Go语言之接口

接口

接口类型是对其他类型行为的概括与抽象。通过使用接口，我们可以写出更加灵活和通用的函数，这些函数不用绑定在一个特定类型的实现上。

很多面向对象的编程语言都有接口的概念，Go语言的接口的独特之处在于它是隐式实现的。换句话说，对于一个具体的类型，无需声明它实现了哪些接口，只要提供接口所必需的方法即可。这种设计让你无需改变已有的类型的实现，就可以为这些类型创建新的接口，对于那些不能修改包的类型，这一点特别有用。

声明接口并实现

声明一个Car接口，并new出三种车辆去实现这个接口，代码如下：

<pre class="custom" data-tool="mdnice编辑器" style="margin-top: 10px; margin-bottom: 10px; border-radius: 5px; box-shadow: rgba(0, 0, 0, 0.55) 0px 2px 10px;">`package main

import (
"fmt"
)

type Car interface {
run()
}

type BuckCar struct {
}

type AudiCar struct {
}

type BMWCar struct {
}

func (buck BuckCar) run() {
fmt.Println("I am BuckCar, I can run!")
}

func (audicar AudiCar) run() {
fmt.Println("I am AudiCar, I can run!")
}

func (bmwCar BMWCar) run() {
fmt.Println("I am BMWCar, I can run!")
}

func main() {
var car Car

car = new(BuckCar)
car.run()

car = new(AudiCar)
car.run()

car = new(BMWCar)
car.run()

}` </pre>

接口即约定

接口是一种抽象类型，它并没有暴露所含数据的布局或者内部结构，当然也没有那些数据的基本操作，它所提供的仅仅是一些方法而已。

我们平时使用较多的fmt.Printf()和fmt.Sprintf(),前者负责把结果发到标准输出（标准输出其实是一个文件），后者把结果以string类型返回。格式化是这两个函数中最复杂的部分，这两个函数的很类似，但是是有差异的，但是如果因为这一点差异就把这两个函数的格式化重新写一遍，那就太繁琐了！

恰好接口机制就可以解决这个问题。下图就是，Go SDK关于fmt.Printf()和fmt.Sprintf(),封装fmt.Fprintf()的代码。

image.png

Fprintf的前缀F指文件，表示格式化的输出会写入第一个实参所指代的文件。对于Pringtf，第一个实参就是os.Stdout,它属于*os.File类型。对于Sprintf,尽管第一个实参不是文件，但它模拟了一个文件：&buf就是一个指向内存缓冲区的指针，与文件类似，这个缓冲区也可以写入多个字节。

io.Writer接口定义了Fprintf和调用者之间的约定。一方面，这个约定要求调用者提供的具体类型（比如：*os.File或者*byte.Buffer）包含一个与其签名和行为一致的Writer方法。另一方面，这个约定保证了Fprintf能使用任何满足io.Writer接口的参数。Fprintf只需要能调用参数的Write函数，无需假设它写入的是一个文件还是一段内存。因为fmt.Fprintf仅依赖io.Writer接口约定的方法，对参数的具体类型没有要求。

接口类型

一个接口类型定义了一套方法，如果一个具体类型要实现该接口，那么必须实现接口类型中的所有方法。

io.Writer是一个广泛使用的接口，它负责所有可以写入字节的类型抽象，包括文件、内存缓冲区、网络连接、HTTP客户端、打包器（archiver）、散列器（hasher）等。io包还定义了很多接口。Reader就抽象了所有可以读取字节的类型，Closer就抽象了所有可以关闭的类型，比如文件或者网络连接。

<pre class="custom" data-tool="mdnice编辑器" style="margin-top: 10px; margin-bottom: 10px; border-radius: 5px; box-shadow: rgba(0, 0, 0, 0.55) 0px 2px 10px;">`package io

type Reader interface{
Read(p []byte)(n int,err error)
}

type Closer interface{
Closer() error
}` </pre>

另外，我们还可以发现通过组合一有借口得到新的接口，比如：

<pre class="custom" data-tool="mdnice编辑器" style="margin-top: 10px; margin-bottom: 10px; border-radius: 5px; box-shadow: rgba(0, 0, 0, 0.55) 0px 2px 10px;">`type ReadWriter interface{
Reader
Writer
}

