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Go:方法集合中“消失的方法”

本文永久链接 – https://tonybai.com/2022/06/06/the-disappeared-method-in-method-set

《Go语言第一课》中,我花了三节课对Go方法做了全面细致的讲解,而类型的方法集合是其中的一个重点,因为方法集合决定接口实现,并且课程还分门别类地对各种使用类型嵌入(type embedding)机制定义的类型进行了说明,讲解了这些类型的方法集合的组成规则。我还提供了一个可以输出某类型的方法集合的辅助函数,便于大家很直观地查看特定类型的方法集合。

学员们在Go方法集合方面也投入了极大的学习热情,提出了不少好问题。这不,前两天有一位学员Aeins就提出了一个很好的问题,其问题如下(略做润色):

Aeins:

下面示例中的结构体类型使用两种不同方式嵌入接口类型。

由于接口类型嵌入允许重名方法,因此I接口有三个方法。类型SI嵌入了接口类型I,因此,SI也有三个方法;

SI12嵌入了接口类型I1和I2, 但SI12却只有两个方法。难道是结构体类型嵌入不允许重名,M 方法被自动隐藏了?,

package main

import (
    "fmt"
    "reflect"
)

type I1 interface {
    M()
    M1()
}

type I2 interface {
    M()
    M2()
}

type I interface {
    I1
    I2
}

type SI struct {
    I
}

type SI12 struct {
    I1
    I2
}

func main() {
    var si SI
    var si12 SI12
    DumpMethodSet(si)
    DumpMethodSet(si12)
}

func DumpMethodSet(i interface{}) {
    dynTyp := reflect.TypeOf(i)

    if dynTyp == nil {
        fmt.Printf("there is no dynamic type\n")
        return
    }

    n := dynTyp.NumMethod()
    if n == 0 {
        fmt.Printf("%s's method set is empty!\n", dynTyp)
        return
    }

    fmt.Printf("%s's method set:\n", dynTyp)
    for j := 0; j < n; j++ {
        fmt.Println("-", dynTyp.Method(j).Name)
    }
    fmt.Printf("\n")
}

============

main.SI's method set:
- M
- M1
- M2

main.SI12's method set:
- M1
- M2

从这个问题的示例代码中我们看到Aeins这位学员的疑问:通过嵌入组合了I1和I2的接口类型I的类型SI的方法集合中包含了方法M,而通过直接嵌入接口类型I1和I2的类型SI2的方法集合中的方法M却“消失”了,这是为什么呢

好了,下面我们就来分析一下。

我们知道:一个类型的方法集合中的方法应该都是可以被这个类型实例所合法调用的。比如:

// https://go.dev/play/p/gGkgsGRJpHv
package main

type I interface {
    M1()
    M2()
}

type T struct {
}

func (T) M1() {
}

func (T) M2() {
}

type S struct {
    I
}

func (S) M3() {}

func main() {
    var s = S{
        I: T{},
    }
    s.M1()
    s.M2()
    s.M3()
}

结构体类型S的方法集合中有三个方法,其中M1、M2来自于对接口类型I的类型嵌入,M3则是S自定义的方法。不过无论是哪个方法,一旦进入S的方法集合,它就可以被S实例合法调用

反过来说:只有能被类型实例直接调用的方法才能进入其方法集合。那么我们分别看看问题示例中的SI和SI12。

先来分析一下SI。SI嵌入了接口类型I,而接口类型I则是由I1和I2两个接口类型组合而成。这种通过嵌入其他接口类型来创建新接口类型的方式,在Go 1.14版本之前是有约束的:如果新接口类型嵌入了多个接口类型,这些嵌入的接口类型的方法集合不能有交集,同时嵌入的接口类型的方法集合中的方法名字,也不能与新接口中的其他方法同名。但自Go 1.14版本开始,Go语言去除了这些约束,这也是I1和I2的方法集合有交集,但仍可以同时嵌入到SI中的原因。这样接口类型SI的方法集合就包含了M、M1和M2。

