浅谈GO语言中的面向对象

阳光穿透心脏的1/2处 2022-02-03 00:41 309阅读 0赞

## 前言 ##

如果说最纯粹的面向对象语言，我觉得是Java无疑。而且Java语言的面向对象也是很直观，很容易理解的。class是基础，其他都是要写在class里的。

最近学习了Go语言，有了一些对比和思考。虽然我还没有完全领悟Go语言“Less is more”的编程哲学，思考的方式还是习惯从Java的角度出发，但是我还是深深的喜欢上了这门语言。

这篇文章仅是我学习过程中的一些想法，欢迎留言探讨，批评指正。

# 封装 #

## Java中的封装 ##

Java语言中，封装是自然而来的，也是强制的。你所写的代码，都要属于某个类，某个class文件。类的属性封装了数据，方法则是对这些数据的操作。通过private和public来控制数据的可访问性。

每个类（java文件），自然的就是一个对象的模板。

## Go中的封装 ##

Go语言并不是完全面向对象的。其实Go语言中并没有类和对象的概念。

首先，Go语言是完全可以写成面向过程风格的。Go语言中有很多的function是不属于任何对象的。（以前我写过一些ABAP语言，ABAP是从面向过程转为支持面向对象的语言，所以也是有类似的function的）。

然后，Go语言中，封装有包范围的封装和结构体范围的封装。

在Java语言中，我们组织程序的方式一般是通过project-package-class。每个class，对应一个文件，文件名和class名相同。其实我觉得这样组织是很清晰也很直观的。

在Go语言中，只有一个package的概念。package就是一个文件夹。在这个文件夹下的所有文件，都是属于这个package的。这些文件可以任意起名字，只要在文件头加上package名字

package handler

那么这个文件就是属于这个package的。在package内部所有的变量是互相可见的，是不可以重复的。

你可以这样理解：文件夹（package）就是你封装的一个单元（比如你想封装一个Handler处理一些问题）。里边其实只有一个文件，但是为了管理方便，你把它拆成了好几个文件（FileHandler、ImageHandler、HTTPHandler、CommonUtils），但其实这些文件写成一个和写成几个，他们之间的变量都是互相可见的。

如果变量是大写字母开头命名，那么对包外可见。如果是小写则包外不可见。

其实一开始我是很不习惯这种封装方式的，因为写Java的时候是难以想象一个文件里的变量在另一个文件里也可见的。

Go中的另外一种封装，就是结构体struct。没错，类似C语言中的struct，我们把一些变量用一个struct封装在一起

type Dog struct {
    
        Name string
    
        Age  int64
    
        Sex  int
    
    }

我们还可以给struct添加方法，做法就是把一个function指定给某个struct。

func (dog *Dog) bark() {
    
        fmt.Println("wangwang")
    
    }

这时候看起来是不是很有面向对象的感觉了？起码我们有对象（struct）和方法（绑定到struct的function）了，是不是？具体的Go语法不在这里过多探讨。

# 继承 #

封装只是基础，为继承和多态提供可能。继承和多态才是面向对象最有意思也最有用的地方。

## Java中的继承 ##

Java语言中，继承通过extends关键字实现。有非常清晰的父类和子类的概念以及继承关系。Java不支持多继承。

## Go中的继承 ##

Go语言中其实并没有继承。看到这里你可能会说：什么鬼？面向对象语言里没有继承？好吧其实一开始我也是懵逼的。但是Go中确实只是提供了一种伪继承，通过embedding实现的“伪”继承。

type father struct {
    
       Name string
    
       Age  int
    
    }
    
    
    
    type son struct {
    
       father
    
       hobby string
    
    }
    
    
    
    type son2 struct {
    
       someFather father
    
       hobby      string
    
    }

如上代码所示，在son中声明一个匿名的father类型结构体，那么son伪继承了father，而son2则仅仅是把father作为一个属性使用。

son中可以直接使用father中的Name、Age等属性，不需要写成son.father.Name，直接写成son.Name即可。如果father有方法，也遵循同理。

