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2.5. 面向对象

2.5 面向对象

前面两章我们介绍了函数和struct,那你是否想过函数当作struct的字段一样来处理呢?今天我们就讲解一下函数的另一种形态,带有接收者的函数,我们称为method

method

现在假设有这么一个场景,你定义了一个struct叫做长方形,你现在想要计算他的面积,那么按照我们一般的思路应该会用下面的方式来实现

package main
import "fmt"

type Rectangle struct {
    width, height float64
}

func area(r Rectangle) float64 {
    return r.width*r.height
}

func main() {
    r1 := Rectangle{12, 2}
    r2 := Rectangle{9, 4}
    fmt.Println("Area of r1 is: ", area(r1))
    fmt.Println("Area of r2 is: ", area(r2))
}

这段代码可以计算出来长方形的面积,但是area()不是作为Rectangle的方法实现的(类似面向对象里面的方法),而是将Rectangle的对象(如r1,r2)作为参数传入函数计算面积的。

这样实现当然没有问题咯,但是当需要增加圆形、正方形、五边形甚至其它多边形的时候,你想计算他们的面积的时候怎么办啊?那就只能增加新的函数咯,但是函数名你就必须要跟着换了,变成area_rectangle, area_circle, area_triangle...

像下图所表示的那样, 椭圆代表函数, 而这些函数并不从属于struct(或者以面向对象的术语来说,并不属于class),他们是单独存在于struct外围,而非在概念上属于某个struct的。

图2.8 方法和struct的关系图

很显然,这样的实现并不优雅,并且从概念上来说"面积"是"形状"的一个属性,它是属于这个特定的形状的,就像长方形的长和宽一样。

基于上面的原因所以就有了method的概念,method是附属在一个给定的类型上的,他的语法和函数的声明语法几乎一样,只是在func后面增加了一个receiver(也就是method所依从的主体)。

用上面提到的形状的例子来说,method area() 是依赖于某个形状(比如说Rectangle)来发生作用的。Rectangle.area()的发出者是Rectangle, area()是属于Rectangle的方法,而非一个外围函数。

更具体地说,Rectangle存在字段length 和 width, 同时存在方法area(), 这些字段和方法都属于Rectangle。

用Rob Pike的话来说就是:

"A method is a function with an implicit first argument, called a receiver."

method的语法如下:

func (r ReceiverType) funcName(parameters) (results)

下面我们用最开始的例子用method来实现:

package main
import (
    "fmt"
    "math"
)

type Rectangle struct {
    width, height float64
}

type Circle struct {
    radius float64
}

func (r Rectangle) area() float64 {
    return r.width*r.height
}

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


func main() {
    r1 := Rectangle{12, 2}
    r2 := Rectangle{9, 4}
    c1 := Circle{10}
    c2 := Circle{25}

    fmt.Println("Area of r1 is: ", r1.area())
    fmt.Println("Area of r2 is: ", r2.area())
    fmt.Println("Area of c1 is: ", c1.area())
    fmt.Println("Area of c2 is: ", c2.area())
}

在使用method的时候重要注意几点

图示如下:

图2.9 不同struct的method不同

在上例,method area() 分别属于Rectangle和Circle, 于是他们的 Receiver 就变成了Rectangle 和 Circle, 或者说,这个area()方法 是由 Rectangle/Circle 发出的。

值得说明的一点是,图示中method用虚线标出,意思是此处方法的Receiver是以值传递,而非引用传递,是的,Receiver还可以是指针, 两者的差别在于, 指针作为Receiver会对实例对象的内容发生操作,而普通类型作为Receiver仅仅是以副本作为操作对象,并不对原实例对象发生操作。后文对此会有详细论述。

那是不是method只能作用在struct上面呢?当然不是咯,他可以定义在任何你自定义的类型、内置类型、struct等各种类型上面。这里你是不是有点迷糊了,什么叫自定义类型,自定义类型不就是struct嘛,不是这样的哦,struct只是自定义类型里面一种比较特殊的类型而已,还有其他自定义类型申明,可以通过如下这样的申明来实现。

type typeName typeLiteral

请看下面这个申明自定义类型的代码

type ages int

type money float32

type months map[string]int

m := months {
    "January":31,
    "February":28,
    ...
    "December":31,
}

看到了吗?简单的很吧,这样你就可以在自己的代码里面定义有意义的类型了,实际上只是一个定义了一个别名,有点类似于c中的typedef,例如上面ages替代了int

好了,让我们回到method

你可以在任何的自定义类型中定义任意多的method,接下来让我们看一个复杂一点的例子

package main
import "fmt"

const(
    WHITE = iota
    BLACK
    BLUE
    RED
    YELLOW
)

type Color byte

type Box struct {
    width, height, depth float64
    color Color
}

type BoxList []Box //a slice of boxes

func (b Box) Volume() float64 {
    return b.width * b.height * b.depth
}

func (b *Box) SetColor(c Color) {
    b.color = c
}

func (bl BoxList) BiggestsColor() Color {
    v := 0.00
    k := Color(WHITE)
    for _, b := range bl {
        if bv := b.Volume(); bv > v {
            v = bv
            k = b.color
        }
    }
    return k
}

