Google Go v příkladech 2.

16. 6. 2011 | Jan Mercl | Programování | 15237×

V dříve publikovaných článcích na AbcLinuxu bylo zmiňováno, že Go je OOP jazyk, ale přitom nemá/nezná třídy a sémantika dědičnost je v něm atypická, řekněme přinejmenším z pohledu člověka zvyklého na např. C++ či třeba Javu. Tyto jazyky pro mnohé představují, vcelku oprávněně, něco jako současný standard z hlediska implementace OOP technik. Dnes se pokusíme některé obvyklé případy OOP, zhruba v duchu právě zmíněných jazyků, napsat v Go a to způsobem, který je v něm přirozený.

Obsah

• Příklad 1: Abstraktní základní „třída“, virtuální metody
• Příklad 2: DRY
• Příklad 3: Selektivní přístup
• Na závěr

Budeme se věnovat pouze tomu, jak se instance „tříd“ chovají (metody), nikoli tomu jak „vypadají“ (položky struktur). To druhé bylo již v minulosti probíráno a možná se podrobněji objeví jako některé z dalších témat. Poznamenejme, že v Go jsou navíc definice „rozložení“ obsahu typu a popis jeho chování, ortogonální koncepty – lze je studovat i navrhovat (téměř) nezávisle na sobě. Výhradu slovem „téměř“ ponechejme sémantice typu – často je prostě význam (pro programátora) oněch dvou tváří typu spolu provázán – i když o tom kompilátoru nic neříkáme. Příklady jsou, pro lepší přiblížení se stávajícím programátorům v jiných jazycích, „opřeny“ o strukturované typy, rád bych připomenul, že v Go lze metody definovat i pro další, např. číselné typy (pojmenované).

V příkladech si prosím v řetězcových literálech místo \x25 představte znak procenta (%). Je to jen způsob jak obejít chybu 1770.

Příklad 1: Abstraktní základní „třída“, virtuální metody

Budeme implementovat jednoduché OOP zadání: Chceme čistě abstraktní základní třídu a napsat její různé konkrétní implementace. Jak vidno, z pohledu (zjednodušené) OOP klasiky, všechny metody „třídy“ budou (muset být) virtuální.

package main

import (
    "fmt"
)

type Base interface {
    M()
}

type T struct {
    i int
}

func (t *T) M() {
    fmt.Printf("ř.16: \x25#v\n", t)
}

type U struct {
    s string
}

func (u *U) M() {
    fmt.Printf("ř.24: \x25#v\n", u)
}

func main() {
    var t, u Base = &T{42}, &U{"foo"}
    t.M()
    u.M()
}

Upravit/Spustit

Výstup

ř.16: &main.T{i:42}
ř.24: &main.U{s:„foo“}

Na ř.7 definujeme (veřejné – s velkým písmenem na začátku) rozhraní a na ř.8 deklarujeme jeho jedinou metodou M. Metody veřejného rozhraní, které má být možné implementovat i v jiných modulech, musí být také veřejné, opět tedy s velkým písmenem na začátku. Celá definice rozhraní Base je v tomto případě sémanticky shodná s definicí abstraktní třídy v jiném typickém OOP jazyku.

Na ř.11 a 19 definujeme typy, které na ř.15 a 23 implementují všechny (jednu) metodu/y rozhraní Base. Díky tomu je zde sémantika shodná s „klasickým“ popisem tříd, která dědí z/jsou v typové hierarchii potomkem „třídy“ Base. Jen zde, v typickém Go OOP duchu, u typů implementujících rozhraní Base (čti např. „extends Base“), nemusíme tento fakt oznamovat. Kompilátor se pouze při typové kontrole na ř.28 ujistí, že typy T a U implementují Base a lze je tedy přiřadit do proměnných 't' a 'u'.

Na ř.29 a 30 už jen zavoláme metodu M instancí 't' a 'u' a na výstupu programu si ověříme, že vše proběhne dle předpokladu.

Rozhraní v Go mají klasickou OOP dědičnost (úplnou a vícenásobnou), viz též poslední část specifikace. Pokud je někdo zvyklý uvažovat v třídách/hierarchii tříd a potřebuje pouze virtuální metody (situace velmi blízká Javě), může je v Go nahradit pomocí rozhraní docela snadno a největší rozdíl je „záměna“ klíčových slov class vs interface, v sémantice je shoda podle mě úplná. Go programátor jen nebude vůbec mluvit o třídách, takže si s „klasickým“ OOP programátorem chvilku nebudou rozumět – i když oba vlastně budou v tomto případě dělat totéž.

