Go编程模式：委托和反转控制

陈皓 2020-12-26 16:57

图片来源：GopherSource

反转控制IoC – Inversion of Control是一种软件设计的方法，其主要的思想是把控制逻辑与业务逻辑分享，不要在业务逻辑里写控制逻辑，这样会让控制逻辑依赖于业务逻辑，而是反过来，让业务逻辑依赖控制逻辑。在《IoC/DIP其实是一种管理思想》中的那个开关和电灯的示例一样，开关是控制逻辑，电器是业务逻辑，不要在电器中实现开关，而是把开关抽象成一种协议，让电器都依赖之。这样的编程方式可以有效的降低程序复杂度，并提升代码重用。

本文是全系列中第4 / 9篇：Go编程模式

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面向对象的设计模式这里不提了，我们来看看Go语言使用Embed结构的一个示例。

嵌入和委托

结构体嵌入

在Go语言中，我们可以很方便的把一个结构体给嵌到另一个结构体中。如下所示：

type Widget struct {
    X, Y int
}
type Label struct {
    Widget        // Embedding (delegation)
    Text   string // Aggregation
}

上面的示例中，我们把Widget嵌入到了Label中，于是，我们可以这样使用：

label := Label{Widget{10, 10}, "State:"}

label.X = 11
label.Y = 12

如果在Label结构体里出现了重名，就需要解决重名，例如，如果 成员X重名，用label.X表明 是自己的X，用  label.Wedget.X表示嵌入过来的。

有了这样的嵌入，就可以像UI组件一样的在结构构的设计上进行层层分解。比如，我可以新出来两个结构体Button和ListBox：

type Button struct {
    Label // Embedding (delegation)
}

type ListBox struct {
    Widget          // Embedding (delegation)
    Texts  []string // Aggregation
    Index  int      // Aggregation
}
方法重写

然后，我们需要两个接口Painter用于把组件画出来，Clicker用于表明点击事件：

type Painter interface {
    Paint()
}
 
type Clicker interface {
    Click()
}

当然，

  • 对于Lable来说，只有Painter，没有Clicker
  • 对于Button和ListBox来说，Painter 和Clicker都有。

下面是一些实现：

func (label Label) Paint() {
  fmt.Printf("%p:Label.Paint(%q)\n", &label, label.Text)
}

//因为这个接口可以通过 Label 的嵌入带到新的结构体，
//所以，可以在 Button 中可以重载这个接口方法以
func (button Button) Paint() { // Override
    fmt.Printf("Button.Paint(%s)\n", button.Text)
}
func (button Button) Click() {
    fmt.Printf("Button.Click(%s)\n", button.Text)
}


func (listBox ListBox) Paint() {
    fmt.Printf("ListBox.Paint(%q)\n", listBox.Texts)
}
func (listBox ListBox) Click() {
    fmt.Printf("ListBox.Click(%q)\n", listBox.Texts)
}

这里，需要重点提示一下，Button.Paint()接口可以通过 Label 的嵌入带到新的结构体，如果Button.Paint()不实现的话，会调用Label.Paint()，所以，在Button中声明Paint()方法，相当于Override 。

嵌入结构多态

通过下面的程序可以看到，整个多态是怎么执行的。

button1 := Button{Label{Widget{10, 70}, "OK"}}
button2 := NewButton(50, 70, "Cancel")
listBox := ListBox{Widget{10, 40}, 
    []string{"AL", "AK", "AZ", "AR"}, 0}

for _, painter := range []Painter{label, listBox, button1, button2} {
    painter.Paint()
}
 
for _, widget := range []interface{}{label, listBox, button1, button2} {
  widget.(Painter).Paint()
  if clicker, ok := widget.(Clicker); ok {
    clicker.Click()
  }
  fmt.Println() // print a empty line
}

我们可以看到，我们可以使用接口来多态，也可以使用 泛型的interface{}来多态，但是需要有一个类型转换。

反转控制

我们再来看一个示例，我们有一个存放整数的数据结构，如下所示：

type IntSet struct {
    data map[int]bool
}
func NewIntSet() IntSet {
    return IntSet{make(map[int]bool)}
}
func (set *IntSet) Add(x int) {
    set.data[x] = true
}
func (set *IntSet) Delete(x int) {
    delete(set.data, x)
}
func (set *IntSet) Contains(x int) bool {
    return set.data[x]
}

