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100天精通Golang（基础入门篇）——第20天：接口
摘要
? 第二十天来了，继续我们的 “100天精通Golang（基础入门篇）” 旅程！今天的重点是：Golang 接口深度解析?从基础到高级。本篇将全方位地揭示接口在 Golang 中的重要性，以及如何让你的代码更加模块化、可测试和可维护。?
? 探究 Golang 的接口机制如何使代码更加模块化、可测试和可维护。本文将从接口的定义、使用，到高级特性进行全面剖析。
导语
? 大家好，我是猫头虎！今天我们将一同进入 Golang 的神秘花园，探寻接口（Interface）的无穷魅力。如果你对如何有效地使用 Golang 的接口机制感到好奇，那么这篇文章一定适合你。?
引言
? 在面向对象编程中，接口是一个非常重要的概念。但在 Golang 中，接口不仅用于描述对象的行为，还有许多高级的用途和特性。这使得 Golang 在类型系统的设计上显得非常独特和灵活。接口可以用于多态、代码解耦、错误处理等多个方面，其强大的功能和灵活性使得它成为 Golang 不可或缺的一部分。?
1.1 什么是接口?
面向对象世界中的接口的一般定义是“接口定义对象的行为”。它表示让指定对象应该做什么。实现这种行为的方法(实现细节)是针对对象的。
在Go中，接口是一组方法签名。当类型为接口中的所有方法提供定义时，它被称为实现接口。它与OOP非常相似。接口指定了类型应该具有的方法，类型决定了如何实现这些方法。
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
接口定义了一组方法，如果某个对象实现了某个接口的所有方法，则此对象就实现了该接口。
1.2 接口的定义语法
定义接口
/* 定义接口 */ type interface_name interface { method_name1 [return_type] method_name2 [return_type] method_name3 [return_type] ... method_namen [return_type] } /* 定义结构体 */ type struct_name struct { /* variables */ } /* 实现接口方法 */ func (struct_name_variable struct_name) method_name1() [return_type] { /* 方法实现 */ } ... func (struct_name_variable struct_name) method_namen() [return_type] { /* 方法实现*/ }
示例代码：
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() }
运行结果：
I am Nokia, I can call you! I am iPhone, I can call you!
- interface可以被任意的对象实现
- 一个对象可以实现任意多个interface
- 任意的类型都实现了空interface(我们这样定义：interface{})，也就是包含0个method的interface
1.3 interface值
package main import "fmt" type Human struct { name string age int phone string } type Student struct { Human //匿名字段 school string loan float32 } type Employee struct { Human //匿名字段 company string money float32 } //Human实现Sayhi方法 func (h Human) SayHi() { fmt.Printf("Hi, I am %s you can call me on %s\n", h.name, h.phone) } //Human实现Sing方法 func (h Human) Sing(lyrics string) { fmt.Println("La la la la...", lyrics) } //Employee重写Human的SayHi方法 func (e Employee) SayHi() { fmt.Printf("Hi, I am %s, I work at %s. Call me on %s\n", e.name, e.company, e.phone) //Yes you can split into 2 lines here. } // Interface Men被Human,Student和Employee实现 // 因为这三个类型都实现了这两个方法 type Men interface { SayHi() Sing(lyrics string) } func main() { mike := Student{Human{"Mike", 25, "222-222-XXX"}, "MIT", 0.00} paul := Student{Human{"Paul", 26, "111-222-XXX"}, "Harvard", 100} sam := Employee{Human{"Sam", 36, "444-222-XXX"}, "Golang Inc.", 1000} Tom := Employee{Human{"Sam", 36, "444-222-XXX"}, "Things Ltd.", 5000} //定义Men类型的变量i var i Men //i能存储Student i = mike fmt.Println("This is Mike, a Student:") i.SayHi() i.Sing("November rain") //i也能存储Employee i = Tom fmt.Println("This is Tom, an Employee:") i.SayHi() i.Sing("Born to be wild") //定义了slice Men fmt.Println("Let's use a slice of Men and see what happens") x := make([]Men, 3) //T这三个都是不同类型的元素，但是他们实现了interface同一个接口 x[0], x[1], x[2] = paul, sam, mike for _, value := range x { value.SayHi() } }
