Go 面向对象编程篇（五）：接口定义及实现

接口在 Go 语言中有着至关重要的地位，如果说 goroutine 和 channel 是支撑起 Go 语言并发模型的基石，那么接口就是 Go 语言整个类型系统的基石。Go 语言的接口不单单只是接口，下面就让我们一步步来探索 Go 语言的接口特性。

传统侵入式接口实现

和类的实现相似，Go 语言的接口和其他语言中提供的接口概念完全不同。以 Java、PHP 为例，接口主要作为不同类之间的契约（Contract）存在，对契约的实现是强制的，体现在具体的细节上就是如果一个类实现了某个接口，就必须实现该接口声明的所有方法，这个叫「履行契约」：

// 声明一个'iTemplate'接口
interface iTemplate
{
    public function setVariable($name, $var);
    public function getHtml($template);
}


// 实现接口
// 下面的写法是正确的
class Template implements iTemplate
{
    private $vars = array();

    public function setVariable($name, $var)
    {
        $this->vars[$name] = $var;
    }

    public function getHtml($template)
    {
        foreach($this->vars as $name => $value) {
            $template = str_replace('{' . $name . '}', $value, $template);
        }

        return $template;
    }
}

这个时候，如果有另外有一个接口 iTemplate2 声明了与 iTemplate 完全一样的接口方法，甚至名字也叫 iTemplate，只不过位于不同的命名空间下，编译器也会认为上面的类 Template 只实现了 iTemplate 而没有实现 iTemplate2 接口。

这在我们之前的认知中是理所当然的，无论是类与类之间的继承，还是类与接口之间的实现，在 Java、PHP 这种单继承语言中，存在着严格的层级关系，一个类只能直接继承自一个父类，一个类也只能实现指定的接口，如果没有显式声明继承自某个父类或者实现某个接口，那么这个类就与该父类或者该接口没有任何关系。

我们把这种接口称为侵入式接口，所谓「侵入式」指的是实现类必须明确声明自己实现了某个接口。这种实现方式虽然足够明确和简单明了，但也存在一些问题，尤其是在设计标准库的时候，因为标准库必然涉及到接口设计，接口的需求方是业务实现类，只有具体编写业务实现类的时候才知道需要定义哪些方法，而在此之前，标准库的接口就已经设计好了，我们要么按照约定好的接口进行实现，如果没有合适的接口需要自己去设计，这里的问题就是接口的设计和业务的实现是分离的，接口的设计者并不能总是预判到业务方要实现哪些功能，这就造成了设计与实现的脱节。

接口的过分设计会导致某些声明的方法实现类完全不需要，如果设计的太简单又会导致无法满足业务的需求，这确实是一个问题，而且脱离了用户使用场景讨论这些并没有意义，以 PHP 自带的 SessionHandlerInterface 接口为例，该接口声明的接口方法如下：

SessionHandlerInterface {
    /* 方法 */
    abstract public close ( void ) : bool
    abstract public destroy ( string $session_id ) : bool
    abstract public gc ( int $maxlifetime ) : int
    abstract public open ( string $save_path , string $session_name ) : bool
    abstract public read ( string $session_id ) : string
    abstract public write ( string $session_id , string $session_data ) : bool
}

用户自定义的 Session 管理器需要实现该接口，也就是要实现该接口声明的所有方法，但是实际在做业务开发的时候，某些方法其实并不需要实现，比如如果我们基于 Redis 或 Memcached 作为 Session 存储器的话，它们自身就包含了过期回收机制，所以 gc 方法根本不需要实现，又比如 close 方法对于大部分驱动来说，也是没有什么意义的。

正是因为这种不合理的设计，所以在编写 PHP 类库中的每个接口时都需要纠结以下两个问题（Java 也类似）：

一个接口需要声明哪些接口方法？
如果多个类实现了相同的接口方法，应该如何设计接口？比如上面这个 SessionHandlerInterface，有没有必要拆分成多个更细分的接口，以适应不同实现类的需要？

接下我们来看看 Go 语言的接口是如何避免这些问题的。

Go 语言的接口实现

在 Go 语言中，类对接口的实现和子类对父类的继承一样，并没有提供类似 implement 这种关键字显式声明该类实现了哪个接口，一个类只要实现了某个接口要求的所有方法，我们就说这个类实现了该接口。

