s) } ``` [在线运行程序](https://play.golang.org/p/YstKXEeSBL) 在第 12 行，`s` 的具体类型是 `int`。在第 8 行，我们使用了语法 `i.(int)` 来提取 `i` 的底层 int 值。该程序会打印 `56`。 在上面程序中，如果具体类型不是 int，会发生什么呢？接下来看看。 ```go package main import ( "fmt" ) func assert(i interface{}) { s := i.(int) fmt.Println(s) } func main() { var s interface{} = "Steven Paul" assert(s) } ``` [在线运行程序](https://play.golang.org/p/88KflSceHK) 在上面程序中，我们把具体类型为 `string` 的 `s` 传递给了 `assert` 函数，试图从它提取出 int 值。该程序会报错：`panic: interface conversion: interface {} is string, not int.`。 要解决该问题，我们可以使用以下语法： ```go v, ok := i.(T) ``` 如果 `i` 的具体类型是 `T`，那么 `v` 赋值为 `i` 的底层值，而 `ok` 赋值为 `true`。 如果 `i` 的具体类型不是 `T`，那么 `ok` 赋值为 `false`，`v` 赋值为 `T` 类型的零值，**此时程序不会报错**。 ```go package main import ( "fmt" ) func assert(i interface{}) { v, ok := i.(int) fmt.Println(v, ok) } func main() { var s interface{} = 56 assert(s) var i interface{} = "Steven Paul" assert(i) } ``` [在线运行程序](https://play.golang.org/p/0sB-KlVw8A) 当给 `assert` 函数传递 `Steven Paul` 时，由于 `i` 的具体类型不是 `int`，`ok` 赋值为 `false`，而 `v` 赋值为 0（int 的零值）。该程序打印： ``` 56 true 0 false ``` ### 类型选择（Type Switch） 类型选择用于将接口的具体类型与很多 case 语句所指定的类型进行比较。它与一般的 switch 语句类似。唯一的区别在于类型选择指定的是类型，而一般的 switch 指定的是值。 类型选择的语法类似于类型断言。类型断言的语法是 `i.(T)`，而对于类型选择，类型 `T` 由关键字 `type` 代替。下面看看程序是如何工作的。   ```go package main import ( "fmt" ) func findType(i interface{}) { switch i.(type) { case string: fmt.Printf("I am a string and my value is %s\n", i.(string)) case int: fmt.Printf("I am an int and my value is %d\n", i.(int)) default: fmt.Printf("Unknown type\n") } } func main() { findType("Naveen") findType(77) findType(89.98) } ``` [在线运行程序](https://play.golang.org/p/XYPDwOvoCh) 在上述程序的第 8 行，`switch i.(type)` 表示一个类型选择。每个 case 语句都把 `i` 的具体类型和一个指定类型进行了比较。如果 case 匹配成功，会打印出相应的语句。该程序输出： ``` I am a string and my value is Naveen I am an int and my value is 77 Unknown type ``` 第 20 行中的 `89.98` 的类型是 `float64`，没有在 case 上匹配成功，因此最后一行打印了 `Unknown type`。 **还可以将一个类型和接口相比较。如果一个类型实现了接口，那么该类型与其实现的接口就可以互相比较**。 为了阐明这一点，下面写一个程序。 ```go package main import "fmt" type Describer interface { Describe() } type Person struct { name string age int } func (p Person) Describe() { fmt.Printf("%s is %d years old", p.name, p.age) } func findType(i interface{}) { switch v := i.(type) { case Describer: v.Describe() default: fmt.Printf("unknown type\n") } } func main() { findType("Naveen") p := Person{ name: "Naveen R", age: 25, } findType(p) } ``` [在线运行程序](https://play.golang.org/p/o6aHzIz4wC) 在上面程序中，结构体 `Person` 实现了 `Describer` 接口。在第 19 行的 case 语句中，`v` 与接口类型 `Describer` 进行了比较。`p` 实现了 `Describer`，因此满足了该 case 语句，于是当程序运行到第 32 行的 `findType(p)` 时，程序调用了 `Describe()` 方法。 该程序输出： ``` unknown type Naveen R is 25 years old ``` 接口（一）的内容到此结束。在接口（二）中我们还会继续讨论接口。祝您愉快！ **上一教程 - [方法](https://studygolang.com/articles/12264)** **下一教程 - [接口 - II](https://studygolang.com/articles/12325)**