当SI通过嵌入I进行定义时,SI的方法集合“继承”了接口类型I的方法集合,通过合理初始化后的SI的实例,我们可以合法调用M、M1和M2:

type S3 struct {
}
func (S3) M() {
}
func (S3) M1() {
}
func (S3) M2() {
}

func main() {
    var s = SI{
        I : S3{},
    }
    s.M()   //ok
    s.M1()  //ok
    s.M2()  //ok
}

我们再来看SI12。在问题示例中,SI12没有嵌入整合了I1和I2的接口类型I,而是直接嵌入了I1和I2。那么是否I1和I2的方法集合中的方法都会变成SI12类型的方法集合中的方法呢?那要看SI12类型的实例是否可以合法调用I1和I2的方法?我们看下面例子:

type S1 struct {
}

func (S1) M() {
}
func (S1) M1() {
}

type S2 struct {
}

func (S2) M() {
}
func (S2) M2() {
}

func main() {
    var si12 = SI12{
        I1: S1{},
        I2: S2{},
    }
    DumpMethodSet(si12)
    si12.M1() // ok
    si12.M2() // ok
    si12.M() // ambiguous selector si12.M
}

我们看到通过SI12类型的实例可以成功调用M1和M2方法,但在调用M方法时出现了“歧义”,Go编译器无法确定究竟该调用si12.I1.M方法还是si12.I2.M方法,即Go编译器无法合法调用M方法,因此M方法因未决的歧义性不能被列入SI12的方法集合中。

这就是SI12类型方法集合中方法M“消失”的原因,你get到了么!


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为什么这个T类型实例无法调用*T类型的方法

本文永久链接 – https://tonybai.com/2022/02/27/go-addressable

近期在“Go语言第一课”专栏后台看到一位学员的一则留言,如下图:

由于有课程上下文,所以我这里将问题的上下文重新描述一下。

专栏的第25讲,我们学习了Go语言提供的一个“语法糖”,比如下面这个例子:

type T struct {
    a int
}

func (t T) M1() {
    t.a = 10
}

func (t *T) M2() {
    t.a = 11
}

func main() {
    var t1 T
    t1.M1()
    t1.M2()

    var t2 = &T{}
    t2.M1()
    t2.M2()
}

Go语言的类型有方法集合(method set)的概念,以上面例子来说,类型T的方法集合为{M1},而类型*T的方法集合为{M1, M2}。不过方法集合仅用于判断某类型是否实现某接口类型。当我们通过类型实例来调用方法时,Go会提供“语法糖”。上面这个例子先声明了类型T的变量t1,我们看到它不仅可以调用其方法集合中receiver参数类型为T的方法M1,它还可以直接调用不属于其方法集合的、receiver参数类型为*T的方法M2。T类型的实例t1之所以可以调用receiver参数类型为*T的方法M2都是Go编译器在背后自动进行转换的结果,即t1.M2()这种用法是Go提供的“语法糖”:Go判断t1的类型为T,与方法M2的receiver参数类型*T不一致后,会自动将t1.M2()转换为(&t1).M2()。

同理,类型为*T的实例t2,它不仅可以调用receiver参数类型为*T的方法M2,还可以调用receiver参数类型为T的方法M1,这同样是因为Go编译器在背后做了转换:Go判断t2的类型为*T,与方法M1的receiver参数类型T不一致后,会自动将t2.M1()转换为(*t2).M1()。

好了,问题来了!我们参考本文开头处那位学员的留言给出另外一个例子:

func main() {
    T{}.M2() // 编译器错误:cannot call pointer method M2 on T
    (&T{}).M1()  // OK
    (&T{}).M2()  // OK
}

在这个例子中,我们通过T{}对T进行实例化后并调用receiver参数类型为*T的M2方法,但编译器报了错误:cannot call pointer method M2 on T

前后两个例子,同样是基于T类型实例,一个可以使用“语法糖”调用M2方法,一个则不行。why?