运行结果：
This is Mike, a Student: Hi, I am Mike you can call me on 222-222-XXX La la la la... November rain This is Tom, an Employee: Hi, I am Sam, I work at Things Ltd.. Call me on 444-222-XXX La la la la... Born to be wild Let's use a slice of Men and see what happens Hi, I am Paul you can call me on 111-222-XXX Hi, I am Sam, I work at Golang Inc.. Call me on 444-222-XXX Hi, I am Mike you can call me on 222-222-XXX
那么interface里面到底能存什么值呢？如果我们定义了一个interface的变量，那么这个变量里面可以存实现这个interface的任意类型的对象。例如上面例子中，我们定义了一个Men interface类型的变量m，那么m里面可以存Human、Student或者Employee值
当然，使用指针的方式，也是可以的
但是，接口对象不能调用实现对象的属性
interface函数参数
interface的变量可以持有任意实现该interface类型的对象，这给我们编写函数(包括method)提供了一些额外的思考，我们是不是可以通过定义interface参数，让函数接受各种类型的参数
嵌入interface
package main import "fmt" type Human interface { Len() } type Student interface { Human } type Test struct { } func (h *Test) Len() { fmt.Println("成功") } func main() { var s Student s = new(Test) s.Len() }
示例代码：
package test import ( "fmt" ) type Controller struct { M int32 } type Something interface { Get() Post() } func (c *Controller) Get() { fmt.Print("GET") } func (c *Controller) Post() { fmt.Print("POST") }
package main import ( "fmt" "test" ) type T struct { test.Controller } func (t *T) Get() { //new(test.Controller).Get() fmt.Print("T") } func (t *T) Post() { fmt.Print("T") } func main() { var something test.Something something = new(T) var t T t.M = 1 // t.Controller.M = 1 something.Get() }
Controller实现了所有的Something接口方法，当结构体T中调用Controller结构体的时候，T就相当于Java中的继承，T继承了Controller，因此，T可以不用重写所有的Something接口中的方法，因为父构造器已经实现了接口。
如果Controller没有实现Something接口方法，则T要调用Something中方法，就要实现其所有方法。
如果something = new(test.Controller)则调用的是Controller中的Get方法。
T可以使用Controller结构体中定义的变量
1.4 接口的类型
接口与鸭子类型：
先直接来看维基百科里的定义：
If it looks like a duck, swims like a duck, and quacks like a duck, then it probably is a duck.
翻译过来就是：如果某个东西长得像鸭子，像鸭子一样游泳，像鸭子一样嘎嘎叫，那它就可以被看成是一只鸭子。
Duck Typing，鸭子类型，是动态编程语言的一种对象推断策略，它更关注对象能如何被使用，而不是对象的类型本身。Go 语言作为一门静态语言，它通过通过接口的方式完美支持鸭子类型。
而在静态语言如 Java, C++ 中，必须要显示地声明实现了某个接口，之后，才能用在任何需要这个接口的地方。如果你在程序中调用某个数，却传入了一个根本就没有实现另一个的类型，那在编译阶段就不会通过。这也是静态语言比动态语言更安全的原因。
动态语言和静态语言的差别在此就有所体现。静态语言在编译期间就能发现类型不匹配的错误，不像动态语言，必须要运行到那一行代码才会报错。当然，静态语言要求程序员在编码阶段就要按照规定来编写程序，为每个变量规定数据类型，这在某种程度上，加大了工作量，也加长了代码量。动态语言则没有这些要求，可以让人更专注在业务上，代码也更短，写起来更快，这一点，写 python 的同学比较清楚。
Go 语言作为一门现代静态语言，是有后发优势的。它引入了动态语言的便利，同时又会进行静态语言的类型检查，写起来是非常 Happy 的。Go 采用了折中的做法：不要求类型显示地声明实现了某个接口，只要实现了相关的方法即可，编译器就能检测到。
总结一下，鸭子类型是一种动态语言的风格，在这种风格中，一个对象有效的语义，不是由继承自特定的类或实现特定的接口，而是由它"当前方法和属性的集合"决定。Go 作为一种静态语言，通过接口实现了鸭子类型，实际上是 Go 的编译器在其中作了隐匿的转换工作。
Go语言的多态性：
Go中的多态性是在接口的帮助下实现的。正如我们已经讨论过的，接口可以在Go中隐式地实现。如果类型为接口中声明的所有方法提供了定义，则实现一个接口。让我们看看在接口的帮助下如何实现多态。
任何定义接口所有方法的类型都被称为隐式地实现该接口。
类型接口的变量可以保存实现接口的任何值。接口的这个属性用于实现Go中的多态性。
1.5 接口断言
前面说过，因为空接口 interface{}没有定义任何函数，因此 Go 中所有类型都实现了空接口。当一个函数的形参是interface{}，那么在函数中，需要对形参进行断言，从而得到它的真实类型。
语法格式：