type ReadWriteClooser interface{
Reader
Writer
Closer
}` </pre>

如上的语法称为嵌入式接口，与嵌入式结构类似，让我们可以直接使用一个接口，而不用逐一写出这个接口所包含的方法。

实现接口

如果一个类型实现了一个接口要求的所有方法，那么这个类型实现了这个接口。

<pre class="custom" data-tool="mdnice编辑器" style="margin-top: 10px; margin-bottom: 10px; border-radius: 5px; box-shadow: rgba(0, 0, 0, 0.55) 0px 2px 10px;">`package main

import (
"bytes"
"io"
"os"
"time"
)

var w io.Writer

func main() {
w = os.Stdout // OK os.File有write方法
w = new(bytes.Buffer) // OK /bytes.Buffer有write方法
w = time.Second // 编译错误，time.Duration缺少write方法
}` </pre>

<pre class="custom" data-tool="mdnice编辑器" style="margin-top: 10px; margin-bottom: 10px; border-radius: 5px; box-shadow: rgba(0, 0, 0, 0.55) 0px 2px 10px;">`package main

import (
"bytes"
"io"
"os"
)

var rwc io.ReadWriteCloser

func main() {

rwc = os.Stdout //OK io.ReadWriteCloser有write方法
rwc = new(bytes.Buffer) // 编译错误，bytes.Buffer缺少Close方法
}` </pre>

当右侧表达式也是一个接口时，该规则也有效：

<pre class="custom" data-tool="mdnice编辑器" style="margin-top: 10px; margin-bottom: 10px; border-radius: 5px; box-shadow: rgba(0, 0, 0, 0.55) 0px 2px 10px;">`package main

import (
"bytes"
"io"
"os"
"time"
)

var w io.Writer

var rwc io.ReadWriteCloser

func main() {
w = os.Stdout // OK os.File有write方法
w = new(bytes.Buffer) // OK /bytes.Buffer有write方法
w = time.Second // 编译错误，time.Duration缺少write方法

rwc = os.Stdout //OK io.ReadWriteCloser有write方法
rwc = new(bytes.Buffer) // 编译错误，bytes.Buffer缺少Close方法

w =rwc // OK io.ReadWriteCloser有write方法
rwc = w //编译错误，io.Writer没有Close方法
}` </pre>

对于每一个具体类型T而言，部分方法的接收者就是T，而其他方法的接收者就是*T指针。同时我们对类型T的变量直接调用*T的方法也可以是合法的，只要改变量是可变的，编译器隐式地帮助我们完成了取地址的操作。但这个仅仅是语法糖，类型T的方法没有对应的*T多，所以实现的接口也可能比对应的指针少。

<pre class="custom" data-tool="mdnice编辑器" style="margin-top: 10px; margin-bottom: 10px; border-radius: 5px; box-shadow: rgba(0, 0, 0, 0.55) 0px 2px 10px;">type IntSet struct{/*...*/} func (*IntSet) String() string var _ = IntSet{}.String() // 编译错误，String方法需要*IntSet接收者 </pre>

但是可以从一个IntSet变量上调用该方法：

<pre class="custom" data-tool="mdnice编辑器" style="margin-top: 10px; margin-bottom: 10px; border-radius: 5px; box-shadow: rgba(0, 0, 0, 0.55) 0px 2px 10px;">var s IntSet var _ = s.String() // OK s是一个变量，&s有String() </pre>

因为只有*IntSET有String(),所以也只有*IntSet实现了fmt.Stringer

<pre class="custom" data-tool="mdnice编辑器" style="margin-top: 10px; margin-bottom: 10px; border-radius: 5px; box-shadow: rgba(0, 0, 0, 0.55) 0px 2px 10px;">var _ fmt.Stringer = &s // OK var _ fmt.Stringer = s // 编译错误： IntSet缺少String方法 </pre>

就像信封封装了信件，接口也封装了对应的类型和数据，只有通过接口暴露的方法才可以调用，类型的其他方法则无法通过接口来调用：

<pre class="custom" data-tool="mdnice编辑器" style="margin-top: 10px; margin-bottom: 10px; border-radius: 5px; box-shadow: rgba(0, 0, 0, 0.55) 0px 2px 10px;">`os.Stdout.Write([]byte("hello")) //OK： os.File有Write()
os.Stdout.Close() //os.File有Close方法

var w io.Writer
w = os.Stdout
w.Write([]byte("hello")) // OK: io.Writer有Write方法
w.Close() // 编译错误： io.Writer 缺少close方法` </pre>

