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：

  1. 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：

  1. func addSparseToDense (a *sparseMatrix, b *denseMatrix) *denseMatrix
  2. func addDenseToDense (a *denseMatrix, b *denseMatrix) *denseMatrix
  3. 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：

  1. func Add(a Matrix, b Matrix) Matrix {
  2.     switch a.(type) {
  3.     case sparseMatrix:
  4.         switch b.(type) {
  5.         case sparseMatrix:
  6.             return addSparseToSparse(a.(sparseMatrix), b.(sparseMatrix))
  7.         case denseMatrix:
  8.             return addSparseToDense(a.(sparseMatrix), b.(denseMatrix))
  9.         …
  10.         }
  11.     default:
  12.         // 不支持的参数
  13.         …
  14.     }
  15. }

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：

  1. func (a *sparseMatrix) Add(b Matrix) Matrix
  2. 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：

  1. 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：

  1. func (a *sparseMatrix) Add(b Matrix) Matrix {
  2.     switch b.(type) {
  3.     case sparseMatrix:
  4.         return addSparseToSparse(a.(sparseMatrix), b.(sparseMatrix))
  5.     case denseMatrix:
  6.         return addSparseToDense(a.(sparseMatrix), b.(denseMatrix))
  7.     …
  8.     default:
  9.         // 不支持的参数
  10.         …
  11.     }
  12. }

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：

  1. type Algebraic interface {
  2.     Add(b Algebraic) Algebraic
  3.     Min(b Algebraic) Algebraic
  4.     Mult(b Algebraic) Algebraic
  5.     …
  6.     Elements()
  7. }

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：

  1. func (a *denseMatrix) Add(b Algebraic) Algebraic {
  2.     switch b.(type) {
  3.     case sparseMatrix:
  4.         return addDenseToSparse(a, b.(sparseMatrix))
  5.     …
  6.     default:
  7.         for x in range b.Elements() …
  8.     }
  9. }

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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