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浅谈GO语言中的面向对象

叫悟空的猴子
 叫悟空的猴子
发布于 2019/05/07 11:12
字数 3432
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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。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,分享在这里

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

  继承 组合
优点 创建子类的对象时,无须创建父类的对象 不破坏封装,整体类与局部类之间松耦合,彼此相对独立
  子类能自动继承父类的接口 具有较好的可扩展性
    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
    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
缺点 子类不能改变父类的接口 整体类不能自动获得和局部类同样的接口
  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 创建整体类的对象时,需要创建所有局部类的对象
  不支持动态继承。在运行时,子类无法选择不同的父类  
  支持扩展,但是往往以增加系统结构的复杂度为代价  

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

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。

如果本文对你有帮助,请点赞鼓励一下吧^_^

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叫悟空的猴子
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评论(2)

叫悟空的猴子
叫悟空的猴子 博主

引用来自“kakai”的评论

go的类和类函数关系有点像js原型链,微软为了更清晰的使得js具有面向对象编程能力而发明了TypeScript,go的语法有点“走老路”了,要不是C++没有垃圾回收机制,go的这种语法还不一定有C++的好。搞过一点点go,我也是实在适应不了go的这种语法。
Go奉行的是less is more的原则。我虽然也还不太适应,但是我还是挺喜欢的,仍然在学习中。
kakai
kakai
go的类和类函数关系有点像js原型链,微软为了更清晰的使得js具有面向对象编程能力而发明了TypeScript,go的语法有点“走老路”了,要不是C++没有垃圾回收机制,go的这种语法还不一定有C++的好。搞过一点点go,我也是实在适应不了go的这种语法。
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