Go语言中的面向对象

⁸/Jun 2015

PL Go

最近在思考Go语言中面向对象实现，感觉最初的设计者真是掐准了软件工程的命脉，优雅与实用恰到好处的结合，使得这门语言于平凡处见深刻。

下面来剖析一下其中的一些设计点。

类与类型

golang中没有class关键字，却引入了type，二者不是简单的替换那么简单，type表达的涵义远比class要广。主流的面向对象语言(C++, Java)不太强调类与类型的区别，本着一切皆对象的原则，类被设计成了一个对象生成器。这些语言中的类型是以类为基础的，即通过类来定义类型，类是这类语言的根基。与之不同，golang中更强调类型，你在这门语言中根本看不到类的影子。实现上述传统语言的class只是type功能的一部分：

  type Mutex struct {
      state int32
      sema  uint32
  }

此外，type还可以扩展已经定义的类型：

    type Num int32
    func (num Num) IsBigger(otherNum Num) bool {
        return num > otherNum
    }

这种灵活的定义方式可以很好地提高程序的可扩展性,通过重命名原有类型，也可以做到一定程序上的解耦。

传统对象型语言由于设计之初追求面向对象的彻底性，使得后来加入函数式对象时不得不Hack一把：C++很鸡贼地重载 () 实现:

class Adder{
   public:
     int operator() (int a, int b) {
        return a+b;
     }
};
int add(int a, int b, Adder& adder) {
    return adder(a,b);
}
add(1, 3, new Adder);

Java则憋了很久才憋出 FunctionalInterface (只有一个抽象方法的接口)可以无缝地与历史包袱兼容:

public interface Displayer {
	void display();
}

//Test class to implement above interface
public class FunctionInterfaceTestImpl {
     public static void main(String[] args) {
     //Old way using anonymous inner class
     Displayer oldWay = new Displayer(){
        public void display(){
           System.out.println("Display from old way");
        }};
     OldWay.display();//outputs: Display from old way
     
     //Using lambda expression
     Displayer newWay = () -> {System.out.println("Display from new Lambda Expression");}
     newWay.display();//outputs : Display from new Lambda Expression
    }
}

而在golang中，借助type的威力，定义函数式类型和定义一般类型并无区别：

type Traveser func(ele interface{})
type Filter func(ele interface{}) bool

方法放在哪里

golang与传统对象式语言的另一个不同是方法并不在类的定义范围之内，而是通过把类作为接收器(receiver)与方法进行绑定：

// Once is an object that will perform exactly one action.
type Once struct {
	m    Mutex
	done uint32
}

func (o *Once) Do(f func()) {
	if atomic.LoadUint32(&o.done) == 1 {
		return
	}
	// Slow-path.
	o.m.Lock()
	defer o.m.Unlock()
	if o.done == 0 {
		defer atomic.StoreUint32(&o.done, 1)
		f()
	}
}

看起来仅仅是放置位置的不同，其实是设计理念的不同。将方法放在类定义里面，意味着方法是类不可分割的一部分，类的最小单位就是数据成员和当前定义的所有操作，你要认识这个类，必须一次性认识这个类中定义的所有的东西。相反，先定义类的数据结构，然后像搭积木一样将目前需要的方法一个一个地进行绑定，你便可以根据需求对类进行扩展。传统的类定义是你必须一开始便想好这个类有哪些操作，一旦类定义好了，类就成了你定义的样子，再无其他可能。golang的这种开放式扩展定义方式，使得类更加具有生命力，你不必一开始就设计好一切(往往也很难做到)，类会随着你的实现思路逐渐成长为你想要的那个样子。

组合还是继承

继承是面向对象鼓吹的三大特性之一，但经过多年的实践，业界普遍认识到继承带来的弊端：

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
对扩展支持不好，往往以增加系统结构的复杂度为代价
不支持动态继承。在运行时，子类无法选择不同的父类
子类不能改变父类的接口
对具体类的重载，重写会破会里氏替换原则

golang的设计者意识到了继承的这些问题，在语言设计之初便拿掉了继承。其实也不能说golang里面没有继承，只不过继承是用匿名组合实现的，没有传统的的继承关系链(父类和子类完全是不同类型)，同时还能重用父类的方法与成员。

type Base struct{
}

func (b Base)Show(){
   println("Bazinga!")
}

type Child struct{
	Base
}

func main() {
   child := Child{}
   child.Show()
}

这种用Has-A代替Is-A的模拟实现，既解决了一些软件工程问题，同时甩掉了很多困扰程序员的心智包袱。

非侵入式接口

学CS到现在，感觉计算机科学的精髓其实就两个字：abstract 和 tradeoff。 golang中的非侵入式接口便很好地体现了这两点。传统对象式语言里面有一堆与接口相关的东西：抽象类，抽象接口，虚函数，纯虚函数等等。概念虽多，说起来不过是在不同abstrct层面上进行tradeoff而已。 golang的接口很彻底，就是一系列操作定义的集合，根本不允许进行实现，而且也不能定义变量或者常量这些东东:

  type Interface interface {
     // Len is the number of elements in the collection.
     Len() int
     // Less reports whether the element with
     // index i should sort before the element with index j.
     Less(i, j int) bool
     // Swap swaps the elements with indexes i and j.
     Swap(i, j int)
    }

记得有位大学老师把Java中的接口比作资格证书，你要去考资格证书，并达到资格证书中的所有要求，才算具有某些资质。golang的接口则不太一样，只要你能做到资格证书中规定的那些事情，不管你去不去考这个资格证，都认为你具有了资质。其实这种想法在一些动态语言中实现过，且有诗为证：

如果一个人看起来像鸭子,走起来像鸭子,叫起来像鸭子,那么他就是个基佬。

这种非侵入式的设计方式，很大程度上也是为了解耦。接口和类本就是不同的东西：类是为了把数据和代码包装在一起，是为了对内实现；接口则更像是一种契约，是为了对外展示。基于这种抽象层面的接口进行编程，很容易达到设计模式中的依赖倒置，接口隔离以及迪米特法则几个原则。

编程语言的进化固然可以带来一些工程上的好处，但千万不要忘了那句古训：

There is no silver bullet.

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