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2.5 物件導向

前面兩章我們介紹了函式和 struct，那你是否想過函式當作 struct 的欄位一樣來處理呢？今天我們就講解一下函式的另一種形態，帶有接收者的函式，我們稱為 method。

method

現在假設有這麼一個場景，你定義了一個 struct 叫做長方形，你現在想要計算他的面積，那麼按照我們一般的思路應該會用下面的方式來實現：

package main

import "fmt"

type Rectangle struct {
	width, height float64
}

func area(r Rectangle) float64 {
	return r.width*r.height
}

func main() {
	r1 := Rectangle{12, 2}
	r2 := Rectangle{9, 4}
	fmt.Println("Area of r1 is: ", area(r1))
	fmt.Println("Area of r2 is: ", area(r2))
}

這段程式碼可以計算出來長方形的面積，但是 area()不是作為 Rectangle 的方法實現的（類似物件導向裡面的方法），而是將 Rectangle 的物件（如 r1,r2）作為參數傳入函式計算面積的。

這樣實現當然沒有問題囉，但是當需要增加圓形、正方形、五邊形甚至其它多邊形的時候，你想計算他們的面積的時候怎麼辦啊？那就只能增加新的函式囉，但是函式名你就必須要跟著換了，變成 area_rectangle, area_circle, area_triangle...

像下圖所表示的那樣， 橢圓代表函式, 而這些函式並不從屬於 struct（或者以物件導向的術語來說，並不屬於 class），他們是單獨存在於 struct 外圍，而非在概念上屬於某個 struct 的。

圖 2.8 方法和 struct 的關係圖

很顯然，這樣的實現並不優雅，並且從概念上來說"面積"是"形狀"的一個屬性，它是屬於這個特定的形狀的，就像長方形的長和寬一樣。

基於上面的原因所以就有了 method 的概念，method 是附屬在一個給定的型別上的，他的語法和函式的宣告語法幾乎一樣，只是在 func 後面增加了一個 receiver（也就是 method 所依從的主體）。

用上面提到的形狀的例子來說，method area() 是依賴於某個形狀（比如說 Rectangle）來發生作用的。Rectangle.area()的發出者是 Rectangle， area() 是屬於 Rectangle 的方法，而非一個外圍函式。

更具體地說，Rectangle 存在欄位 height 和 width, 同時存在方法 area(), 這些欄位和方法都屬於 Rectangle。

用 Rob Pike 的話來說就是：

"A method is a function with an implicit first argument, called a receiver."

method 的語法如下：

func (r ReceiverType) funcName(parameters) (results)

下面我們用最開始的例子用 method 來實現：

package main

import (
	"fmt"
	"math"
)

type Rectangle struct {
	width, height float64
}

type Circle struct {
	radius float64
}

func (r Rectangle) area() float64 {
	return r.width*r.height
}

func (c Circle) area() float64 {
	return c.radius * c.radius * math.Pi
}


func main() {
	r1 := Rectangle{12, 2}
	r2 := Rectangle{9, 4}
	c1 := Circle{10}
	c2 := Circle{25}

	fmt.Println("Area of r1 is: ", r1.area())
	fmt.Println("Area of r2 is: ", r2.area())
	fmt.Println("Area of c1 is: ", c1.area())
	fmt.Println("Area of c2 is: ", c2.area())
}

在使用 method 的時候重要注意幾點

  • 雖然 method 的名字一模一樣，但是如果接收者不一樣，那麼 method 就不一樣
  • method 裡面可以訪問接收者的欄位
  • 呼叫 method 透過 . 訪問，就像 struct 裡面訪問欄位一樣

圖示如下：

圖 2.9 不同 struct 的 method 不同

在上例，method area() 分別屬於 Rectangle 和 Circle，於是他們的 Receiver 就變成了 Rectangle 和 Circle，或者說，這個 area()方法 是由 Rectangle/Circle 發出的。

值得說明的一點是，圖示中 method 用虛線標出，意思是此處方法的 Receiver 是以值傳遞，而非參考傳遞，是的，Receiver 還可以是指標, 兩者的差別在於, 指標作為 Receiver 會對實體物件的內容發生操作，而普通型別作為 Receiver 僅僅是以副本作為操作物件，並不對原實體物件發生操作。後文對此會有詳細論述。

