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# 11.12 接口与动态类型
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## 11.12.1 Go的动态类型
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在经典的 OO 语言（像 C++，Java 和 C#）中数据和方法被封装为 `类的概念`：类包含它们两者，并且不能剥离。
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Go 没有类：数据（结构体或更一般的类型）和方法是一种松耦合的正交关系。
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Go 中的接口跟 Java/C# 类似：都是必须提供一个指定方法集的实现。但是更加灵活通用：任何提供了接口方法实现代码的类型都隐式地实现了该接口，而不用显式地声明。
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和其它语言相比，Go 是唯一结合了接口值，静态类型检查（是否该类型实现了某个接口），运行时动态转换的语言，并且不需要显式地声明类型是否满足某个接口。该特性允许我们在不改变已有的代码的情况下定义和使用新接口。
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接收一个（或多个）接口类型作为参数的函数，可以被实现了该接口的类型实例调用。`实现了某个接口的类型可以被传给任何以此接口为参数的函数`。
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类似于 Python 和 Ruby 这类动态语言中的 `动态类型（duck typing）`；这意味着对象可以根据提供的方法被处理（例如，作为参数传递给函数），而忽略它们的实际类型：它们能做什么比它们是什么更重要。
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这在程序 duck_dance.go 中得以阐明，函数 DuckDance 接受一个 IDuck 接口类型变量。仅当 DuckDance 被实现了 IDuck 接口的类型调用时程序才能编译通过。
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示例 11.16 [duck_dance.go](examples/chapter_11/duck_dance.go)：
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```go
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package main
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import "fmt"
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type IDuck interface {
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Quack()
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Walk()
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}
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func DuckDance(duck IDuck) {
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for i := 1; i <= 3; i++ {
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duck.Quack()
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duck.Walk()
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}
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}
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type Bird struct {
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// ...
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}
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func (b *Bird) Quack() {
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fmt.Println("I am quacking!")
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}
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func (b *Bird) Walk() {
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fmt.Println("I am walking!")
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}
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func main() {
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b := new(Bird)
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DuckDance(b)
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}
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/** Output:
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I am quacking!
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I am walking!
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I am quacking!
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I am walking!
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I am quacking!
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||
I am walking!
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*/
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```
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如果 `Bird` 没有实现 `Walk()`（把它注释掉），会得到一个编译错误：
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```
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cannot use b (type *Bird) as type IDuck in function argument:
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*Bird does not implement IDuck (missing Walk method)
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```
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如果对 `cat` 调用函数 `DuckDance()`，Go 会提示编译错误，但是 Python 和 Ruby 会以运行时错误结束。
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## 11.12.2 动态方法调用
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像 Python，Ruby 这类语言，动态类型是延迟绑定的（在运行时进行）：方法只是用参数和变量简单地调用，然后在运行时才解析（它们很可能有像 `responds_to` 这样的方法来检查对象是否可以响应某个方法，但是这也意味着更大的编码量和更多的测试工作）
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Go 的实现与此相反，通常需要编译器静态检查的支持：当变量被赋值给一个接口类型的变量时，编译器会检查其是否实现了该接口的所有函数。如果方法调用作用于像 `interface{}` 这样的“泛型”上，你可以通过类型断言（参见 11.3 节）来检查变量是否实现了相应接口。
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例如，你用不同的类型表示 XML 输出流中的不同实体。然后我们为 XML 定义一个如下的“写”接口（甚至可以把它定义为私有接口）：
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```go
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type xmlWriter interface {
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WriteXML(w io.Writer) error
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}
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```
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现在我们可以实现适用于该流类型的任何变量的 `StreamXML` 函数，并用类型断言检查传入的变量是否实现了该接口；如果没有，我们就调用内建的 `encodeToXML` 来完成相应工作：
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```go
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// Exported XML streaming function.
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func StreamXML(v interface{}, w io.Writer) error {
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if xw, ok := v.(xmlWriter); ok {
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// It’s an xmlWriter, use method of asserted type.
