17.4.md
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# 17.4 运算符模式和接口
运算符是一元或二元函数,它返回一个新对象而不修改其参数,类似 C++ 中的 `+` 和 `*`,特殊的中缀运算符(`+`,`-`,`*` 等)可以被重载以支持类似数学运算的语法。但除了一些特殊情况,Go 语言并不支持运算符重载:为了克服该限制,运算符必须由函数来模拟。既然 Go 同时支持面向过程和面向对象编程,我们有两种选择:
## 17.4.1 函数作为运算符
运算符由包级别的函数实现,以操作一个或两个参数,并返回一个新对象。函数针对要操作的对象,在专门的包中实现。例如,假设要在包 `matrix` 中实现矩阵操作,就会包含 `Add()` 用于矩阵相加,`Mult()` 用于矩阵相乘,他们都会返回一个矩阵。这两个函数通过包名来调用,因此可以创造出如下形式的表达式:
```go
m := matrix.Add(m1, matrix.Mult(m2, m3))
```
如果我们想在这些运算中区分不同类型的矩阵(稀疏或稠密),由于没有函数重载,我们不得不给函数起不同的名称,例如:
```go
func addSparseToDense (a *sparseMatrix, b *denseMatrix) *denseMatrix
func addDenseToDense (a *denseMatrix, b *denseMatrix) *denseMatrix
func addSparseToSparse (a *sparseMatrix, b *sparseMatrix) *sparseMatrix
```
这可不怎么优雅,我们能选择的最佳方案是将它们隐藏起来,作为包的私有函数,并暴露单一的 `Add()` 函数作为公共 API。可以在嵌套的 `switch` 断言中测试类型,以便在任何支持的参数组合上执行操作:
```go
func Add(a Matrix, b Matrix) Matrix {
switch a.(type) {
case sparseMatrix:
switch b.(type) {
case sparseMatrix:
return addSparseToSparse(a.(sparseMatrix), b.(sparseMatrix))
case denseMatrix:
return addSparseToDense(a.(sparseMatrix), b.(denseMatrix))
…
}
default:
// 不支持的参数
…
}
}
```
然而,更优雅和优选的方案是将运算符作为方法实现,标准库中到处都运用了这种做法。有关 Ryanne Dolan 实现的线性代数包的更详细信息,可以在 https://github.com/skelterjohn/go.matrix 找到。
## 17.4.2 方法作为运算符
根据接收者类型不同,可以区分不同的方法。因此我们可以为每种类型简单地定义 `Add` 方法,来代替使用多个函数名称:
```go
func (a *sparseMatrix) Add(b Matrix) Matrix
func (a *denseMatrix) Add(b Matrix) Matrix
```
每个方法都返回一个新对象,成为下一个方法调用的接收者,因此我们可以使用*链式调用*表达式:
```go
m := m1.Mult(m2).Add(m3)
```
比上一节面向过程的形式更简洁。
正确的实现同样可以基于类型,通过 `switch` 类型断言在运行时确定:
```go
func (a *sparseMatrix) Add(b Matrix) Matrix {
switch b.(type) {
case sparseMatrix:
return addSparseToSparse(a.(sparseMatrix), b.(sparseMatrix))
case denseMatrix:
return addSparseToDense(a.(sparseMatrix), b.(denseMatrix))
…
default:
// 不支持的参数
…
}
}
```
再次地,这比上一节嵌套的 `switch` 更简单。
## 17.4.3 使用接口
当在不同类型上执行相同的方法时,创建一个通用化的接口以实现多态的想法,就会自然产生。
例如定义一个代数 `Algebraic` 接口:
```go
type Algebraic interface {
Add(b Algebraic) Algebraic
Min(b Algebraic) Algebraic
Mult(b Algebraic) Algebraic
…
Elements()
}
```
然后为我们的 `matrix` 类型定义 `Add()`,`Min()`,`Mult()`,……等方法。
每种实现上述 `Algebraic` 接口类型的方法都可以链式调用。每个方法实现都应基于参数类型,使用 `switch` 类型断言来提供优化过的实现。另外,应该为仅依赖于接口的方法,指定一个默认处理分支:
```go
func (a *denseMatrix) Add(b Algebraic) Algebraic {
switch b.(type) {
case sparseMatrix:
return addDenseToSparse(a, b.(sparseMatrix))
…
default:
for x in range b.Elements() …
}
}
```
如果一个通用的功能无法仅使用接口方法来实现,你可能正在处理两个不怎么相似的类型,此时应该放弃这种运算符模式。例如,如果 `a` 是一个集合而 `b` 是一个矩阵,那么编写 `a.Add(b)` 没有意义。就集合和矩阵运算而言,很难实现一个通用的 `a.Add(b)` 方法。遇到这种情况,把包拆分成两个,然后提供单独的 `AlgebraicSet` 和 `AlgebraicMatrix` 接口。
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