那是不是 method 只能作用在 struct 上面呢？當然不是囉，他可以定義在任何你自訂的型別、內建型別、struct 等各種型別上面。這裡你是不是有點迷糊了，什麼叫自訂型別，自訂型別不就是 struct 嘛，不是這樣的哦，struct 只是自訂型別裡面一種比較特殊的型別而已，還有其他自訂型別宣告，可以透過如下這樣的宣告來實現。

type typeName typeLiteral

請看下面這個宣告自訂型別的程式碼

type ages int

type money float32

type months map[string]int

m := months {
	"January":31,
	"February":28,
	...
	"December":31,
}

看到了嗎？簡單的很吧，這樣你就可以在自己的程式碼裡面定義有意義的型別了，實際上只是一個定義了一個別名，有點類似於 c 中的 typedef，例如上面 ages 替代了 int。

好了，讓我們回到 method。

你可以在任何的自訂型別中定義任意多的 method，接下來讓我們看一個複雜一點的例子：

package main

import "fmt"

const(
	WHITE = iota
	BLACK
	BLUE
	RED
	YELLOW
)

type Color byte

type Box struct {
	width, height, depth float64
	color Color
}

type BoxList []Box // a slice of boxes

func (b Box) Volume() float64 {
	return b.width * b.height * b.depth
}

func (b *Box) SetColor(c Color) {
	b.color = c
}

func (bl BoxList) BiggestColor() Color {
	v := 0.00
	k := Color(WHITE)
	for _, b := range bl {
		if bv := b.Volume(); bv > v {
			v = bv
			k = b.color
		}
	}
	return k
}

func (bl BoxList) PaintItBlack() {
	for i := range bl {
		bl[i].SetColor(BLACK)
	}
}

func (c Color) String() string {
	strings := []string {"WHITE", "BLACK", "BLUE", "RED", "YELLOW"}
	return strings[c]
}

func main() {
	boxes := BoxList {
		Box{4, 4, 4, RED},
		Box{10, 10, 1, YELLOW},
		Box{1, 1, 20, BLACK},
		Box{10, 10, 1, BLUE},
		Box{10, 30, 1, WHITE},
		Box{20, 20, 20, YELLOW},
	}

	fmt.Printf("We have %d boxes in our set\n", len(boxes))
	fmt.Println("The volume of the first one is", boxes[0].Volume(), "cm³")
	fmt.Println("The color of the last one is",boxes[len(boxes)-1].color.String())
	fmt.Println("The biggest one is", boxes.BiggestColor().String())

	fmt.Println("Let's paint them all black")
	boxes.PaintItBlack()
	fmt.Println("The color of the second one is", boxes[1].color.String())

	fmt.Println("Obviously, now, the biggest one is", boxes.BiggestColor().String())
}

上面的程式碼透過 const 定義了一些常數，然後定義了一些自訂型別：

  • Color 作為 byte 的別名
  • 定義了一個 struct:Box，含有三個長寬高欄位和一個顏色屬性
  • 定義了一個 slice:BoxList，含有 Box

然後以上面的自訂型別為接收者定義了一些 method：

  • Volume() 定義了接收者為 Box，回傳 Box 的容量
  • SetColor(c Color)，把 Box 的顏色改為 c
  • BiggestColor() 定在在 BoxList 上面，回傳 list 裡面容量最大的顏色
  • PaintItBlack() 把 BoxList 裡面所有 Box 的顏色全部變成黑色
  • String() 定義在 Color 上面，回傳 Color 的具體顏色（字串格式）

上面的程式碼透過文字描述出來之後是不是很簡單？我們一般解決問題都是透過問題的描述，去寫相應的程式碼實現。

指標作為 receiver

現在讓我們回過頭來看看 SetColor 這個 method，它的 receiver 是一個指向 Box 的指標，是的，你可以使用 *Box。想想為啥要使用指標而不是 Box 本身呢？