func (bl BoxList) PaintItBlack() {
    for i, _ := range bl {
        bl[i].SetColor(BLACK)
    }
}

func (c Color) String() string {
    strings := []string {"WHITE", "BLACK", "BLUE", "RED", "YELLOW"}
    return strings[c]
}

func main() {
    boxes := BoxList {
        Box{4, 4, 4, RED},
        Box{10, 10, 1, YELLOW},
        Box{1, 1, 20, BLACK},
        Box{10, 10, 1, BLUE},
        Box{10, 30, 1, WHITE},
        Box{20, 20, 20, YELLOW},
    }

    fmt.Printf("We have %d boxes in our set\n", len(boxes))
    fmt.Println("The volume of the first one is", boxes[0].Volume(), "cm³")
    fmt.Println("The color of the last one is",boxes[len(boxes)-1].color.String())
    fmt.Println("The biggest one is", boxes.BiggestsColor().String())

    fmt.Println("Let's paint them all black")
    boxes.PaintItBlack()
    fmt.Println("The color of the second one is", boxes[1].color.String())

    fmt.Println("Obviously, now, the biggest one is", boxes.BiggestsColor().String())
}

上面的代码通过const定义了一些常量,然后定义了一些自定义类型

然后以上面的自定义类型为接收者定义了一些method

上面的代码通过文字描述出来之后是不是很简单?我们一般解决问题都是通过问题的描述,去写相应的代码实现。

指针作为receiver

现在让我们回过头来看看SetColor这个method,它的receiver是一个指向Box的指针,是的,你可以使用*Box。想想为啥要使用指针而不是Box本身呢?

我们定义SetColor的真正目的是想改变这个Box的颜色,如果不传Box的指针,那么SetColor接受的其实是Box的一个copy,也就是说method内对于颜色值的修改,其实只作用于Box的copy,而不是真正的Box。所以我们需要传入指针。

这里可以把receiver当作method的第一个参数来看,然后结合前面函数讲解的传值和传引用就不难理解

这里你也许会问了那SetColor函数里面应该这样定义*b.Color=c,而不是b.Color=c,因为我们需要读取到指针相应的值。

你是对的,其实Go里面这两种方式都是正确的,当你用指针去访问相应的字段时(虽然指针没有任何的字段),Go知道你要通过指针去获取这个值,看到了吧,Go的设计是不是越来越吸引你了。

也许细心的读者会问这样的问题,PaintItBlack里面调用SetColor的时候是不是应该写成(&bl[i]).SetColor(BLACK),因为SetColor的receiver是*Box,而不是Box。

你又说对的,这两种方式都可以,因为Go知道receiver是指针,他自动帮你转了。

也就是说:

如果一个method的receiver是*T,你可以在一个T类型的实例变量V上面调用这个method,而不需要&V去调用这个method

类似的

如果一个method的receiver是T,你可以在一个*T类型的变量P上面调用这个method,而不需要 *P去调用这个method

所以,你不用担心你是调用的指针的method还是不是指针的method,Go知道你要做的一切,这对于有多年C/C++编程经验的同学来说,真是解决了一个很大的痛苦。

method继承

前面一章我们学习了字段的继承,那么你也会发现Go的一个神奇之处,method也是可以继承的。如果匿名字段实现了一个method,那么包含这个匿名字段的struct也能调用该method。让我们来看下面这个例子

package main
import "fmt"

type Human struct {
    name string
    age int
    phone string
}

type Student struct {
    Human //匿名字段
    school string
}

type Employee struct {
    Human //匿名字段
    company string
}

//在human上面定义了一个method
func (h *Human) SayHi() {
    fmt.Printf("Hi, I am %s you can call me on %s\n", h.name, h.phone)
}

func main() {
    mark := Student{Human{"Mark", 25, "222-222-YYYY"}, "MIT"}
    sam := Employee{Human{"Sam", 45, "111-888-XXXX"}, "Golang Inc"}

    mark.SayHi()
    sam.SayHi()
}

method重写

上面的例子中,如果Employee想要实现自己的SayHi,怎么办?简单,和匿名字段冲突一样的道理,我们可以在Employee上面定义一个method,重写了匿名字段的方法。请看下面的例子

package main
import "fmt"

type Human struct {
    name string
    age int
    phone string
}

type Student struct {
    Human //匿名字段
    school string
}

type Employee struct {
    Human //匿名字段
    company string
}

//Human定义method
func (h *Human) SayHi() {
    fmt.Printf("Hi, I am %s you can call me on %s\n", h.name, h.phone)
}

//Employee的method重写Human的method
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.
}

func main() {
    mark := Student{Human{"Mark", 25, "222-222-YYYY"}, "MIT"}
    sam := Employee{Human{"Sam", 45, "111-888-XXXX"}, "Golang Inc"}

    mark.SayHi()
    sam.SayHi()
}

上面的代码设计的是如此的美妙,让人不自觉的为Go的设计惊叹!

通过这些内容,我们可以设计出基本的面向对象的程序了,但是Go里面的面向对象是如此的简单,没有任何的私有、公有关键字,通过大小写来实现(大写开头的为公有,小写开头的为私有),方法也同样适用这个原则。

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