Go 語言的繼承與組合

Go 語言沒有像 C++/Java 等語言可以透過 extend 關鍵字來繼承某個 class。因此，Go class的所有方法都是自己顯式實現的。讓我們舉個例子，自定義class T 有兩個methods M1 和 M2，如果 T 是一個獨立的自定義class，那我們在聲明class T 的 Go 包原始碼文件中一定可以找到其所有method的實現程式碼，比如：

func (T) M1() {...}
func (T) M2() {...}

在 Go 語言中，如果我們真的想模擬繼承的效果，可以透過 Go 語言設計思想的“組合”來實現。具體的 Go 語言設計思想可以參考我的這篇文章 - Go語言的設計哲學

這種“繼承”是通過 Go 語言的類型嵌入（Type Embedding）來實現的。因此，這篇文章將帶你了解這種語法，看看我們如何通過這種語法來實現對嵌入類型的方法的“繼承”，同時也搞清楚這種方式對新定義的類型的方法集合的影響。首先，我們來學習一下什麼是類型嵌入。

類型嵌入

類型嵌入指的是在一個類型的定義中嵌入了其他類型。Go 語言支持兩種類型嵌入，分別是 interface 類型的類型嵌入和 struct 類型的類型嵌入。

interface 類型的類型嵌入

interface類型聲明了由一個方法集合代表的interface，比如下面interface類型 E：

type E interface {
    M1()
    M2()
}

我們再定義另外一個interface類型 I，它的方法集合中包含了三個方法 M1、M2 和 M3，如下所示：

type I interface {
    M1()
    M2()
    M3()
}

我們看到interface類型 I 方法集合中的 M1 和 M2，與接口類型 E 的方法集合中的方法完全相同。在這種情況下，我們可以用interface類型 E 替代上面interface類型 I 定義中的 M1 和 M2，如下所示：

type I interface {
    E
    M3()
}

這種在一個interface類型（I）定義中嵌入另外一個interface類型（E）的方式，就是我們說的interface類型的類型嵌入。

struct 類型的類型嵌入

struct 類型的類型嵌入就要更複雜一些了，以下是 Go struct類型的“完全體”：

type T1 int
type t2 struct{
    n int
    m int
}

type I interface {
    M1()
}

type S1 struct {
    T1
    *t2
    I            
    a int
    b string
}

我們看到，struct S1 定義中有三個“非常規形式”的attribute，分別是 T1、t2 和 I。這三個struct裡的attribute究竟代表的是什麼呢？是名字還是類型呢？

這裡我直接告訴你答案：它們既代表attribute的名字，也代表attribute的類型。我們分別以這三個attribute為例，說明一下它們的具體含義：

• T1 表示attribute名為 T1，它的類型為自定義類型 T1；
• t2 表示attribute名為 t2，它的類型為自定義struct類型 t2 的pointer類型；
• I 表示attribute名為 I，它的類型為interface類型 I。

type MyInt int

func (n *MyInt) Add(m int) {
    *n = *n + MyInt(m)
}

type t struct {
    a int
    b int
}

type S struct {
    *MyInt
    t
    io.Reader
    s string
    n int
}

func main() {
    m := MyInt(17)
    r := strings.NewReader("hello, go")
    s := S{
        MyInt: &m,
        t: t{
            a: 1,
            b: 2,
        },
        Reader: r,
        s:      "demo",
    }

    var sl = make([]byte, len("hello, go"))
    s.Read(sl)              // 等同於 s.Reader.Read(sl)
    fmt.Println(string(sl)) // 輸出：hello, go
    s.Add(5) 
    fmt.Println(*(s.MyInt)) // 輸出：22
}

看到這段程式碼，你可能會問：類型 S 沒有定義 Read 方法和 Add 方法啊，這樣寫不會導致 Go 編譯器報錯嗎？如果你有這個疑問，可以暫停一下，先用你手上的 Go 編譯器編譯運行一下這段程式碼看看。

是不是很驚喜？這段程序不但沒有引發編譯器報錯，還可以正常運行並輸出正確的結果！

這段程式碼似乎在告訴我們：Read 方法和 Add 方法就是類型 S 方法集合中的方法。其實，這兩個方法來自於struct類型 S 的兩個嵌入attribute Reader 和 MyInt。struct類型 S “繼承”了 Reader attribute的方法 Read 的實現，也“繼承”了 *MyInt 的 Add 方法的實現。注意，我這裡的“繼承”用了引號，說明這並不是真正的繼承，而是 Go 語言的一種“障眼法”。

這種“障眼法”的工作機制是這樣的：當我們通過struct類型 S 的變量 s 呼叫 Read 方法時，Go 發現struct類型 S 自身並沒有定義 Read 方法，於是 Go 會查看 S 的嵌入attribute對應的類型是否定義了 Read 方法。這時，Reader attribute就被找了出來，之後 s.Read 的呼叫就被轉換為 s.Reader.Read 的呼叫。

這樣一來，嵌入attribute Reader 的 Read 方法就被提升為 S 的方法，放入了類型 S 的方法集合。同理，*MyInt 的 Add 方法也被提升為 S 的方法而放入 S 的方法集合。從外部來看，這種嵌入attribute的方法的提升就給了我們一種struct類型 S “繼承”了 io.Reader 類型 Read 方法的實現，以及 *MyInt 類型 Add 方法的實現的錯覺。嵌入attribute的使用的確可以幫我們在 Go 中實現方法的“繼承”。

多重繼承

不過有一種情況需要注意，那就是當struct嵌入的多個接口類型的方法集合存在交集時，你要小心編譯器可能會出現的錯誤提示。

Go 1.14 版本解決了嵌入接口類型的方法集合有交集的情況，僅限於interface類型中嵌入interface類型。這裡我們討論的是在struct類型中嵌入方法集合有交集的interface類型。

如果struct自身實現了該方法，Go 就會優先使用struct自己實現的方法。如果沒有實現，那麼 Go 就會查找struct中的嵌入attribute的方法集合中是否包含這個方法。如果多個嵌入attribute的方法集合中都包含這個方法，那麼我們就說方法集合存在交集。這時，Go 編譯器就會因無法確定究竟使用哪個方法而報錯，所以 Go 會在編譯階段就限制多重繼承的問題。

總結

• Go 語言沒有傳統意義上的繼承，所有方法都必須顯式實現。
• 可以通過類型嵌入（Type Embedding）來模擬繼承的效果，將嵌入類型的方法提升為新類型的方法。
• interface 和 struct 都支持類型嵌入。
• 使用嵌入attribute到class的方法提升機制，可以實現方法的“繼承”，但需注意多重繼承的衝突問題。

這些技巧和知識將幫助你在 Go 語言中有效地使用組合和嵌入，編寫出更靈活且可維護的程式碼。

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