因为空接口类型对其实现类型没有任何要求，所以我们可以把任何值赋给空接口类型，就像下面这样：

<pre class="custom" data-tool="mdnice编辑器" style="margin-top: 10px; margin-bottom: 10px; border-radius: 5px; box-shadow: rgba(0, 0, 0, 0.55) 0px 2px 10px;">var any interface{} any = 123 any = "mua~" any = map[string]int{"one"P:1} any = new(bytes.Buffer) </pre>

使用flag.Value()来解析参数

flag.Value是Go语言里面的标准接口。

<pre class="custom" data-tool="mdnice编辑器" style="margin-top: 10px; margin-bottom: 10px; border-radius: 5px; box-shadow: rgba(0, 0, 0, 0.55) 0px 2px 10px;">`var peroid = flag.Duration("peroid",3*time.Second,"sleep.peroid")

func main(){
flag.Parse()
fmt.Printf("我睡着了~ Sleeping for %v...",peroid)
time.Sleep(peroid)
fmt.Println("我睡醒了~")
}` </pre>

默认的睡眠时间是3s，但是可以通过 -peroid命令行来控制。

<pre class="custom" data-tool="mdnice编辑器" style="margin-top: 10px; margin-bottom: 10px; border-radius: 5px; box-shadow: rgba(0, 0, 0, 0.55) 0px 2px 10px;">./sleep -peroid 20ms Sleeeping for 50ms... </pre>

接口值

从概念上来讲，一个接口类型的值（简称接口值）其实有两部分：一个具体类型和该类型的一个值。二者称为接口的动态类型和动态值。对于像Go这样的静态类型语言，类型仅仅是一个编译时的概念，所以类型不是一个值。

如下四个语句中，变量w有三个不同的值（第一个和第三个是同一个值）：

<pre class="custom" data-tool="mdnice编辑器" style="margin-top: 10px; margin-bottom: 10px; border-radius: 5px; box-shadow: rgba(0, 0, 0, 0.55) 0px 2px 10px;">var w io.writer w = os.Stdout w = new(bytes.Buffer) w = nil </pre>

接下来让我们详细查看一下在每个语句之后w的值和相关的动态行为。

第一个语句声明了w：

<pre class="custom" data-tool="mdnice编辑器" style="margin-top: 10px; margin-bottom: 10px; border-radius: 5px; box-shadow: rgba(0, 0, 0, 0.55) 0px 2px 10px;">var w io.Writer </pre>

在Go语言中，变量总是初始化为一个特定的值，接口也不例外。接口的零值就是把它的动态类型和值都设为nil。

一个接口值是否是nil取决于它的动态类型，所以现在这是一个nil接口值。可以使用w == nil或者w != nil来检测一个接口值是否是nil。调用一个nil接口的任何方法都会导致崩溃：

<pre class="custom" data-tool="mdnice编辑器" style="margin-top: 10px; margin-bottom: 10px; border-radius: 5px; box-shadow: rgba(0, 0, 0, 0.55) 0px 2px 10px;">w.Write([]byte("hello")) //崩溃：对空指针取引用值 </pre>

第二个语句把一个*os.File类型赋值给了w:

<pre class="custom" data-tool="mdnice编辑器" style="margin-top: 10px; margin-bottom: 10px; border-radius: 5px; box-shadow: rgba(0, 0, 0, 0.55) 0px 2px 10px;">w = os.Stdout </pre>

这个赋值把一个具体类型隐式转换为一个接口类型，它与对应的显式转换io.Writer(os.Stdout)等价。不管这种类型的转换是隐式地还是显式的，它都可以转换操作数的类型和值。

第三个语句把一个*bytes.Buffer类型的值赋值给了接口值：

<pre class="custom" data-tool="mdnice编辑器" style="margin-top: 10px; margin-bottom: 10px; border-radius: 5px; box-shadow: rgba(0, 0, 0, 0.55) 0px 2px 10px;">w = new(bytes.Buffer) </pre>

动态类型现在是*buyes.Buffer，动态值现在则是一个指向新分配缓冲区的指针。

调用Write方法的机制也跟第二个语句一致：

第四个语句把nil赋给了接口值：

这个语句把动态类型和动态值都设置为nil，把w恢复到了它刚声明时的状态。

一个接口值可以指向多个任意大的动态值。比如，time.Time类型可以表示一个时刻，它是一个包含几个非导出字段的结构。

<pre class="custom" data-tool="mdnice编辑器" style="margin-top: 10px; margin-bottom: 10px; border-radius: 5px; box-shadow: rgba(0, 0, 0, 0.55) 0px 2px 10px;">var x interface{} = time.Now() </pre>