例如，我们定义了一个 File 类，并实现了 Read()、Write()、Seek()、Close() 四个方法：

type File struct { 
    // ...
}

func (f *File) Read(buf []byte) (n int, err error) 
func (f *File) Write(buf []byte) (n int, err error) 
func (f *File) Seek(off int64, whence int) (pos int64, err error) 
func (f *File) Close() error

假设我们有如下接口（Go 语言通过关键字 interface 来声明接口，以示和结构体类型的区别，花括号内包含的是待实现的方法集合）：

type IFile interface { 
    Read(buf []byte) (n int, err error) 
    Write(buf []byte) (n int, err error) 
    Seek(off int64, whence int) (pos int64, err error) 
    Close() error 
}

type IReader interface { 
    Read(buf []byte) (n int, err error) 
}

type IWriter interface { 
    Write(buf []byte) (n int, err error) 
}

type ICloser interface { 
    Close() error 
}

尽管 File 类并没有显式实现这些接口，甚至根本不知道这些接口的存在，但是我们说 File 类实现了这些接口，因为 File 类实现了上述所有接口声明的方法。当一个类的成员方法集合包含了某个接口声明的所有方法，换句话说，如果一个接口的方法集合是某个类成员方法集合的子集，我们就认为该类实现了这个接口。

与 Java、PHP 相对，我们把 Go 语言的这种接口称作非侵入式接口，因为类与接口的实现关系不是通过显式声明，而是系统根据两者的方法集合进行判断。这样做有两个好处：

其一，Go 语言的标准库不需要绘制类库的继承/实现树图，在 Go 语言中，类的继承树并无意义，你只需要知道这个类实现了哪些方法，每个方法是干什么的就足够了。
其二，定义接口的时候，只需要关心自己应该提供哪些方法即可，不用再纠结接口需要拆得多细才合理，也不需要为了实现某个接口而引入接口所在的包，接口由使用方按需定义，不用事先设计，也不用考虑之前是否有其他模块定义过类似接口。

这样一来，就完美地避免了传统面向对象编程中的接口设计问题。

通过组合实现接口继承

我们知道在 Java、PHP 等传统面向对象编程语言中，支持通过 extends 关键字实现接口之间的继承关系：

interface A 
{
    public function foo();
}

interface B extends A
{
    public function bar();
}

在上述代码中，我们定义了两个 PHP 接口：A 和 B，其中接口 B 继承自 A，这样一来，如果某个类实现了接口 B，则必须实现这两个接口中声明的方法，否则会报错。

Go 语言也支持类似的「接口继承」特性，但是由于不支持 extends 关键字，所以其实现和类的继承一样，是通过组合来完成的。以上面这个 PHP 示例为例，在 Go 语言中，我们可以这样通过接口组合来实现接口继承，就像类的组合一样：

type A interface {
    Foo()
}

type B interface {
    A
    Bar()
}

然后我们定义一个类 T 实现接口 B：

type T struct {}

func (t T) Foo() {
    fmt.Println("call Foo function from interface A.")
}

func (t T) Bar() {
    fmt.Println("call Bar function from interface B.")
}

不过，在 Go 语言中，又与传统的接口继承有些不同，因为接口实现不是强制的，是根据类实现的方法来动态判定的，比如我们上面的 T 类可以只实现 Foo 方法，也可以只实现 Bar 方法，也可以都不实现。如果只实现了 Foo 方法，则 T 实现了接口 A；如果只实现了 Bar 方法，则既没有实现接口 A 也没有实现接口 B，只有两个方法都实现了系统才会判定实现了接口 B。

可以认为接口组合是匿名类型组合（没有显式为组合类型设置对应的属性名称）的一个特定场景，只不过接口只包含方法，而不包含任何属性。Go 语言底层很多包就是基于接口组合实现的，比如 io 里面的 Reader、Writer、ReadWriter 这些接口：

// Reader is the interface that wraps the basic Read method.
type Reader interface {
    Read(p []byte) (n int, err error)
}

// Writer is the interface that wraps the basic Write method.
type Writer interface {
    Write(p []byte) (n int, err error)
}

// ReadWriter is the interface that groups the basic Read and Write methods.
type ReadWriter interface {
    Reader
    Writer
}

Go 面向对象编程篇（五）：接口定义及实现

传统侵入式接口实现

Go 语言的接口实现

通过组合实现接口继承

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