但为什么说是伪继承呢？

在Java的继承原则上，子类继承了父类，不光是子类可以复用父类的代码，而且子类是可以当做父类来使用的。参见面向对象六大原则之一的[里氏替换原则][Link 1]。即在需要用到父类的地方，我用了一个子类，应该是可以正常工作的。

然而Go中的这种embedding，son和father完全是两个类型，如果在需要用father的地方直接放上一个son，编译是不通过的。

关于Go语言中的这种伪继承，我还踩过一个深坑，以后会分享出来。

看起来Go语言中的继承是不是更像一种提供了语法糖的has-a的关系，并不是is-a的关系。说到这里，可能有的人会说Go语言这是搞什么，没有继承还怎么愉快的玩耍。又有的人可能觉得：没错，就是要干掉继承，组合优于继承。

其实关于继承或是组合的问题，我查了很多说法，目前我个人认同如下观点：

### 继承VS组合 ###

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <th>&nbsp;</th> 
   <th>继承</th> 
   <th>组合</th> 
  </tr> 
 </tbody> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <th>优点</th> 
   <td>创建子类的对象时，无须创建父类的对象</td> 
   <td>不破坏封装，整体类与局部类之间松耦合，彼此相对独立</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <th>&nbsp;</th> 
   <td>子类能自动继承父类的接口</td> 
   <td>具有较好的可扩展性</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <th>&nbsp;</th> 
   <td>&nbsp;</td> 
   <td>支持动态组合。在运行时，整体对象可以选择不同类型的局部对象</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <th>&nbsp;</th> 
   <td>&nbsp;</td> 
   <td>整体类可以对局部类进行包装，封装局部类的接口，提供新的接口</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <th>缺点</th> 
   <td>子类不能改变父类的接口</td> 
   <td>整体类不能自动获得和局部类同样的接口</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <th>&nbsp;</th> 
   <td>破坏封装，子类与父类之间紧密耦合，子类依赖于父类的实现，子类缺乏独立性</td> 
   <td>创建整体类的对象时，需要创建所有局部类的对象</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <th>&nbsp;</th> 
   <td>不支持动态继承。在运行时，子类无法选择不同的父类</td> 
   <td>&nbsp;</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <th>&nbsp;</th> 
   <td>支持扩展，但是往往以增加系统结构的复杂度为代价</td> 
   <td>&nbsp;</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

那么什么时候用继承，什么时候用组合呢？

1.  除非考虑使用多态，否则优先使用组合。
2.  要实现类似”多重继承“的设计的时候，使用组合。
3.  要考虑多态又要考虑实现“多重继承”的时候，使用组合+接口。

# 多态 #

我认为多态是面向对象编程中最重要的部分。

By the way，方法重载也是多态的一种。但是Go语言中是不支持方法重载的。

两种语言都支持方法重写（Go中的伪继承，son如果重写了father中的方法，默认是会使用son的方法的）。

不过要注意的是，在Java中重写父类的非抽象方法，已经违背了里氏替换原则。而Go语言中是没有抽象方法一说的。

Go中的多态采用和JavaScript一样的鸭式辩型：如果一只鸟走路像鸭子，叫起来像鸭子，那么它就是一只鸭子。

在Java中，我们要显式的使用implements关键字，声明一个类实现了某个接口，才能将这个类当做这个接口的一个实现来使用。在Go中，没有implements关键字。只要一个struct实现了某个接口规定的所有方法，就认为它实现了这个接口。

type Animal interface {
    
        bark()
    
    }
    
    
    
    type Dog struct {
    
        Name string
    
        Age  int64
    
        Sex  int
    
    }
    
    
    
    func (dog *Dog) bark() {
    
        fmt.Println("wangwang")
    
    }

如上代码，Dog实现了Animal接口，无需任何显式声明。

让我们先从一个简单的多态开始。猫和狗都是动物，猫叫起来是miaomiao的，狗叫起来是wagnwang的。

Java代码：

import java.io.*;
    
    class test 
    
    {
    
        public static void main (String[] args) throws java.lang.Exception
    
        {
    
            Animal animal;
    
            animal= new Cat();
    
            animal.shout();
    
            animal = new Dog();
    
            animal.shout();
    