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return xw.WriteXML(w)
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}
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// No implementation, so we have to use our own function (with perhaps reflection):
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return encodeToXML(v, w)
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}
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// Internal XML encoding function.
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func encodeToXML(v interface{}, w io.Writer) error {
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// ...
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}
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```
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Go 在这里用了和 `gob` 相同的机制：定义了两个接口 `GobEncoder` 和 `GobDecoder`。这样就允许类型自己实现从流编解码的具体方式；如果没有实现就使用标准的反射方式。
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因此 Go 提供了动态语言的优点，却没有其他动态语言在运行时可能发生错误的缺点。
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对于动态语言非常重要的单元测试来说，这样即可以减少单元测试的部分需求，又可以发挥相当大的作用。
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Go 的接口提高了代码的分离度，改善了代码的复用性，使得代码开发过程中的设计模式更容易实现。用 Go 接口还能实现 `依赖注入模式`。
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## 11.12.3 接口的提取
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`提取接口` 是非常有用的设计模式，可以减少需要的类型和方法数量，而且不需要像传统的基于类的 OO 语言那样维护整个的类层次结构。
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Go 接口可以让开发者找出自己写的程序中的类型。假设有一些拥有共同行为的对象，并且开发者想要抽象出这些行为，这时就可以创建一个接口来使用。
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我们来扩展 11.1 节的示例 11.2 interfaces_poly.go，假设我们需要一个新的接口 `TopologicalGenus`，用来给 shape 排序（这里简单地实现为返回 int）。我们需要做的是给想要满足接口的类型实现 `Rank()` 方法：
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示例 11.17 [multi_interfaces_poly.go](examples/chapter_11/multi_interfaces_poly.go)：
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```go
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//multi_interfaces_poly.go
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package main
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import "fmt"
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type Shaper interface {
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Area() float32
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}
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type TopologicalGenus interface {
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Rank() int
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}
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type Square struct {
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side float32
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}
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func (sq *Square) Area() float32 {
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return sq.side * sq.side
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}
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func (sq *Square) Rank() int {
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return 1
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}
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type Rectangle struct {
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length, width float32
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}
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func (r Rectangle) Area() float32 {
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return r.length * r.width
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}
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func (r Rectangle) Rank() int {
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return 2
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}
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func main() {
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r := Rectangle{5, 3} // Area() of Rectangle needs a value
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q := &Square{5} // Area() of Square needs a pointer
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shapes := []Shaper{r, q}
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fmt.Println("Looping through shapes for area ...")
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for n, _ := range shapes {
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fmt.Println("Shape details: ", shapes[n])
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fmt.Println("Area of this shape is: ", shapes[n].Area())
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}
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topgen := []TopologicalGenus{r, q}
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fmt.Println("Looping through topgen for rank ...")
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for n, _ := range topgen {
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fmt.Println("Shape details: ", topgen[n])
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fmt.Println("Topological Genus of this shape is: ", topgen[n].Rank())
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}
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}
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/* Output:
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Looping through shapes for area ...
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Shape details: {5 3}
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Area of this shape is: 15
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Shape details: &{5}
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Area of this shape is: 25
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||
Looping through topgen for rank ...