我們定義 SetColor 的真正目的是想改變這個 Box 的顏色，如果不傳 Box 的指標，那麼 SetColor 接受的其實是 Box 的一個 copy，也就是說 method 內對於顏色值的修改，其實只作用於 Box 的 copy，而不是真正的 Box。所以我們需要傳入指標。

這裡可以把 receiver 當作 method 的第一個參數來看，然後結合前面函式講解的傳值和傳參考就不難理解

這裡你也許會問了那 SetColor 函式裡面應該這樣定義 *b.Color=c，而不是 b.Color=c，因為我們需要讀取到指標相應的值。

你是對的，其實 Go 裡面這兩種方式都是正確的，當你用指標去訪問相應的欄位時（雖然指標沒有任何的欄位），Go 知道你要透過指標去取得這個值，看到了吧，Go 的設計是不是越來越吸引你了。

也許細心的讀者會問這樣的問題，PaintItBlack 裡面呼叫 SetColor 的時候是不是應該寫成 (&bl[i]).SetColor(BLACK)，因為 SetColor 的 receiver 是 *Box，而不是 Box。

你又說對了，這兩種方式都可以，因為 Go 知道 receiver 是指標，他自動幫你轉了。

也就是說：

如果一個 method 的 receiver 是 *T，你可以在一個 T 型別的變數 V 上面呼叫這個 method，而不需要 &V 去呼叫這個 method。

類似的

如果一個 method 的 receiver 是 T，你可以在一個 *T 型別的變數 P 上面呼叫這個 method，而不需要 *P 去呼叫這個 method。

所以，你不用擔心你是呼叫的指標的 method 還是不是指標的 method，Go 知道你要做的一切，這對於有多年 C/C++程式設計經驗的同學來說，真是解決了一個很大的痛苦。

method 繼承

前面一章我們學習了欄位的繼承，那麼你也會發現 Go 的一個神奇之處，method 也是可以繼承的。如果匿名欄位實現了一個 method，那麼包含這個匿名欄位的 struct 也能呼叫該 method。讓我們來看下面這個例子：

package main

import "fmt"

type Human struct {
	name string
	age int
	phone string
}

type Student struct {
	Human // 匿名欄位
	school string
}

type Employee struct {
	Human // 匿名欄位
	company string
}

// 在 human 上面定義了一個 method
func (h *Human) SayHi() {
	fmt.Printf("Hi, I am %s you can call me on %s\n", h.name, h.phone)
}

func main() {
	mark := Student{Human{"Mark", 25, "222-222-YYYY"}, "MIT"}
	sam := Employee{Human{"Sam", 45, "111-888-XXXX"}, "Golang Inc"}

	mark.SayHi()
	sam.SayHi()
}

method 重寫

上面的例子中，如果 Employee 想要實現自己的 SayHi，怎麼辦？簡單，和匿名欄位衝突一樣的道理，我們可以在 Employee 上面定義一個 method，重寫了匿名欄位的方法。請看下面的例子

package main

import "fmt"

type Human struct {
	name string
	age int
	phone string
}

type Student struct {
	Human // 匿名欄位
	school string
}

type Employee struct {
	Human // 匿名欄位
	company string
}

// Human 定義 method
func (h *Human) SayHi() {
	fmt.Printf("Hi, I am %s you can call me on %s\n", h.name, h.phone)
}

// Employee 的 method 重寫 Human 的 method
func (e *Employee) SayHi() {
	fmt.Printf("Hi, I am %s, I work at %s. Call me on %s\n", e.name,
		e.company, e.phone) //Yes you can split into 2 lines here.
}

func main() {
	mark := Student{Human{"Mark", 25, "222-222-YYYY"}, "MIT"}
	sam := Employee{Human{"Sam", 45, "111-888-XXXX"}, "Golang Inc"}

	mark.SayHi()
	sam.SayHi()
}

上面的程式碼設計的是如此的美妙，讓人不自覺的為 Go 的設計驚歎！

透過這些內容，我們可以設計出基本的物件導向的程式了，但是 Go 裡面的物件導向是如此的簡單，沒有任何的私有、公有關鍵字，透過大小寫來實現（大寫開頭的為公有，小寫開頭的為私有），方法也同樣適用這個原則。

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