Příklad 2: DRY

Neboli „Don't repeat yourself“. Na ř.16 a 24 příkladu 1 děláme vlastně totéž. Jeden příkaz na aplikaci principu DRY asi nestačí, ale teď jde jen o schémata přístupu a řešení. Výpis (pomocný/ladící) instance, s rozlišením jak typu tak obsahu je často používaný pomocník. Nebyl by problém si napsat zcela ne-OOP funkci, která – díky Go reflection (Javaisté vědí, C++ RTTI by nám také ale v tomto případě také stačilo) – vypíše takové informace. Proč si ale zaplevelovat jmenný prostor, když to může být metoda, že? Čeho ale metoda? Rozhraní Base? Jistě by to tak být mohlo, ale to bychom si nic nového neukázali. Prostě by k metodě Base.M přibyla nějaká metoda Base.Show a tu bychom museli dvakrát implementovat pro typy T a U (a všechny další typy implementující Base). Napsat tohoto pomocníka jako statické metody T a U také moc nepomůže, opět bychom se dvakrát téměř opakovali. Nyní nastává vhodná příležitost pro Go styl dědičnosti. Řekněme, že pomocná metoda bude jen dočasná/ladící a neveřejná (to není podmínkou). Z pohledu „tříd“ T a U dědí z Base, z pohledu Go T a U implementuje Base a dědí z 'base' (zvolené jméno 'base' není ničím podstatné).

package main

import (
    "fmt"
    "path"
    "runtime"
)

type Base interface {
    M()
}

type base struct{}

func (b base) show(me interface{}) {
    pc, file, line, ok := runtime.Caller(1)
    if !ok {
        panic(":-/")
    }

    fmt.Printf("\x25#x \x25s.\x25d: \x25#v\n", pc, path.Base(file), line, me)
}

type T struct {
    base
    i int
}

func (t *T) M() {
    t.show(t)
}

type U struct {
    base
    s string
}

func (u *U) M() {
    u.show(u)
}

func main() {
    var t, u Base = &T{i: 42}, &U{s: "foo"}
    t.M()
    u.M()
}

Upravit/Spustit

Výstup:

0x400deb prog.go.30: &main.T{base:main.base{}, i:42}
0x400e3b prog.go.39: &main.U{base:main.base{}, s:„foo“}

Na ř.13 definujeme typ 'base' a na ř.15 jeho metodu 'show'. Na ř.25 a 34 uvádíme 'base' jako položku struktur typu T a U. Pole bez jména, pouze s názvem typu je v Go struktuře (myšleno klíčové slovo struct) způsob, jak zdědit obsah takto děděného typu a současně i jeho metody. Alternativně by šlo totéž i s ukazatelem (viz diskuzi „“anonymous field“), ale to nyní pomineme. Oproti OOP klasice ale přijímač (obvykle prostě ukazatel) metody takového předka má typ pouze onoho předka, nikoli typu, který jej dědí. Proto na ř.30 a 39 metodě show předáváme i přijímač metody M.

Příklad 3: Selektivní přístup

Další „standardní situací“ v OOP je případ, kdy dědíme téměř všechno od předchůdce až na jednu nebo jen několik málo metod. Ta/ty pak nějak modifikují chování zděděné/ých metod/y Zcela schematicky to v Go lze řešit takto:

package main

type base struct{}

func (b *base) m1() {
    println("m1()")
}

func (b *base) m2() {
    println("m2()")
}


type successor struct {
    base
}

func (o *successor) m2() {
    println("taky m2(), ale jinak")
}

func main() {
    b, s := &base{}, &successor{}
    println("typ base")
    b.m1()
    b.m2()
    println("typ successor")
    s.m1()
    s.m2()
}

Spustit/Upravit

typ base
m1()
m2()
typ successor
m1()
taky m2(), ale jinak

Na ř.3 definujeme základní typ/předchůdce 'base', na ř.5 a 9 jeho metody m1 a m2. Na ř.14 definujeme odvozený typ/následníka 'successor' a na ř.15 dědíme vše z předchůdce 'base'. Na ř.18 předefinováváme metodu m2, samozřejmě pouze pro typ 'successor'. Z výstupu programu vidno, že dle očekávání typ následníka podědil metodu m1, ale používá vlastní metodu m2. Mimochodem, pokud bychom v této 'overriden' metodě potřebovali volat metodu m2 předchůdce, (jako v Javě pomocí super), napsali bychom třeba před ř.19 „o.base.m2()“. Možná si to budete chtít vyzkoušet v Go playgroundu. U všech příkladů stačí klepnout na odkaz „Upravit/Spustit“.

