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《Go语言四十二章经》第十八章 Struct 结构体

发布时间:2019-11-28 作者:李骁 访问量:208

《Go语言四十二章经》第十八章 Struct 结构体

18.1结构体(struct)

Go 通过结构体的形式支持用户自定义类型,或者叫定制类型。

Go 语言结构体是实现自定义类型的一种重要数据类型。

结构体是复合类型(composite types),它由一系列属性组成,每个属性都有自己的类型和值的,结构体通过属性把数据聚集在一起。

结构体类型和字段的命名遵循可见性规则。

方法(Method)可以访问这些数据,就好像它们是这个独立实体的一部分。

结构体是值类型,因此可以通过 new 函数来创建。

结构体是由一系列称为字段(fields)的命名元素组成,每个元素都有一个名称和一个类型。 字段名称可以显式指定(IdentifierList)或隐式指定(EmbeddedField),没有显式字段名称的字段称为匿名(内嵌)字段。在结构体中,非空字段名称必须是唯一的。

结构体定义的一般方式如下:

type identifier struct {
    field1 type1
    field2 type2
    ...
}

结构体里的字段一般都有名字,像 field1、field2 等,如果字段在代码中从来也不会被用到,那么可以命名它为 _。

空结构体如下所示:

struct {}

具有6个字段的结构体:

struct {
	x, y int
	u float32
	_ float32  // 填充
	A *[]int
	F func()
}

对于匿名字段,必须将匿名字段指定为类型名称T或指向非接口类型名称* T的指针,并且T本身可能不是指针类型。

struct {
	T1        // 字段名 T1
	*T2       // 字段名 T2
	P.T3      // 字段名 T3
	*P.T4     // f字段名T4
	x, y int    // 字段名 x 和 y
}

使用 new 函数给一个新的结构体变量分配内存,它返回指向已分配内存的指针:

type S struct { a int; b float64 }
new(S)

new(S)为S类型的变量分配内存,并初始化(a = 0,b = 0.0),返回包含该位置地址的类型* S的值。

我们一般的惯用方法是:t := new(T),变量 t 是一个指向 T的指针,此时结构体字段的值是它们所属类型的零值。

也可以这样写:var t T ,也会给 t 分配内存,并零值化内存,但是这个时候 t 是类型T。

在这两种方式中,t 通常被称做类型 T 的一个实例(instance)或对象(object)。

使用点号符“.”可以获取结构体字段的值structname.fieldname。无论变量是一个结构体类型还是一个结构体类型指针,都使用同样的表示法来引用结构体的字段。例如:

type myStruct struct { i int }
var v myStruct    // v是结构体类型变量
var p *myStruct   // p是指向一个结构体类型变量的指针
v.i
p.i

type Interval struct {
    start  int
    end   int
}

结构体变量有下面几种初始化方式,前面一种按照字段顺序,后面两种则对应字段名来初始化赋值:

intr := Interval{0, 3}            (A)
intr := Interval{end:5, start:1}    (B)
intr := Interval{end:5}           (C)

复合字面量是构造结构体,数组,切片和字典的值,并每次都创建新值。声明和初始化一个结构体实例(一个结构体字面量:struct-literal)方式如下:

定义结构体类型Point3D和Line:

type Point3D struct { x, y, z float64 }
type Line struct { p, q Point3D }

声明并初始化:

origin := Point3D{}                      //  Point3D 是零值
line := Line{origin, Point3D{y: -4, z: 12.3}}  //   line.q.x 是零值

这里 Point3D{}以及 Line{origin, Point3D{y: -4, z: 12.3}}都是结构体字面量。

表达式 new(Type) 和 &Type{} 是等价的。&struct1{a, b, c} 是一种简写,底层仍然会调用 new (),这里值的顺序必须按照字段顺序来写。也可以通过在值的前面放上字段名来初始化字段的方式,这种方式就不必按照顺序来写了。

结构体类型和字段的命名遵循可见性规则,一个导出的结构体类型中有些字段是导出的,也即首字母大写字段会导出;另一些不可见,也即首字母小写为未导出,对外不可见。

18.2 结构体特性

  • 结构体的内存布局

Go 语言中,结构体和它所包含的数据在内存中是以连续块的形式存在的,即使结构体中嵌套有其他的结构体,这在性能上带来了很大的优势。

  • 递归结构体

递归结构体类型可以通过引用自身指针来定义。这在定义链表或二叉树的节点时特别有用,此时节点包含指向临近节点的链接。例如:

type Element struct {
	// Next and previous pointers in the doubly-linked list of elements.
	// To simplify the implementation, internally a list l is implemented
	// as a ring, such that &l.root is both the next element of the last
	// list element (l.Back()) and the previous element of the first list
	// element (l.Front()).
	next, prev *Element

