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Go基礎系列:struct和巢狀struct

struct

struct定義結構,結構由欄位(field)組成,每個field都有所屬資料型別,在一個struct中,每個欄位名都必須唯一。

說白了就是拿來儲存資料的,只不過可自定義化的程度很高,用法很靈活,Go中不少功能依賴於結構,就這樣一個角色。

Go中不支援面向物件,面向物件中描述事物的類的重擔由struct來挑,這種模式稱為組合(composite)。面向物件中父類與子類、類與物件的關係是is a的關係,例如Horse is a Animal,Go中的組合則是外部struct與內部struct的關係、struct例項與struct的關係,它們是has a的關係。Go中通過struct的composite,可以"模仿"很多面向物件中的行為,它們很"像"。

定義struct

定義struct的格式如下:

type identifier struct {
    field1 type1
    field2 type2
    …
}
// 或者
type T struct { a, b int }

理論上,每個欄位都是有具有唯一性的名字的,但如果確定某個欄位不會被使用,可以將其名稱定義為空識別符號_來丟棄掉:

type T struct {
    _ string
    a int
}

每個欄位都有型別,可以是任意型別,包括內建簡單資料型別、其它自定義的struct型別、當前struct型別本身、介面、函式、channel等等。

如果某幾個欄位型別相同,可以縮寫在同一行:

type mytype struct {
    a,b int
    c string
}

構造struct例項

定義了struct,就表示定義了一個數據結構,或者說資料型別,也或者說定義了一個類。總而言之,定義了struct,就具備了成員屬性,就可以作為一個抽象的模板,可以根據這個抽象模板生成具體的例項,也就是所謂的"物件"。

例如:

type person struct{
    name string
    age int
}

// 初始化一個person例項
var p person

這裡的p就是一個具體的person例項,它根據抽象的模板person構造而出,具有具體的屬性name和age的值,雖然初始化時它的各個欄位都是0值。換句話說,p是一個具體的人。

struct初始化時,會做預設的賦0初始化,會給它的每個欄位根據它們的資料型別賦予對應的0值。例如int型別是數值0,string型別是"",引用型別是nil等。

因為p已經是初始化person之後的例項了,它已經具備了實實在在存在的屬性(即欄位),所以可以直接訪問它的各個屬性。這裡通過訪問屬性的方式p.FIELD為各個欄位進行賦值。

// 為person例項的屬性賦值,定義具體的person
p.name = "longshuai"
p.age = 23

獲取某個屬性的值:

fmt.Println(p.name) // 輸出"longshuai"

也可以直接賦值定義struct的屬性來生成struct的例項,它會根據值推斷出p的型別。

var p = person{name:"longshuai",age:23}

p := person{name:"longshuai",age:23}

// 不給定名稱賦值,必須按欄位順序
p := person{"longshuai",23}

p := person{age:23}
p.name = "longshuai"

如果struct的屬性分行賦值,則必須不能省略每個欄位後面的逗號",",否則就會報錯。這為未來移除、新增屬性都帶來方便:

p := person{
    name:"longshuai",
    age:23,     // 這個逗號不能省略
}

除此之外,還可以使用new()函式或&TYPE{}的方式來構造struct例項,它會為struct分配記憶體,為各個欄位做好預設的賦0初始化。它們是等價的,都返回資料物件的指標給變數,實際上&TYPE{}的底層會呼叫new()。

p := new(person)
p := &person{}

// 生成物件後,為屬性賦值
p.name = "longshuai"
p.age = 23

使用&TYPE{}的方式也可以初始化賦值,但new()不行:

p := &person{
    name:"longshuai",
    age:23,
}

選擇new()還是選擇&TYPE{}的方式構造例項?完全隨意,它們是等價的。但如果想要初始化時就賦值,可以考慮使用&TYPE{}的方式。

struct的值和指標

下面三種方式都可以構造person struct的例項p:

p1 := person{}
p2 := &person{}
p3 := new(person)

但p1和p2、p3是不一樣的,輸出一下就知道了:

package main

import (
    "fmt"
)

type person struct {
    name string
    age  int
}

func main() {
    p1 := person{}
    p2 := &person{}
    p3 := new(person)
    fmt.Println(p1)
    fmt.Println(p2)
    fmt.Println(p3)
}

結果:

{ 0}
&{ 0}
&{ 0}

p1、p2、p3都是person struct的例項,但p2和p3是完全等價的,它們都指向例項的指標,指標中儲存的是例項的地址,所以指標再指向例項,p1則是直接指向例項。這三個變數與person struct例項的指向關係如下:

 變數名      指標     資料物件(例項)
-------------------------------
p1(addr) -------------> { 0}
p2 -----> ptr(addr) --> { 0}
p3 -----> ptr(addr) --> { 0}

所以p1和ptr(addr)儲存的都是資料物件的地址,p2和p3則儲存ptr(addr)的地址。通常,將指向指標的變數(p1、p2)直接稱為指標,將直接指向資料物件的變數(p1)稱為物件本身,因為指向資料物件的內容就是資料物件的地址,其中ptr(addr)和p1儲存的都是例項物件的地址。