// 安全类型断言 <目标类型的值>，<布尔参数> := <表达式>.( 目标类型 ) //非安全类型断言 <目标类型的值> := <表达式>.( 目标类型 )
示例代码：
package main import "fmt" func main() { var i1 interface{} = new (Student) s := i1.(Student) //不安全，如果断言失败，会直接panic fmt.Println(s) var i2 interface{} = new(Student) s, ok := i2.(Student) //安全，断言失败，也不会panic，只是ok的值为false if ok { fmt.Println(s) } } type Student struct { }
断言其实还有另一种形式，就是用在利用 switch语句判断接口的类型。每一个case会被顺序地考虑。当命中一个case 时，就会执行 case 中的语句，因此 case 语句的顺序是很重要的，因为很有可能会有多个 case匹配的情况。
示例代码：
switch ins:=s.(type) { case Triangle: fmt.Println("三角形。。。",ins.a,ins.b,ins.c) case Circle: fmt.Println("圆形。。。。",ins.radius) case int: fmt.Println("整型数据。。") }
1.6 接口的组合
在 Go 语言中，一个接口可以由多个小接口组合而成。这样的组合方式提供了一种“继承”的感觉，使得接口更加模块化。
type Reader interface { Read(p []byte) (n int, err error) } type Writer interface { Write(p []byte) (n int, err error) } type ReadWriter interface { Reader Writer }
在这个例子中，ReadWriter 接口组合了 Reader 和 Writer 接口，一个实现了 ReadWriter 接口的类必须实现所有 Reader 和 Writer 接口中定义的方法。
1.7 接口的零值和nil
在 Go 中，接口内部有两个组件，一个是具体的类型，另一个是该类型的值。当我们定义一个接口变量时，这两个组件都会初始化为 nil。
var a interface{} fmt.Printf("%v, %T\n", a, a) // "nil, nil"
当一个接口变量的类型和值都为 nil 时，我们称该变量为 nil 接口变量。
1.8 接口和指针
指针类型和它所指向的值类型是两个不同的类型，因此，如果一个接口类型的方法集合包含使用值接收者定义的方法，那么这个接口可以存储这个指针类型的值。
type Describer interface { Describe() } type Person struct { name string } func (p Person) Describe() { fmt.Println("I am a person.") } func main() { var d1 Describer p1 := Person{"Sam"} d1 = &p1 d1.Describe() }
1.9 接口嵌套和方法冲突
接口也可以嵌套接口，但要注意方法不要冲突。
type ReadCloser interface { Reader Closer } type Closer interface { Close() error //Read() // 这里如果定义Read方法，将与Reader接口冲突 }
1.10 接口的实用技巧
- 类型查询: 除了类型断言，你还可以使用
, ok语法来安全地查询值的类型。
if val, ok := myVar.(MyType); ok { // ... }
- 使用接口收集不同类型的值: 你可以创建接受接口类型参数的函数或方法，以处理不同类型的值。
- 使用接口实现模板模式: 通过定义一个接口来封装算法的变化，然后通过具体的类型来实现算法的可替换部分。
1.11 错误处理与接口
Go 语言中的错误处理也是基于接口的。标准库中有一个 error 接口用于处理错误：
type error interface { Error() string }
自定义错误通常会实现这个接口，提供更多的上下文信息和错误处理能力。
1.12 测试与接口
在 Go 中进行单元测试时，接口非常有用。你可以创建模拟对象来代替真实的依赖，这些模拟对象实现了同样的接口。
这样的话，你可以在测试环境下替换这些依赖，使得单元测试更加容易编写和维护。
总结
? 通过本文，你应该对 Golang 的接口有了全面且深入的理解。无论是基础的类型实现，还是高级的接口组合和多态性，接口都能让我们的代码更加简洁和高效。掌握接口不仅可以让你更加自如地使用 Golang，也会极大地提升你的编程水平。记住，掌握接口就是走向 Golang 高手之路的关键一步。?
接口在 Go 中是一种非常强大和灵活的机制，用于解耦和组织代码。它们提供了一种方式来规范对象行为，允许我们编写可复用和可测试的代码。了解和掌握接口是成为 Go 语言高手的关键之一。
参考资料
?
- Go Programming Language Specification
- Effective Go
- Go Blog: Interfaces in Go
- Go by Example: Interfaces
希望大家喜欢这篇文章！如果你有任何问题或想要进一步探讨，随时在下方留言。? 不要忘了点赞和分享！??
结语
通过今天的学习，您已经踏上了Golang的学习之旅。在未来的日子里，您将探索Golang的各个方面，从基础概念到高级技巧，从实际应用到性能优化。
学习一门编程语言是一个持续的过程，每一天都是您向Golang的精通迈进的重要一步。我鼓励您坚持每天学习，保持热情和好奇心，解决挑战并享受成功的喜悦。
在您的学习旅程中，不要忘记参与社区和与其他Golang开发者交流。分享您的见解和经验，向他人学习，并在开源项目或实际应用中展示您的技能。
如果您在学习过程中遇到困难或有任何问题，不要犹豫向社区和专家寻求帮助。持续学习，勇敢探索，您将在Golang领域取得令人瞩目的成就。
最后，感谢您的阅读和支持！祝愿您在未来的每一天中都能够成为一名精通Golang的开发者！
期待听到您在学习过程中的进展和成就。如果您需要进一步的帮助，请随时告诉我。祝您在学习Golang的旅程中取得巨大成功！
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