【Golang】Golang基础语法之面向对象：结构体和方法

面向对象——结构

• Go 仅支持封装，不支持继承和多态；继承和多态要做的事情交给接口来完成，即——面向接口编程。
• Go 只有 struct，没有 class。

定义一个最简单的树节点（treeNode）结构，方法如下：

package main

import "fmt"

type treeNode struct {
	value       int
	left, right *treeNode
}

func main() {
	var root treeNode
	fmt.Println(root)
}

输出的结果是：

{0 <nil> <nil>}

如果想赋予 treeNode 初值，则可以按照下述方式来对 treeNode 进行初始化：

var root treeNode

root = treeNode{value: 3}
root.left = &treeNode{}
root.right = &treeNode{5, nil, nil}
root.right.left = new(treeNode)

需要注意的是，Go 的 struct 使用花括号进行值初始化，而没有构造函数的概念。

注意最后一行的 new 方法，它是 Go 的内置方法，其行为非常类似于 C++ 的 new 关键字，即新划分一个动态内存，并返回类类型对应的指针。

还有一点要注意的是，最后一行的root.right.left是指针，在 C++ 中，应该使用root.right -> left来对指针所指对象的成员进行访问，但是在 Golang 当中没有这么严格的要求。可以总结为：无论是地址还是指针，均使用 . 来访问成员。

可以将 struct 定义在 slice 当中，方法也非常的简单，声明一个对应类型的 slice 并使用花括号进行初始化即可：

nodes := []treeNode{
	{value: 3},
	{},
	{6, nil, &root},
}	// 注意, 在花括号初始化当中可以省略 treeNode 关键字
fmt.Println(nodes)

输出的结果为：

[{3 <nil> <nil>} {0 <nil> <nil>} {6 <nil> 0xc0000080d8}]	// 最后一个地址因操作设备而异

结构有构造函数吗？

Golang 的 struct 没有构造函数这一说法。

当需要构造函数时，可以构建一个工厂函数来进行替代：

func createNode(value int) *treeNode {
	// 使用工厂函数来构建结构对象, 返回一个结构对象的指针
	return &treeNode{value: value}
}

需要注意的是，从 C++ 的角度来看，上述代码是非常典型的错误，因为它试图返回局部变量的地址给外部。

但是在 Golang 当中，上述语句是合法的，这也是 Golang 和 C++ 较大的区别，即 Golang 可以在局部返回变量的地址。

C++ 将变量的内存分配在栈上，当新建动态内存时，需要开发者自己进行资源的调度和销毁。而 Java 将变量的内存分配在堆上，支持垃圾回收机制。而我们不需要关心 Golang 将内存分配在栈上还是堆上，编译器会帮助我们管理。当局部变量的地址被返回时，编译器将内存分配在堆上，否则分配在栈上。

结构有成员函数吗？

Golang 的结构同样没有成员函数，但是 Golang 具有一种函数定义的语法糖，通过下述方式对函数进行定义，则结构对象可以直接以成员访问的形式对函数进行调用，但本质上该函数不是结构的成员函数，这类函数被称作结构的方法：

func (node treeNode) print() {
	fmt.Println(node.value)
}

关键字 func 后面的圆括号当中的 (node treeNode) 被称作函数的接收者，接收者有两种类型，分别是值接收者和指针接收者。需要指针接收者的原因是，Golang 的函数只有值传递，因此如果希望在结构的方法中对结构的值进行修改，或是在一个实现了较大型功能的函数调用上确保效率，则需要使用指针接收者的形式来对结构的方法进行定义。

首先来看上述值接收者方法的调用：

直接调用：

root.print()

即可完成 root 对应成员 value 的值的打印。

一个典型的指针接收者的例子如下，在该例中我们试图修改 node 的 value：

func (node *treeNode) setValue(value int) {
	node.value = value
}

之前我们已经提到，无论结构对象此时是值还是指针，访问其成员的方法都是使用 . 。

注意，nil 指针也可以调用方法。在 Go 当中，nil 是一个安全的可以调用结构的方法的指针。

但是在方法的具体实现上，虽然 nil 可以安全地调用方法，但是在方法中不能对 nil 指针指向对象的成员进行修改，因此可以对 setValue 进行修改：

func (node *treeNode) setValue(value int) {
	if node == nil {
		fmt.Println("Setting value to nil node. " +
			"Ignored")
		return
	}
	node.value = value
}

实验如下：

var pRoot *treeNode
pRoot.setValue(200)
pRoot = &root
pRoot.setValue(300)
pRoot.print()

输出为：

Setting value to nil node. Ignored
300

由于 nil 指针仍然可以调用结构的方法，因此可以方便地实现树的中序遍历：

func (node *treeNode) traverse() {
	if node == nil {
		return
	}
	node.left.traverse()	// 不需要判断 left 是否为空指针, 即使是空指针也可以调用
	node.print()
	node.right.traverse()
}

• 值接收者是 Go 特有的；
• 值/指针接收者均可接受值/指针。

包和封装

• 在 Go 当中，名字一般使用 CamelCase；
• 首字母大写代表 public；
• 首字母小写代表 private；

此处的 public 和 private 是针对包（package）来说的。

• 每个目录只有一个包；
• main 包 包含可执行入口；
• 为结构定义的方法必须放在同一个包内；
• 可以在包内的不同文件对结构的方法进行定义；

现在我们在目录下新建一个名为 entry 的目录，并将 node.go 当中的 main 函数迁移到 entry 目录下的 entry.go 当中。注意将 entry.go 的 package 改为 main。