其中实现了Add()、Delete()和Contains()三个操作，前两个是写操作，后一个是读操作。

实现Undo功能

现在我们想实现一个 Undo 的功能。我们可以把把IntSet再包装一下变成UndoableIntSet代码如下所示：

type UndoableIntSet struct { // Poor style
    IntSet    // Embedding (delegation)
    functions []func()
}
 
func NewUndoableIntSet() UndoableIntSet {
    return UndoableIntSet{NewIntSet(), nil}
}
 

func (set *UndoableIntSet) Add(x int) { // Override
    if !set.Contains(x) {
        set.data[x] = true
        set.functions = append(set.functions, func() { set.Delete(x) })
    } else {
        set.functions = append(set.functions, nil)
    }
}


func (set *UndoableIntSet) Delete(x int) { // Override
    if set.Contains(x) {
        delete(set.data, x)
        set.functions = append(set.functions, func() { set.Add(x) })
    } else {
        set.functions = append(set.functions, nil)
    }
}

func (set *UndoableIntSet) Undo() error {
    if len(set.functions) == 0 {
        return errors.New("No functions to undo")
    }
    index := len(set.functions) - 1
    if function := set.functions[index]; function != nil {
        function()
        set.functions[index] = nil // For garbage collection
    }
    set.functions = set.functions[:index]
    return nil
}

在上面的代码中，我们可以看到

  • 我们在UndoableIntSet中嵌入了IntSet，然后Override了 它的Add()和Delete()方法。
  • Contains()方法没有Override，所以，会被带到UndoableInSet中来了。
  • 在Override的 Add()中，记录Delete操作
  • 在Override的Delete()中，记录Add 操作
  • 在新加入Undo()中进行Undo操作。

通过这样的方式来为已有的代码扩展新的功能是一个很好的选择，这样，可以在重用原有代码功能和重新新的功能中达到一个平衡。但是，这种方式最大的问题是，Undo操作其实是一种控制逻辑，并不是业务逻辑，所以，在复用 Undo这个功能上是有问题。因为其中加入了大量跟IntSet相关的业务逻辑。

反转依赖

现在我们来看另一种方法：

我们先声明一种函数接口，表现我们的Undo控制可以接受的函数签名是什么样的：

type Undo []func()

有了上面这个协议后，我们的Undo控制逻辑就可以写成如下：

func (undo *Undo) Add(function func()) {
  *undo = append(*undo, function)
}

func (undo *Undo) Undo() error {
  functions := *undo
  if len(functions) == 0 {
    return errors.New("No functions to undo")
  }
  index := len(functions) - 1
  if function := functions[index]; function != nil {
    function()
    functions[index] = nil // For garbage collection
  }
  *undo = functions[:index]
  return nil
}

这里你不必觉得奇怪，Undo本来就是一个类型，不必是一个结构体，是一个函数数组也没什么问题。

然后，我们在我们的IntSet里嵌入 Undo，然后，再在Add()和Delete()里使用上面的方法，就可以完成功能。

type IntSet struct {
    data map[int]bool
    undo Undo
}
 
func NewIntSet() IntSet {
    return IntSet{data: make(map[int]bool)}
}

func (set *IntSet) Undo() error {
    return set.undo.Undo()
}
 
func (set *IntSet) Contains(x int) bool {
    return set.data[x]
}

func (set *IntSet) Add(x int) {
    if !set.Contains(x) {
        set.data[x] = true
        set.undo.Add(func() { set.Delete(x) })
    } else {
        set.undo.Add(nil)
    }
}
 
func (set *IntSet) Delete(x int) {
    if set.Contains(x) {
        delete(set.data, x)
        set.undo.Add(func() { set.Add(x) })
    } else {
        set.undo.Add(nil)
    }
}

这个就是控制反转，不再由 控制逻辑Undo来依赖业务逻辑IntSet，而是由业务逻辑IntSet来依赖Undo。其依赖的是其实是一个协议，这个协议是一个没有参数的函数数组。我们也可以看到，我们 Undo 的代码就可以复用了。

（全文完）


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