[Day 19] 終於來談談介面

11th鐵人賽 python scala golang rust

ryanyang1221

2019-10-06 23:37:43

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今天終於要來談談介面，也就是 Interface 啦！之前當我們在談繼承以及抽象類別的時候，說到在 Golang 跟 Rust 並沒有這樣的概念，在這兩個語言則是透過實作 Interface 來實現多型 (在 Rust 實際上叫做 Trait，我們晚點會提到)。而在 Scala 雖然有繼承系統，不過也有類似 Java Interface 的東西，叫做 Trait，但和 Java 有點不同，我們在講 Scala 的時候也會提到。最後就是 Python 的部分並沒有 Interface，我們也會簡單說明下原因囉！

Python

對於 Python 來說，因為有多重繼承的關係，所以並不需要像 Java 另外引入 Interface 來達到類似多重繼承的目的。此外，因為 Python 是 DuckTyping，所以有些需要 Interface 的場景在 Python 也不需要。這邊解釋下 DuckTyping，這是動態型別語言的一種風格，最常拿來解釋的一句話就是"當看到一隻鳥走起來像鴨子、游泳起來像鴨子、叫起來也像鴨子，那麼這隻鳥就可以被稱為鴨子"。在 DuckTyping，一個 Object 有效的屬性和方法，不是繼承自特定的類型或是實現了某個 Interface，而是看當下其所有的屬性和方法的集合。DuckTyping 的函式接收的是任意類型的 Object，而在函式呼叫該 Object 的特定方法，因此我們關注的是，這個 Object 是否可以執行這個行為，而不是這個 Object 的類型。好處是很彈性，壞處是程式必須要到了執行期才可能發現問題。
假如你需要一個像 Interface 這樣的東西來規範一些行為的話，可以運用我們之前在 Abstract Class 提到的，透過引入 metaclass ABCMeta，來讓自定義的 Class 有個可以繼承的 Abstract Class (裡面沒有方法有被實作)來做到行為規範。

Scala

Scala 和 Java 一樣都是 JVM 的語言，由於在 Java 因為沒有多重繼承 (避免鑽石問題)，所以另外提供了 Interface，在 Java 的 Interface 只有函式簽名，並沒有包含實作 (Java 8 有 Default Method 了)。然後有時候有些實作，例如 "跑" 這個 Interface 對於獅子跟玩具獅子在 "跑" 的實作上應該是一樣的，這樣就會造成程式的重複。而 Scala 的 Trait 則是可以有 Interface 的效果，卻又讓你可以包含實作在裡頭。最簡單的形式如下。有一個 Trait Running 裡頭有一個方法 run()。而 class Lion 繼承了 Xxx，也實作了 trait Running (用 with)。注意的是，假使今天沒有繼承 Xxx，只有實作 Running 的話，要用 class Lion extends Running，但是這裡並不是繼承的關係，只是寫法上必須是這樣。假如沒有實作完全，就必須宣告成 abstract class 囉！

trait Running {
  def run(): Unit
}

class Lion extends Xxx with Running {
  def run() = println("Run with 4 legs") 
}

假如 Trait 已經有了實作的方法，當我們使用 Trait 時，就不用自己再實作該方法。如果要覆蓋的話，就要用 override。

trait Running {
  def run(): Unit = println("Run")
}

class Lion extends Xxx with Running {
  override def run() = println("Run with 4 legs") 
}

而 Trait 也可以有尚未賦予值的變數，例如下面，可以看到 sayHello() 依賴 name 的值，所以當我們的 Class with SayHi 的時候就要定義 name 的值，不然也是會被認定是 Abstract class 囉。除此之外，Trait 也可以 Extend 某個 Class (例如 Class A )，來依賴該 Class 的某個 Method，所以間接限制了可以引入此 Trait 的 Class，例如繼承了 Class A 的 Class 就可以引入，但不相干的 Class 就不行了！

trait SayHi {
  val name: String
  def sayHello() = println("Hey, I'm " + name)
}

當同時引入多個 Trait 的時候，假設有同名的函式且都 Extend 某個 Class，則 Scala 有一套規則來找出優先使用的函式，也就是最後引入 (最右邊) 的 Trait 的同名 Method 會被執行。而如果在 Trait 中使用 super 時要注意，因為 Trait 不是繼承那種層級關係，所以 super 在這其實是指最左邊，也就是最早引入的 Trait。也因為 Trait 的特性，可以拿來實現所謂的 Decorator Pattern，有興趣的可以參考這裡囉！

Golang

Interface 是具有一組方法的類型，像是上述的宣告方式，用的關鍵字是 type <Interface name> interface。然而 Interface 也可以不帶任何方法，又叫做 Empty Interface。如果我們今天有一個類型實作了一個 Interface 所有的方法，我們就說這個類型實作了這個 Interface，例如下面的 MyStruct 實作了 MyInterface 的 A() int (func(s MyStruct) A() int)，所以當 func f(i I) 需要 MyInterface 這個類型作為參數時，就能傳入 MyStruct 的 instance。

type MyInterface interface {
    A() int
}

type MyStruct struct {
    X int 
}

func(s MyStruct) A() int {
    return s.X
}

func f(i MyInterface) {
    i.A()
}

var i MyInterface = MyStruct{X: 1}

可以發現在 Golang 這種不用顯性表明實作了哪個 Interface 的方式，而是只要實現該 Interface 的所有方法，就是 DuckTyping 的體現。Go 會自己檢查，並適時將類型轉換成該 Interface 進行使用。例如上述的程式碼的 var i MyInterface = MyStruct{X: 1}。如果要知道某個 Interface 的值，實際上是不是某個 Struct 的話，就可以用例如 value, ok := i.(MyStruct)，這裡是看 i 這個 Interface 的變數是不是 MyStruct，如果是的話，value 就是該類型的值，而 ok 是 true，反之則是 false，這就是所謂的 Type assertion。當我們想要同時判斷很多類型時，還可以使用所謂 Type switch，可以參考這裡。
至於空的 Interface 是拿來幹嘛呢？因為任何類型都實作了空的 Interface (因為沒有方法)，以下面程式來看，此 Function f 的參數表示可以丟入任何類型的值，Go 會自動幫我們進行轉換。然而 fAll 的參數是空 Interface 的 Slice，那是不是表示我們可以丟入任意類型的 Slice 呢？出乎意料，答案是不行的，可以參考官方解釋囉！

func f(p interface{}){   
    ...
}

func fAll(p []interface{}) {
    ...
}

最後來談談的是實作的 Function 可以用 Value Receiver 也可以用 Pointer Receiver，但要注意的是，假使某個類型在實現一個 Interface 的時候，用了 Value Receiver 也用了 Pointer Receiver，那就只能使用其 Pointer 來作為該 Interface。這是因為 Golang 是 Call by value，當丟入的是 Pointer 是可以調用 Value receiver 的 Function，因為 Go 可以自動從此 Pointer 找到真正的 Value，但反過來則不能，因為沒辦法反查出原始 Value 的位置。
關於更多 Interface 相關的知識可以參考這裡囉！