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||
Shape details: {5 3}
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||
Topological Genus of this shape is: 2
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||
Shape details: &{5}
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||
Topological Genus of this shape is: 1
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*/
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```
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所以你不用提前设计出所有的接口；`整个设计可以持续演进，而不用废弃之前的决定`。类型要实现某个接口，它本身不用改变，你只需要在这个类型上实现新的方法。
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## 11.12.4 显式地指明类型实现了某个接口
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如果你希望满足某个接口的类型显式地声明它们实现了这个接口，你可以向接口的方法集中添加一个具有描述性名字的方法。例如：
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```go
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type Fooer interface {
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Foo()
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ImplementsFooer()
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}
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```
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类型 Bar 必须实现 `ImplementsFooer` 方法来满足 `Footer` 接口，以清楚地记录这个事实。
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```go
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type Bar struct{}
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func (b Bar) ImplementsFooer() {} func (b Bar) Foo() {}
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```
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大部分代码并不使用这样的约束，因为它限制了接口的实用性。
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但是有些时候，这样的约束在大量相似的接口中被用来解决歧义。
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## 11.12.5 空接口和函数重载
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在 6.1 节中, 我们看到函数重载是不被允许的。在 Go 语言中函数重载可以用可变参数 `...T` 作为函数最后一个参数来实现（参见 6.3 节）。如果我们把 T 换为空接口，那么可以知道任何类型的变量都是满足 T (空接口）类型的，这样就允许我们传递任何数量任何类型的参数给函数，即重载的实际含义。
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函数 `fmt.Printf` 就是这样做的：
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```go
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fmt.Printf(format string, a ...interface{}) (n int, errno error)
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```
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这个函数通过枚举 `slice` 类型的实参动态确定所有参数的类型。并查看每个类型是否实现了 `String()` 方法，如果是就用于产生输出信息。我们可以回到 11.10 节查看这些细节。
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## 11.12.6 接口的继承
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当一个类型包含（内嵌）另一个类型（实现了一个或多个接口）的指针时，这个类型就可以使用（另一个类型）所有的接口方法。
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例如：
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```go
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type Task struct {
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Command string
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*log.Logger
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}
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```
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这个类型的工厂方法像这样：
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```go
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func NewTask(command string, logger *log.Logger) *Task {
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return &Task{command, logger}
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}
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```
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当 `log.Logger` 实现了 `Log()` 方法后，Task 的实例 task 就可以调用该方法：
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```go
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task.Log()
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```
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类型可以通过继承多个接口来提供像 `多重继承` 一样的特性：
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```go
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type ReaderWriter struct {
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*io.Reader
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*io.Writer
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}
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```
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上面概述的原理被应用于整个 Go 包，多态用得越多，代码就相对越少（参见 12.8 节）。这被认为是 Go 编程中的重要的最佳实践。
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有用的接口可以在开发的过程中被归纳出来。添加新接口非常容易，因为已有的类型不用变动（仅仅需要实现新接口的方法）。已有的函数可以扩展为使用接口类型的约束性参数：通常只有函数签名需要改变。对比基于类的 OO 类型的语言在这种情况下则需要适应整个类层次结构的变化。
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**练习 11.11**：[map_function_interface.go](exercises/chapter_11/map_function_interface.go)：
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在练习 7.13 中我们定义了一个 map 函数来使用 int 切片 （map_function.go）。
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通过空接口和类型断言，现在我们可以写一个可以应用于许多类型的 `泛型` 的 map 函数，为 int 和 string 构建一个把 int 值加倍和连接字符串值的 map 函数 `mapFunc`。
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提示：为了可读性可以定义一个 interface{} 的别名，比如：type obj interface{}
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**练习 11.12**：[map_function_interface_var.go](exercises/chapter_11/map_function_interface_var.go)：
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稍微改变练习 11.9，允许 `mapFunc` 接收不定数量的 items。
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**练习 11.13**：[main_stack.go](exercises/chapter_11/main_stack.go)—[stack/stack_general.go](exercises/chapter_11/stack/stack_general.go)：
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在练习 10.10 和 10.11 中我们开发了一些栈结构类型。但是它们被限制为某种固定的内建类型。现在用一个元素类型是 interface{}（空接口）的切片开发一个通用的栈类型。
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实现下面的栈方法：
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```go
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Len() int
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IsEmpty() bool
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Push(x interface{})
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Pop() (x interface{}, error)
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```
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`Pop()` 改变栈并返回最顶部的元素；`Top()` 只返回最顶部元素。
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在主程序中构建一个充满不同类型元素的栈，然后弹出并打印所有元素的值。
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## 链接
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- [目录](directory.md)
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- 上一节：[Printf 和反射](11.11.md)
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- 下一节：[总结：Go 中的面向对象](11.13.md)
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