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【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 mainimport "fmt"type treeNode struct {value       intleft, right *treeNode
}func main() {var root treeNodefmt.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 treeNoderoot = 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:
在这里插入图片描述
entry.go 当中的内容是:

package mainimport "learngo/tree"func main() {var root tree.Noderoot = 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 treeimport "fmt"type Node struct {Value       intLeft, 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 queuetype Queue []int // 目前的 queue 是一个 int 的 slicefunc (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 mainimport ("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”:
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
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:
在这里插入图片描述
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。

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