        }
    
    }
    
    
    
    abstract class Animal{
    
        abstract void shout();
    
    }
    
    
    
    class Cat extends Animal{
    
        public void shout(){
    
            System.out.println("miaomiao");
    
        }
    
    }
    
    
    
    class Dog extends Animal{
    
        public void shout(){
    
            System.out.println("wangwang");
    
        }
    
    }

输出如下：

miaomiao
    
    wangwang

但是我们在继承的部分已经说过了，Go的继承是伪继承，“子类”和“父类”并不是同一种类型。如果我们尝试通过继承来实现多态，是行不通的。

Go代码：

package main
    
    
    
    import (
    
       "fmt"
    
    )
    
    
    
    func main() {
    
       var animal Animal
    
       animal = &Cat{}
    
       animal.shout()
    
       animal = &Dog{}
    
       animal.shout()
    
    }
    
    
    
    type Animal struct {
    
    }
    
    
    
    type Cat struct {
    
       //伪继承
    
       Animal
    
    }
    
    
    
    type Dog struct {
    
       //伪继承
    
       Animal
    
    }
    
    
    
    func (a *Animal) shout() {
    
       //Go has no abstract method
    
    }
    
    
    
    func (c *Cat) shout() {
    
       fmt.Println("miaomiao")
    
    }
    
    
    
    func (d *Dog) shout() {
    
       fmt.Println("wangwang")
    
    }

上边的代码是编译报错的。输出如下：

# command-line-arguments
    
    dome/demo.Go:9:9: cannot use Cat literal (type *Cat) as type Animal in assignment
    
    dome/demo.Go:11:9: cannot use Dog literal (type *Dog) as type Animal in assignment

其实就算是在Java里，如果不考虑代码复用，我们也是首先推荐接口而不是抽象类的。那么我们把上边的实现改进一下。

Java代码：

import java.io.*;
    
    class test 
    
    {
    
        public static void main (String[] args) throws java.lang.Exception
    
        {
    
            Animal animal;
    
            animal= new Cat();
    
            animal.shout();
    
            animal = new Dog();
    
            animal.shout();
    
        }
    
    }
    
    
    
    interface Animal{
    
        void shout();
    
    }
    
    
    
    class Cat implements Animal{
    
        public void shout(){
    
            System.out.println("miaomiao");
    
        }
    
    }
    
    
    
    class Dog implements Animal{
    
        public void shout(){
    
            System.out.println("wangwang");
    
        }
    
    }

输出如下：

miaomiao
    
    wangwang

Go里边的接口是鸭式辩型，代码如下：

package main
    
    
    
    import (
    
        "fmt"
    
    )
    
    
    
    func main() {
    
        var animal Animal
    
        animal = &Cat{}
    
        animal.shout()
    
        animal = &Dog{}
    
        animal.shout()
    
    }
    
    
    
    type Animal interface {
    
        shout()
    
    }
    
    
    
    type Cat struct {
    
    }
    
    
    
    type Dog struct {
    
    }
    
    
    
    func (c *Cat) shout() {
    
        fmt.Println("miaomiao")
    
    }
    
    
    
    func (d *Dog) shout() {
    
        fmt.Println("wangwang")
    
    }

输出如下：

miaomiao
    
    wangwang

看起来很棒对不对。那我们为什么不直接都用接口呢？还要继承和抽象类干什么？这里我们来捋一捋一个老生常谈的问题：接口和抽象类的区别。

这里引用了知乎用户[chao wang][]的观点。感兴趣的请前往[他的回答][Link 2]。

> abstract class的核心在于，我知道一类物体的部分行为（和属性），但是不清楚另一部分的行为（和属性），所以我不能自己实例化（不知道的这部分）。如我们的例子，abstract class是Animal，那么我们可以定义他们胎生，恒定体温，run()等共同的行为，但是具体到“叫”这个行为时，得留着让非abstract的狗和猫等等子类具体实现。
> 
> interface的核心在于，我只知道这个物体能干什么，具体是什么不需要遵从类的继承关系。如果我们定一个Shouter interface，狗有狗的叫法，猫有猫的叫法，只要能叫的对象都可以有shout()方法，只要这个对象实现了Shouter接口，我们就能把它当shouter使用，让它叫。
> 
> 所以abstract class和interface是不能互相替代的，interface不能定义（它只做了声明）共同的行为，事实上它也不能定义“非常量”的变量。而abstract class只是一种分类的抽象，它不能横跨类别来描述一类行为，它使得针对“别的分类方式”的抽象变得无法实现（所以需要接口来帮忙）。