	// The list to which this element belongs.
	list *List

	// The value stored with this element.
	Value interface{}
}
  • 可见性

通过参考应用可见性规则,如果结构体名不能导出,可使用 new 函数使用工厂方法的方法达到同样的目的。例如:

type bitmap struct {
	Size int
	data []byte
}

func NewBitmap(size int) *bitmap {
	div, mod := size/8, size%8
	if mod > 0 {
		div++
	}
	return &bitmap{size, make([]byte, div)}
}

在包外,只有通过NewBitmap函数才可以初始bitmap结构体。同理,在bitmap结构体中,由于其字段data是小写字母开头即并未导出,bitmap结构体的变量不能直接通过选择器读取data字段的数据。

  • 带标签的结构体

结构体中的字段除了有名字和类型外,还可以有一个可选的标签(tag)。它是一个附属于字段的字符串,可以是文档或其他的重要标记。标签的内容不可以在一般的编程中使用,只有 reflect 包能获取它。

reflect包可以在运行时反射得到类型、属性和方法。如变量是结构体类型,可以通过 Field() 方法来索引结构体的字段,然后就可以得到Tag 属性。例如:

package main

import (
	"fmt"
	"reflect"
)

type Student struct {
	name string "学生名字"          // 结构体标签
	Age  int    "学生年龄"          // 结构体标签
	Room int    `json:"Roomid"` // 结构体标签
}

func main() {
	st := Student{"Titan", 14, 102}
	fmt.Println(reflect.TypeOf(st).Field(0).Tag)
	fmt.Println(reflect.TypeOf(st).Field(1).Tag)
	fmt.Println(reflect.TypeOf(st).Field(2).Tag)
}

程序输出:
学生名字
学生年龄
json:"Roomid"

从上面代码中可以看到,通过reflect我们很容易得到结构体字段的标签。

18.3 匿名成员

Go语言结构体中可以包含一个或多个匿名(内嵌)字段,即这些字段没有显式的名字,只有字段的类型是必须的,此时类型就是字段的名字(这一特征决定了在一个结构体中,每种数据类型只能有一个匿名字段)。

匿名(内嵌)字段本身也可以是一个结构体类型,即结构体可以包含内嵌结构体。

type Human struct {
	name string
}

type Student struct { // 含内嵌结构体Human
	Human // 匿名(内嵌)字段
	int   // 匿名(内嵌)字段
}

Go语言结构体中这种含匿名(内嵌)字段和内嵌结构体的结构,可近似地理解为面向对象语言中的继承概念。

Go 语言中的继承是通过内嵌或者说组合来实现的,所以可以说,在 Go 语言中,相比较于继承,组合更受青睐。

18.4 嵌入与聚合

结构体中包含匿名(内嵌)字段叫嵌入或者内嵌;而如果结构体中字段包含了类型名,还有字段名,则是聚合。聚合的在JAVA和C++都是常见的方式,而内嵌则是Go 的特有方式。

type Human struct {
	name string
}

type Person1 struct {           // 内嵌
	Human
}

type Person2 struct {           // 内嵌, 这种内嵌与上面内嵌有差异
	*Human
}

type Person3 struct{             // 聚合
	human Human
}

嵌入在结构体中广泛使用,在Go语言中如果只考虑结构体和接口的嵌入组合方式,一共有下面四种:

  • 1.在接口中嵌入接口:

这里指的是在接口中定义中嵌入接口类型,而不是接口的一个实例,相当于合并了两个接口类型定义的全部函数。下面只有同时实现了Writer和 Reader 的接口,才可以说是实现了Teacher接口,即可以作为Teacher的实例。Teacher接口嵌入了Writer和 Reader 两个接口,在Teacher接口中,Writer和 Reader是两个匿名(内嵌)字段。

type Writer interface{
   Write()
}

type Reader interface{
   Read()
} 

type Teacher interface{
  Reader
  Writer
}
  • 2.在接口中嵌入结构体:

这种方式在Go语言中是不合法的,不能通过编译。

type Human struct {
	name string
}

type Writer interface {
	Write()
}

type Reader interface {
	Read()
}

type Teacher interface {
	Reader
	Writer
	Human
}

存在语法错误,并不具有实际的含义,编译报错: interface contains embedded non-interface Base

Interface 不能嵌入非interface的类型。
  • 3.在结构体中内嵌接口:

初始化的时候,内嵌接口要用一个实现此接口的结构体赋值;或者定义一个新结构体,可以把新结构体作为receiver,实现接口的方法就实现了接口(先记住这句话,后面在讲述方法时会解释),这个新结构体可作为初始化时实现了内嵌接口的结构体来赋值。

package main

import (
	"fmt"
)

type Writer interface {
	Write()
}

type Author struct {
	name string
	Writer
}

// 定义新结构体,重点是实现接口方法Write()
type Other struct {
	i int
}

func (a Author) Write() {
	fmt.Println(a.name, "  Write.")
}

// 新结构体Other实现接口方法Write(),也就可以初始化时赋值给Writer 接口
func (o Other) Write() {
	fmt.Println(" Other Write.")
}

func main() {

	//  方法一:Other{99}作为Writer 接口赋值
	Ao := Author{"Other", Other{99}}
	Ao.Write()

	// 方法二:简易做法,对接口使用零值,可以完成初始化
	Au := Author{name: "Hawking"}
	Au.Write()
}

程序输出:
Other   Write.
Hawking   Write.
  • 4.在结构体中嵌入结构体:

在结构体嵌入结构体很好理解,但不能嵌入自身值类型,可以嵌入自身的指针类型即递归嵌套。

在初始化时,内嵌结构体也进行赋值;外层结构自动获得内嵌结构体所有定义的字段和实现的方法。

下面代码完整演示了结构体中嵌入结构体,初始化以及字段的选择调用:

package main

import (
	"fmt"
)

type Human struct {
	name   string // 姓名
	Gender string // 性别
	Age    int    // 年龄
	string        // 匿名字段
}

type Student struct {
	Human     // 匿名字段
	Room  int // 教室
	int       // 匿名字段
}

func main() {
	//使用new方式
	stu := new(Student)
	stu.Room = 102
	stu.Human.name = "Titan"
	stu.Gender = ""
	stu.Human.Age = 14
	stu.Human.string = "Student"

	fmt.Println("stu is:", stu)
	fmt.Printf("Student.Room is: %d\n", stu.Room)
	fmt.Printf("Student.int is: %d\n", stu.int) // 初始化时已自动给予零值:0
	fmt.Printf("Student.Human.name is: %s\n", stu.name) //  (*stu).name
	fmt.Printf("Student.Human.Gender is: %s\n", stu.Gender)
	fmt.Printf("Student.Human.Age is: %d\n", stu.Age)
	fmt.Printf("Student.Human.string is: %s\n", stu.string)

	// 使用结构体字面量赋值
	stud := Student{Room: 102, Human: Human{"Hawking", "", 14, "Monitor"}}

	fmt.Println("stud is:", stud)
	fmt.Printf("Student.Room is: %d\n", stud.Room)
	fmt.Printf("Student.int is: %d\n", stud.int) // 初始化时已自动给予零值:0
	fmt.Printf("Student.Human.name is: %s\n", stud.Human.name)
	fmt.Printf("Student.Human.Gender is: %s\n", stud.Human.Gender)
	fmt.Printf("Student.Human.Age is: %d\n", stud.Human.Age)
	fmt.Printf("Student.Human.string is: %s\n", stud.Human.string)
}

程序输出:
stu is: &{ {Titan 男 14 Student} 102 0}
Student.Room is: 102
Student.int is: 0
Student.Human.name is: Titan
Student.Human.Gender is: 男
Student.Human.Age is: 14
Student.Human.string is: Student
stud is: { {Hawking 男 14 Monitor} 102 0}
Student.Room is: 102
Student.int is: 0
Student.Human.name is: Hawking
Student.Human.Gender is: 男
Student.Human.Age is: 14
Student.Human.string is: Monitor

内嵌结构体的字段,可以逐层选择来使用,如stu.Human.name。如果外层结构体中没有同名的name字段,也可以直接选择使用,如stu.name。

通过对结构体使用new(T),struct{filed:value}两种方式来声明初始化,分别可以得到*T指针变量,和T值变量。

从上面程序输出结果中stu is: &{ {Titan 男 14 Student} 102 0} 可以得知,stu 是指针变量。但是程序在调用此结构体变量的字段时并没有使用到指针,这是因为这里的 stu.name 相当于(*stu).name,这是一个语法糖,一般都使用stu.name方式来调用,但要知道有这个语法糖存在。

18.5 命名冲突

当结构体两个字段拥有相同的名字(可能是继承来的名字)时会怎么样呢?外层名字会覆盖内层名字(但是两者的内存空间都保留)。

当相同的字段名在同一层级出现了两次,而且这个名字被程序直接选择使用了,就会引发一个错误,可以采用逐级选择使用的方式来避免这个错误。例如:

type A struct {a int}
type B struct {a int}

type C struct {
A
B
}
var c C

上面代码中不能直接选择使用c.a,编译时会报告ambiguous selector c.a,且编译不能通过。但是完整逐级写出来就正常了,例如c.A.a或者c.B.a 都可以正确得到对应的值。

解决直接选择使用c.a引发二义性的问题一般应该由程序员逐级完整写出避免错误。