Go 语言面向对象编程系列教程(六) —— 接口篇:接口定义与实现

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。

PHP 的接口实现

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 PHP 为例,接口主要作为不同类之间的契约存在,比如 Laravel 框架就直接将接口称作契约(Contract),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 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,它们自身就包含了垃圾回收机制,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):

  1. 一个接口需要声明哪些接口方法?
  2. 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,接口实现和类的继承一样,并没有通过关键字显示声明实现了哪个接口,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:

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

这里我们定义了一个 File 类,并实现有 Read()Write()Seek()Close() 等方法。假设我们有如下接口(Go 语言通过关键字 typeinterface 来声明接口,花括号内包含都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方法集合的子集,我们就认为该类实现了这个接口。

与 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,实现类的时候,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,就完美的避免了传统面向对象编程中的接口设计问题。

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Laravel学院院长,终身学习者

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2 条回复

  1. xingxiaoli xingxiaoli says:

    要是两个不同接口的同名方法,参数或者返回值不同的话,这时候类会怎么同时实现这两个接口呢?比如,IReader 接口的 Read 方法只有一个返回值,那 File 类只实现了 IFile 接口, IReader 接口该怎么实现呢?

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