聊聊 Go 语言中的面向对象编程

江不知
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我们知道，在 Go 语言中没有类（Class）的概念，但这并不意味着 Go 语言不支持面向对象编程，毕竟面向对象只是一种编程思想。

让我们回忆一下面向对象的三大基本特征：

  1. 封装：隐藏对象的属性和实现细节，仅对外提供公共访问方式
  2. 继承：使得子类具有父类的属性和方法或者重新定义、追加属性和方法等
  3. 多态：不同对象中同种行为的不同实现方式

我们一起来看看 Go 语言是如何在没有类（Class）的情况下实现这三大特征的。

封装

「类」

在 Go 语言中可以使用结构体（Structs）对属性进行封装，结构体就像是类的一种简化形式。

例如，我们要定义一个矩形，每个矩形都有长和宽，我们可以这样进行封装：

type Rectangle struct {
	Length int
	Width int
}

方法

既然有了「类」，你可能会问了，那「类」的方法在哪呢？

Go 语言中也有方法（Methods）：Go 方法是作用在接收者（receiver）上的一个函数，接收者是某种类型的变量。因此方法是一种特殊类型的函数。

定义方法的格式如下：

func (recv receiver_type) methodName(parameter_list) (return_value_list) { ... }

上文中我们已经定义了一个矩形 Rectangle，现在我们要定义一个方法 Area() 来计算它的面积：

package main

import (
	"fmt"
)

// 矩形结构体
type Rectangle struct {
	Length int
	Width  int
}

// 计算矩形面积
func (r *Rectangle) Area() int {
	return r.Length * r.Width
}

func main() {
	r := Rectangle{4, 2}
	// 调用 Area() 方法，计算面积
	fmt.Println(r.Area())
}

上面的代码片段输出结果为 8。

访问权限

我们常会说一个类的属性是公共的还是私有的，在其他编程语言中，我们常用 public 与 private 关键字来表达这样一种访问权限。

在 Go 语言中没有 public、private、protected 这样的访问控制修饰符，它是通过字母大小写来控制可见性的。

如果定义的常量、变量、类型、接口、结构、函数等的名称是大写字母开头，这表示它们能被其它包访问或调用（相当于 public）；非大写开头就只能在包内使用（相当于 private）。

访问未导出字段

当遇到只能在包内使用的未导出字段时，我们又该如何访问呢？

和其他面向对象语言一样，Go 语言也有实现 getter 和 setter 的方式：

  • 对于 setter 方法使用 Set 前缀
  • 对于 getter 方法只使用成员名

例如我们现在有一个处于 person 包中的 Person 结构体：

package person

type Person struct {
	firstName string
	lastName  string
}

我们可以看到，它的两个成员变量都是非大写字母开头，只能在包内使用，现在我们为其中的 firstName 来定义 setter 与 getter ：

// 获取 firstName
func (p *Person) FirstName() string {
	return p.firstName
}

// 设置 firstName
func (p *Person) SetFirstName(newName string) {
	p.firstName = newName
}

这样一来，我们就可以在 main 包里设置和获取 firstName 的值了：

package main

import (
	"fmt"

	"./person"
)

func main() {
	p := new(person.Person)
	p.SetFirstName("firstName")
	fmt.Println(p.FirstName())
}

/* Output:
firstName
*/

继承

在 Go 语言中没有 extends 关键字，它使用在结构体中内嵌匿名类型的方法来实现继承。

匿名类型：即这些类型没有显式的名字。

内嵌结构体上的方法可以直接在外层类型的实例上调用：

package main

import (
	"fmt"
	"math"
)

type Point struct {
	x, y float64
}

func (p *Point) Abs() float64 {
	return math.Sqrt(p.x*p.x + p.y*p.y)
}

type NamedPoint struct {
	Point
	name string
}

func main() {
	n := &NamedPoint{Point{3, 4}, "Pythagoras"}
	fmt.Println(n.Abs()) // 打印5
}

多态

在面向对象中，多态的特征为：不同对象中同种行为的不同实现方式。在 Go 语言中可以使用接口实现这一特征。

我们先定义一个正方形 Square 和一个长方形 Rectangle：

// 正方形
type Square struct {
	side float32
}

// 长方形
type Rectangle struct {
	length, width float32
}

然后，我们希望可以计算出这两个几何图形的面积。但由于他们的面积计算方式不同，我们需要定义两个不同的 Area() 方法。

于是，我们可以定义一个包含 Area() 方法的接口 Shaper，让 Square 和 Rectangle 都实现这个接口里的 Area()：

// 接口 Shaper
type Shaper interface {
	Area() float32
}

// 计算正方形的面积
func (sq *Square) Area() float32 {
	return sq.side * sq.side
}

// 计算长方形的面积
func (r *Rectangle) Area() float32 {
	return r.length * r.width
}

我们可以在 main() 函数中这样调用 Area()：

func main() {
	r := &Rectangle{10, 2}
	q := &Square{10}

	// 创建一个 Shaper 类型的数组
	shapes := []Shaper{r, q}
	// 迭代数组上的每一个元素并调用 Area() 方法
	for n, _ := range shapes {
		fmt.Println("图形数据: ", shapes[n])
		fmt.Println("它的面积是: ", shapes[n].Area())
	}
}

/*Output:
图形数据:  &{10 2}
它的面积是:  20
图形数据:  &{10}
它的面积是:  100
*/

由以上代码输出结果可知：不同对象调用 Area() 方法产生了不同的结果，展现了多态的特征。

总结

  • 面向对象的三大特征是：封装、继承和多态
  • Go 语言使用结构体对属性进行封装，结构体就像是类的一种简化形式
  • 在 Go 语言中，方法是作用在接收者（receiver）上的一个函数，接收者是某种类型的变量
  • 名称首字母的大小写决定了该变量/常量/类型/接口/结构/函数……能否被外部包导入
  • 无法被导入的字段可以使用 getter 和 setter 的方式来访问
  • Go 语言使用在结构体中内嵌匿名类型的方法来实现继承
  • 使用接口可以实现多态

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