儘管一個是資料物件值,一個是指標,它們都是資料物件的例項。也就是說,p1.namep2.name都能訪問對應例項的屬性。

var p4 *person呢,它是什麼?該語句表示p4是一個指標,它的指向物件是person型別的,但因為它是一個指標,它將初始化為nil,即表示沒有指向目標。但已經明確表示了,p4所指向的是一個儲存資料物件地址的指標。也就是說,目前為止,p4的指向關係如下:

p4 -> ptr(nil)

既然p4是一個指標,那麼可以將&person{}new(person)賦值給p4。

var p4 *person
p4 = &person{
    name:"longshuai",
    age:23,
}
fmt.Println(p4) 

上面的程式碼將輸出:

&{longshuai 23}

傳值 or 傳指標

Go函式給引數傳遞值的時候是以複製的方式進行的。

複製傳值時,如果函式的引數是一個struct物件,將直接複製整個資料結構的副本傳遞給函式,這有兩個問題:

  • 函式內部無法修改傳遞給函式的原始資料結構,它修改的只是原始資料結構拷貝後的副本
  • 如果傳遞的原始資料結構很大,完整地複製出一個副本開銷並不小

所以,如果條件允許,應當給需要struct例項作為引數的函式傳struct的指標。例如:

func add(p *person){...}

既然要傳指標,那struct的指標何來?自然是通過&符號來獲取。分兩種情況,建立成功和尚未建立的例項。

對於已經建立成功的struct例項p,如果這個例項是一個值而非指標(即p->{person_fields}),那麼可以&p來獲取這個已存在的例項的指標,然後傳遞給函式,如add(&p)

對於尚未建立的struct例項,可以使用&person{}或者new(person)的方式直接生成例項的指標p,雖然是指標,但Go能自動解析成例項物件。然後將這個指標p傳遞給函式即可。如:

p1 := new(person)
p2 := &person{}
add(p1)
add(p2)

struct field的tag屬性

在struct中,field除了名稱和資料型別,還可以有一個tag屬性。tag屬性用於"註釋"各個欄位,除了reflect包,正常的程式中都無法使用這個tag屬性。

type TagType struct { // tags
    field1 bool   "An important answer"
    field2 string "The name of the thing"
    field3 int    "How much there are"
}

匿名欄位和struct巢狀

struct中的欄位可以不用給名稱,這時稱為匿名欄位。匿名欄位的名稱強制和型別相同。例如:

type animal struct {
    name string
    age int
}
type Horse struct{
    int
    animal
    sound string
}

上面的Horse中有兩個匿名欄位intanimal,它的名稱和型別都是int和animal。等價於:

type Horse struct{
    int int
    animal animal
    sound string
}

顯然,上面Horse中嵌套了其它的struct(如animal)。其中animal稱為內部struct,Horse稱為外部struct。

以下是一個巢狀struct的簡單示例:

package main

import (
    "fmt"
)

type inner struct {
    in1 int
    in2 int
}

type outer struct {
    ou1 int
    ou2 int
    int
    inner
}

func main() {
    o := new(outer)
    o.ou1 = 1
    o.ou2 = 2
    o.int = 3
    o.in1 = 4
    o.in2 = 5
    fmt.Println(o.ou1)  // 1
    fmt.Println(o.ou2)  // 2
    fmt.Println(o.int)  // 3
    fmt.Println(o.in1)  // 4
    fmt.Println(o.in2)  // 5
}

上面的o是outer struct的例項,但o除了具有自己的顯式欄位ou1和ou2,還具備int欄位和inner欄位,它們都是巢狀欄位。一被巢狀,內部struct的屬性也將被外部struct獲取,所以o.into.in1o.in2都屬於o。也就是說,外部struct has a 內部struct,或者稱為struct has a field

上面的outer例項,也可以直接賦值構建:

o := outer{1,2,3,inner{4,5}}

在賦值inner中的in1和in2時不能少了inner{},否則會認為in1、in2是直接屬於outer,而非巢狀屬於outer。

顯然,struct的巢狀類似於面向物件的繼承。只不過繼承的關係模式是"子類 is a 父類",例如"轎車是一種汽車",而巢狀struct的關係模式是外部struct has a 內部struct,正如上面示例中outer擁有inner

巢狀struct的名稱衝突問題

假如外部struct中的欄位名和內部struct的欄位名相同,會如何?

有以下兩個名稱衝突的規則:

  1. 外部struct覆蓋內部struct的同名欄位、同名方法
  2. 同級別的struct出現同名欄位、方法將報錯

第一個規則使得Go struct能夠實現面向物件中的重寫(override),而且可以重寫欄位、重寫方法。

第二個規則使得同名屬性不會出現歧義。例如:

type A struct {
    a int
    b int
}

type B struct {
    b float32
    c string
    d string
}

type C struct {
    A
    B
    a string
    c string
}

var c C

按照規則(1),直屬於C的a和c會分別覆蓋A.a和B.c。可以直接使用c.a、c.c分別訪問直屬於C中的a、c欄位,使用c.d或c.B.d都訪問屬於巢狀的B.d欄位。如果想要訪問內部struct中被覆蓋的屬性,可以c.A.a的方式訪問。

按照規則(2),A和B在C中是同級別的巢狀結構,所以A.b和B.b是衝突的,將會報錯,因為當呼叫c.b的時候不知道呼叫的是c.A.b還是c.B.b。