考虑这样一个需求：猫和狗都会跑，并且它们跑起来没什么区别。我们并不想在Cat类和Dog类里边都实现一遍同样的run方法。所以我们引入一个父类：四足动物Quadruped

Java代码：

import java.io.*;
    
    class test 
    
    {
    
        public static void main (String[] args) throws java.lang.Exception
    
        {
    
            Animal animal;
    
            animal= new Cat();
    
            animal.shout();
    
            animal.run();
    
            animal = new Dog();
    
            animal.shout();
    
            animal.run();
    
        }
    
    }
    
    
    
    interface Animal{
    
        void shout();
    
        void run();
    
    }
    
    
    
    abstract class Quadruped implements Animal{
    
        abstract public void shout();
    
        public void run(){
    
            System.out.println("running with four legs");
    
        }
    
    }
    
    
    
    class Cat extends Quadruped{
    
        public void shout(){
    
            System.out.println("miaomiao");
    
        }
    
    }
    
    
    
    class Dog extends Quadruped{
    
        public void shout(){
    
            System.out.println("wangwang");
    
        }
    
    }

输出如下：

miaomiao
    
    running with four legs
    
    wangwang
    
    running with four legs

Go语言中是没有抽象类的，那我们尝试用Embedding来实现代码复用：

package main
    
    
    
    import (
    
        "fmt"
    
    )
    
    
    
    func main() {
    
        var animal Animal
    
        animal = &Cat{}
    
        animal.shout()
    
        animal.run()
    
        animal = &Dog{}
    
        animal.shout()
    
        animal.run()
    
    }
    
    
    
    type Animal interface {
    
        shout()
    
        run()
    
    }
    
    
    
    type Quadruped struct {
    
    }
    
    
    
    type Cat struct {
    
        Quadruped
    
    }
    
    
    
    type Dog struct {
    
        Quadruped
    
    }
    
    
    
    func (q *Quadruped) run() {
    
        fmt.Println("running with four legs")
    
    }
    
    
    
    func (c *Cat) shout() {
    
        fmt.Println("miaomiao")
    
    }
    
    
    
    func (d *Dog) shout() {
    
        fmt.Println("wangwang")
    
    }

输出如下：

miaomiao
    
    running with four legs
    
    wangwang
    
    running with four legs

但是由于Go语言并没有抽象类，所以Quadruped是可以被实例化的。但是它并没有shout方法，所以它并不能被当做Animal使用，尴尬。当然我们可以给Quadruped加上shout方法，那么我们如何保证Quadruped类不会被错误的实例化并使用呢？

换句话说，我期望通过对抽象类的非抽象方法的继承来实现代码的复用，通过接口和抽象方法来实现（符合里氏替换原则的）多态，那么如果有一个非抽象的父类出现（其实Java里也很容易出现），很可能会破坏这一规则。

其实Go语言是有它自己的编程逻辑的，我这里也只是通过Java的角度来解读Go语言中如何实现初步的面向对象。关于Go中的类型转换和类型断言，留在以后探讨吧。

[Link 1]: https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%87%8C%E6%B0%8F%E6%9B%BF%E6%8D%A2%E5%8E%9F%E5%88%99
[chao wang]: https://www.zhihu.com/people/chao-wang-33
[Link 2]: https://www.cnblogs.com/xxnn/p/Java%20%E4%B8%BA%E4%BB%80%E4%B9%88%E4%B8%8D%E6%94%AF%E6%8C%81%E5%A4%9A%E7%BB%A7%E6%89%BF%EF%BC%9F%20-%20chao%20wang%E7%9A%84%E5%9B%9E%E7%AD%94%20-%20%E7%9F%A5%E4%B9%8E%20https://www.zhihu.com/question/24317891/answer/65289659