值得注意的是，在比较两个接口值时，如果两个接口值的动态类型一致，但对应的动态值是不可比较的（比如：slice）,那么这个比较就会以宕机而结束。

含有空指针的非空接口

空的接口值（其中不包含任何信息）与仅仅动态值为nil的接口值是不一样的。

这种微妙的区别成为让每个Go程序员困惑过的陷阱。

示例代码如下：

<pre class="custom" data-tool="mdnice编辑器" style="margin-top: 10px; margin-bottom: 10px; border-radius: 5px; box-shadow: rgba(0, 0, 0, 0.55) 0px 2px 10px;">`const debug = true

func mian(){
var buf *bytes.Buffer
if debug {
buf = new(bytes.Buffer)
}
f(buf) //注意：微妙的错误
if debug {
//....
}
}

// 如果out不是nil,那么会向其写入输出的数据
func f(out io.writer){
// ...
if out != nil{
out.Write([]byte("done!\n"))
}
}` </pre>

当main函数调用f时，它把一个类型为*bytes.Buffer的空指针赋给了out参数，所以out的动态值为空。但它的动态类型是*bytes.Buffer,这表示out是一个包含非空指针的非空接口。所以防御性检查out != nil仍然是true。

使用 sort.interface 来排序

Go语言的sort.Sort函数对序列和其中元素的布局无任何要求，它使用sort.Interface接口来指定通用排序算法和每个具体的序列类型之间的协议。

一个原地排序算法需要知道三个元素：

<pre class="custom" data-tool="mdnice编辑器" style="margin-top: 10px; margin-bottom: 10px; border-radius: 5px; box-shadow: rgba(0, 0, 0, 0.55) 0px 2px 10px;">`package sort

type Interface interface {
Len() int //序列长度
Less(i,j int) bool // 元素的含义 i,j 是元素的下标
Swap(i,j int) // 如何交换两个元素
}` </pre>

要对序列排序，需要先确定一个实现了如上三个方法的类型，接着把sort.Sort函数应用到上面这类方法的实例上。我们先实现一个最简单的例子：字符串slice。

<pre class="custom" data-tool="mdnice编辑器" style="margin-top: 10px; margin-bottom: 10px; border-radius: 5px; box-shadow: rgba(0, 0, 0, 0.55) 0px 2px 10px;">`type StringSlice []string

func (p StringSlice) Len() int{
return Len(p)
}

func (p StringSlice) Less(i,j int) bool{
return p[i] <p[j]
}

func (p StringSlice) Swap(i,j int){
p[i],p[j] = p[j], p[i]
}` </pre>

现在就可以对一个字符串slice进行排序，只须简单地把一个slice转换为StringSlice类型即可。

<pre class="custom" data-tool="mdnice编辑器" style="margin-top: 10px; margin-bottom: 10px; border-radius: 5px; box-shadow: rgba(0, 0, 0, 0.55) 0px 2px 10px;">sort.Sort(StringSlice(names)) </pre>

类型转换生成了一个新的slice，与原始的names有同样的长度、容量、底层数组，不同的就是额外增加了三个用排序的方法。

由于字符串排序很常用，sort包也提供了直接排序的Strings函数。上面的代码可以直接写成：

<pre class="custom" data-tool="mdnice编辑器" style="margin-top: 10px; margin-bottom: 10px; border-radius: 5px; box-shadow: rgba(0, 0, 0, 0.55) 0px 2px 10px;">sort.String(names) </pre>

http.Handler接口

<pre class="custom" data-tool="mdnice编辑器" style="margin-top: 10px; margin-bottom: 10px; border-radius: 5px; box-shadow: rgba(0, 0, 0, 0.55) 0px 2px 10px;">`net/http

package http

type Handler interface{
ServeHTTP (w Response, r *Request)
}

func ListenAndServe(address string, h Handler) error` </pre>

ListenAndServe函数需要一个服务器地址，比如“localhost:8000”,以及一个Handler接口的实例（用来接受所有的请求）。这个函数会一直执行，直到服务出错。