其实答案就在于:上面的“语法糖”使用有一个前提,那就是T类型的实例需要是可被取地址的,即Go语言规范中的addressable

什么是addressable呢?Go语言规范中的原话是这样的:

“For an operand x of type T, the address operation &x generates a pointer of type *T to x. The operand must be addressable, that is, either a variable, pointer indirection, or slice indexing operation; or a field selector of an addressable struct operand; or an array indexing operation of an addressable array. As an exception to the addressability requirement, x may also be a (possibly parenthesized) composite literal. ”

翻译过来,大致是说:下面情况中的&x操作后面的操作数x是可被取地址的:

  • 一个变量。比如:&x
  • 指针解引用(pointer indirection)。比如:&*x
  • 切片下标操作。比如:&sl[2]
  • 可被取地址的结构体(struct)的字段。比如:&Person.Name
  • 可被取地址的数组的下标操作。比如:&arr[1]
  • 如果T是一个复合类型,那么&T{}是一个例外,是合法的。

不过,Go语言规范中并没有明确说明哪些情况的操作数或值是不可被取地址的。Go 101作者老貘在其“非官方Go FAQ”中,对不可被取地址的情况做了梳理,这里我们也借鉴一下:

  • 字符串中的字节元素
s := "hello"
println(&s[1]) // invalid operation: cannot take address of s[1] (value of type byte)
  • map键值对中的值元素
m := make(map[string]int)
m["hello"] = 5
println(&m["hello"]) // invalid operation: cannot take address of m["hello"] (map index expression of type int)

for k, v := range m {
    println(&k) // ok, 键元素是可以取地址的
    _ = v
}
  • 接口值的动态值(类型断言的结果)
var a int = 5
var i interface{} = a
println(&(i.(int))) // invalid operation: cannot take address of i.(int) (comma, ok expression of type int)
  • 常量(包括具名常量和字面量)
const s = "hello" // 具名常量

println(&s) // invalid operation: cannot take address of s (untyped string constant "hello")
println(&("golang")) // invalid operation: cannot take address of "golang" (untyped string constant)
  • 包级函数
func Foo() {}
func foo() {}

func main() {
    f := func() {} 

    println(&f) //ok, 局部匿名函数可取地址
    println(&Foo) // invalid operation: cannot take address of Foo (value of type func())
    println(&foo) // invalid operation: cannot take address of foo (value of type func())
}
  • 方法(用做函数值)
type T struct {
    a int
}

func (T) M1() {}

func main() {
    var t T
    println(&(t.M1)) // invalid operation: cannot take address of t.M1 (value of type func())
    println(&(T.M1)) // invalid operation: cannot take address of T.M1 (value of type func(T))
}
  • 中间结果值
    • 函数调用
    • 显式值转换
    • channel接收操作
    • 子字符串操作
    • 子切片操作
    • 加减乘除法操作
// 函数调用
func add(a, b int) int {
    return a + b
}

println(&(add(5, 6)))  // invalid operation: cannot take address of add(5, 6) (value of type int)

// 显示值转换

var b byte = 12
println(&int(b)) // invalid operation: cannot take address of int(b) (value of type int)

// channel接收操作

var c = make(chan int)
println(&(<-c)) // invalid operation: cannot take address of <-c (comma, ok expression of type int)

// 子字符串操作

var s = "hello"
println(&(s[1:3])) // invalid operation: cannot take address of s[1:3] (value of type string)

// 子切片操作

var sl = []int{1, 2, 3, 4, 5}
println(&(sl[1:3])) // invalid operation: cannot take address of sl[1:3] (value of type []int)

// 加减乘除操作

var a, b int = 10, 20
println(&(a + b)) // invalid operation: cannot take address of a + b (value of type int)
println(&(a - b)) // invalid operation: cannot take address of a - b (value of type int)
println(&(a * b)) // invalid operation: cannot take address of a * b (value of type int)
println(&(a / b)) // invalid operation: cannot take address of a / b (value of type int)

最后貘兄在非官方Go FAQ中也提到了&T{}是一个例外(貘兄认为是一个语法糖,&T{}被编译器替换为tmp := T{}; (&tmp)),但不代表T{}是可被取地址的。事实告诉我们:T{}不可被取地址。这也是文章开头处那个留言中问题的答案。


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