然后，修改 node.go 当中的结构成员和结构方法首字母为大写，以代表它们是 public 的。

文件目录的组织方法如下：

entry.go 当中的内容是：

package main

import "learngo/tree"

func main() {
	var root tree.Node
	root = tree.Node{Value: 3}
	root.Left = &tree.Node{}
	root.Right = &tree.Node{5, nil, nil}
	root.Right.Left = new(tree.Node)
	root.Left.Right = tree.CreateNode(2)
	root.Right.Left.SetValue(4)

	root.Traverse()
}

node.go 当中的内容是：

package tree

import "fmt"

type Node struct {
	Value       int
	Left, Right *Node
}

func (node Node) Print() {
	fmt.Print(node.Value, " ")
}

func (node *Node) SetValue(value int) {
	if node == nil {
		fmt.Println("Setting Value to nil node. " +
			"Ignored")
		return
	}
	node.Value = value
}

func CreateNode(value int) *Node {
	// 使用工厂函数来构建结构对象, 返回一个结构对象的指针
	return &Node{value, nil, nil}
}

func (node *Node) Traverse() {
	if node == nil {
		return
	}
	node.Left.Traverse()
	node.Print()
	node.Right.Traverse()
}

需要注意的是，将结构 TreeNode 修改为 Node，因为结构的名字不宜与包名 tree 前缀相重复。虽然包名与结构名的前缀重复并不会报错，但是这样会降低代码的可读性。

扩展已有的类型

我们已经知道，为结构定义的方法必须放在同一个包内，并且可以放在不同的文件当中。那么如果现在有一个已知类型，它的作者不是我们，但我们想对它进行拓展，此时应该怎么做呢？

由于 Go 语言没有继承，想要扩充系统类型或已知的自定义类型的方法有三种，分别是：

• 定义别名；
• 使用组合；
• 使用内嵌（Embedding）；

使用组合

假定我们现在希望对二叉树进行后序遍历，但是 tree 当中仅实现了中序遍历，一个可行的方法是将 Node 结构进行包装，变为 myTreeNode：

/* tree.Node 只实现了中序遍历, 现在我们希望实现后序遍历 */
type myTreeNode struct {
	node *tree.Node
}

之后，我们对 myTreeNode 通过指针接收者的方式实现后序遍历：

func (myNode *myTreeNode) postOrder() {
	if myNode.node == nil || myNode.node == nil {	// 需要判断 myTreeNode 的成员是否为 nil 指针
		return
	}
	left := myTreeNode{myNode.node.Left}			// 注意, 成员初始化应使用花括号而非圆括号
	left.postOrder()

	right := myTreeNode{myNode.node.Right}
	right.postOrder()

	myNode.node.Print()
}

在 main 函数中的调用：

node := myTreeNode{&root}
node.postOrder()
fmt.Println()

定义别名

我们已经知道，可以使用 slice 来实现 int 类型的队列。

我们可以使用关键字 type 定义 []int 的别名，将其命名为 queue：

package queue

type Queue []int // 目前的 queue 是一个 int 的 slice

func (q *Queue) Push(v int) {
	*q = append(*q, v) // q 指向的 slice 被改变了
}

func (q *Queue) Pop() int {
	head := (*q)[0]
	*q = (*q)[1:]
	return head
}

func (q *Queue) IsEmpty() bool {
	return len(*q) == 0
}

实验如下：

package main

import (
	"fmt"
	"learngo/queue"
)

func main() {
	q := queue.Queue{1}
	q.Push(2)
	q.Push(3)
	fmt.Println(q.Pop())
	fmt.Println(q.Pop())
	fmt.Println(q.IsEmpty())
	fmt.Println(q.Pop())
	fmt.Println(q.IsEmpty())
}

使用内嵌（Embedding）

使用内嵌进行类型拓展的示例如下：

/*
	tree.Node 只实现了中序遍历, 现在我们希望实现后序遍历
	使用内嵌的方式来实现已知类型的拓展
*/
type myTreeNode struct {
	// 👇 直接省略类型的变量名, 即可完成内嵌
	// 之前的定义是 node *tree.Node, 使用 node 作为结构的成员变量
	// 在使用内嵌进行拓展时, 不需要使用 node
	*tree.Node	// Embedding
	// 👆 语法糖, 节省代码量
}

func (myNode *myTreeNode) postOrder() {
	if myNode.Node == nil || myNode.Node == nil {
		return
	}
	left := myTreeNode{myNode.Left}		// 可以注意到, 使用内嵌之后, 可以直接访问 tree.Node 的成员变量以及方法
	left.postOrder()

	right := myTreeNode{myNode.Right}
	right.postOrder()

	myNode.Print()
}

内嵌看起来与 C++ 当中的继承非常的相似，但是本质上内嵌和继承还是有去别的。需要重点强调的是，Go 没有继承和多态，只有封装。

假设现在我们要使用 myTreeNode 类型实现一个 Traverse，在其它语言当中该行为会被视为重载，在 Go 中，Node 内嵌在了 myTreeNode 当中，而在其它语言当中会被视为继承关系。

IDE 会提示我们“转到阴影方法”：


假设现在的实现为：

func (myNode *myTreeNode) Traverse() {
	fmt.Println("this method is shadowed")
}

则使用 myTreeNode 对 Traverse 进行调用的结果如下：

this method is shadowed

确保 myTreeNode 调用 Node 的 Traverse() 方法的做法是，显式地调用root.Node.Traverse()，即显式地对嵌入的方法进行调用。

继承的一个非常有用的性质是，可以将一个基类指针与派生类对象进行关联，但是在 Go 当中是不可行的：

因此内嵌在本质上是一个语法糖，内嵌的类型与结构类型没有关联。

Golang 通过接口来实现类似于继承的做法，即——面向接口编程。