假设我们有一个电子商务网站，使用一个数据库来存储商品和价格（以美元计价）的映射。如下：程序将展示一个最简单的实现，它用一个map类型（命名为database）来代表仓库，再加上一个ServeHTTP方法来满足http.Handler接口。该函数遍历整个map,并输出其中的元素：

<pre class="custom" data-tool="mdnice编辑器" style="margin-top: 10px; margin-bottom: 10px; border-radius: 5px; box-shadow: rgba(0, 0, 0, 0.55) 0px 2px 10px;">`package main

import (
"fmt"
"log"
"net/http"
)

type doolars float32

func (d doolars) String() string {
return fmt.Sprintf("$%.2f", d)
}

type database map[string]doolars

func (db database) ServeHTTP(w http.ResponseWriter, rep *http.Request) {
for item, price := range db {
fmt.Fprintf(w, "%s: %s \n", item, price)
}
}

func main() {
db := database{"shoes": 15, "Shirts": 10, "hat": 12}
log.Fatal(http.ListenAndServe("localhost:8000", db))
}` </pre>

启动程序后，在浏览器中输入localhost:8000就可以看到遍历输出后的内容。

image.png

到现在为止，这个服务器只能列出所有的商品，对于每个请求都是如此。一个更加真实的服务器会定义多个不同的URL，每个触发不同的行为。我们把现有的功能URL设为``/list，再加上另外一个/price,用来显示单个商品的价格，商品可以在请求参数中指定/price?item=socks`

<pre class="custom" data-tool="mdnice编辑器" style="margin-top: 10px; margin-bottom: 10px; border-radius: 5px; box-shadow: rgba(0, 0, 0, 0.55) 0px 2px 10px;">`package main

import (
"fmt"
"log"
"net/http"
)

type doolars float32

func (d doolars) String() string {
return fmt.Sprintf("$%.2f", d)
}

type database map[string]doolars

func (db database) ServeHTTP(w http.ResponseWriter, req *http.Request) {
switch req.URL.Path {
case "/list":
for item, price := range db {
fmt.Fprintf(w, "%s: %s\n", item, price)
}
case "/price":
item := req.URL.Query().Get("item")
price, ok := db[item]
if !ok {
w.WriteHeader(http.StatusNotFound) //404
fmt.Fprintf(w, "no such item:%q\n", item)
return
}
fmt.Fprintf(w, "%s\n", price)
default:
w.WriteHeader(http.StatusNotFound) //404
fmt.Fprintf(w,"no such page: %s\n", req.URL)
}

}

func main() {
db := database{"shoes": 15, "Shirts": 10, "hat": 12}
log.Fatal(http.ListenAndServe("localhost:8000", db))
}` </pre>

启动程序后，请求示例如下图：

image.png

error接口

<pre class="custom" data-tool="mdnice编辑器" style="margin-top: 10px; margin-bottom: 10px; border-radius: 5px; box-shadow: rgba(0, 0, 0, 0.55) 0px 2px 10px;">type error interface{ Error() string } </pre>

构造error最简单的方法就是调用error.New,它会返回一个包含指定的错误消息的心error实例。完整的error只包含四行代码：

<pre class="custom" data-tool="mdnice编辑器" style="margin-top: 10px; margin-bottom: 10px; border-radius: 5px; box-shadow: rgba(0, 0, 0, 0.55) 0px 2px 10px;">`package error

func New（text string） error{return &errorString{text}}

type errorString struct{text string}

func (e *errorString) Error() string{return e.text}` </pre>

底层的errorString类型是一个结构，而没有直接用字符串，主要是为了避免将来无意间的（或者有预谋的）布局变更。满足error接口的是*errorString指针，而不是原始的errorString,主要是为了让每次New分配的error实例互不相等。

直接调用error.New比较罕见，因为有一个更易用的封装函数fmt.Errorf，它还额外提供了字符串格式化功能。

<pre class="custom" data-tool="mdnice编辑器" style="margin-top: 10px; margin-bottom: 10px; border-radius: 5px; box-shadow: rgba(0, 0, 0, 0.55) 0px 2px 10px;">`package fmt

import "error"

func Errorf(format string, args ...interface{}) error{
return error.New(Sprintf(format,args...))
}` </pre>

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Go语言之接口

接口

声明接口并实现

接口即约定

接口类型

实现接口

使用flag.Value()来解析参数

接口值

含有空指针的非空接口

使用 sort.interface 来排序

http.Handler接口

error接口

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