Na závěr

Dnešní díl byl určen hlavně programátorům, kteří jsou navyklí na implementaci OOP mechanismů ve stylu C++ a/nebo Javy. Go je OOP jazyk, ale právě jmenovaní mají často při prvním pohledu na Go pocit, že jsou ztraceni, protože v Go nenacházejí svoje oblíbené, protože skoro neustále používané, třídy a jejich dědičnost. Pokusili jsme se ukázat, že většinu dobrého, co lze v OOP najít, Go implementuje, jen tak trochu jinak. Jestli možná v něčem i snad o trochu lépe nechť posoudí laskavý čtenář sám.

O autorovi

Jan Mercl, autor textu, pracuje v Laboratořích CZ.NIC jako programátor pro výzkum a vývoj.

       

Komentáře

[pht]

Hm, tenhle přístup k polymorfizmu je zjevně odvozený z ady ;) Zajímalo by mě jestli můžu v Go odvodit nový typ např. z int? A jestli Go umí double dispatch?

Jinak ty příklady nejsou moc výchovné protože ukazují dědění implementace, což je většinou nežádoucí.

[mich]

Typ z int odvodit lze (a pak k němu lze i přidávat metody). Go neumí přetížení funkcí.

[Ladicek]

Mně to z těch příkladů připadá spíš jako kompozice než jako dědičnost. Ale nečetl jsem specifikaci.

[alblaho]

Na první pohled se mi to nějak přestává líbit. Mám pocit, že vazby jsou příliš volné a nedrží to po hromadě.

Nějak jsem si oblíbil tu neskutečnou primitivnost Javy. Programování třeba v Pythonu je větší zábava, ale když má člověk udržovat kód, kde si původní autor hrál s metaprogramováním/dekorátory jiným způsobem, než je ten můj oblíbený, tak je to spíš detektivka.

Zas ale pošilhávám po Scale...

[dopisovatel]

Jedině Ruby

[Foo Bar]

To je ten jazyk, který programátoři používají tak, že mění API v knihovnách i mezi minor releases a nepřipadá jim to divné? :)

[dopisovatel]

Chceš snad tvrdit, že Ruby nemá výborný sraz příznivců v Brně?

http://www.abclinuxu.cz/zpravicky/sraz-priznivcu-ruby-v-brne

[Foo Bar]

Chci tvrdit, že medvídek kaola jede na dovolenou k mývalovi. (Toto tvrzení je relevantní asi tak stejně to první k tomu Vašemu :).

[Foo Bar]

Ale trochu na vážnou notu... přebral jsem balíkování rails pro Debian a z ruby-rchardet embedované v ruby-tmail embedované v ruby-actionpack mi fakt jde hlava kolem...

[----]

článek hezký, ale Go se mi vůbec nelíbí..

[dopisovatel]

Moje řeč... Výborná věc je Ruby.

[alblaho]

Jenže Ruby je úplně jiný typ nástroje. Dynamické typování, interpretovaný kód... Go je statické a bude výkonově někde jinde, hlavně se snaží cílit na paralelní zpracování dat.

Já mám Ruby rád, ale není to nástroj na všechno.

[Luboš Doležel (Doli)]

Ruby jsem hlavně strašně pomalé.

[Ladicek]

Což pod komentářem Ruby je úplně jiný typ nástroje … Go je statické a bude výkonově někde jinde dává obrovský smysl.

[Luboš Doležel (Doli)]

Ale ono je strašně pomalé na cokoliv. Nedovedu si představit, k čemu bych to kdy použil.

[Ladicek]

Na normální skriptování je rychlé až až (u každého shellového skriptu, který má nad deset řádek, přemýšlím, že ho přepíšu do Ruby). A zdá se, že ta spousta webů v RoR taky nějak funguje, nebo ne? (Ha, už vidím argumentaci Twitterem! )

Mimochodem, mezi Ruby 1.8 a 1.9 je obrovský výkonnostní rozdíl.

[dopisovatel]

A taky právě v Ruby byla napsána některá skvělá vylepšení pro některé distribuce. Pokud existuje Ruby, může jít všechno ostatní do háje.

[Luboš Doležel (Doli)]

(Uznávám, že jsem ten komentář nade mnou špatně přečetl)

[x.]

Zlatej Python. Tam mrknu na kod a rychle vim, co dela, k cemu slouzi. I u toho C/C++ to clovek vetsinou odhali, ale Go?? Typicka ukazka jazyka, jak nema vypadat. To neni jazyk pro lidi, ale roboty. Nebo je to programatorem-autorem, protoze zvolil nevhodne priklady?

[Sten]

Go používá hodně odlišný způsob myšlení. Taky se mi nelíbí, ale nezavrhoval bych jej, určitě si svoje příznivce najde (když to zvládlo Ruby ). Na druhou stranu to, co mi opravdu mezi jazyky chybí, je staticky typovaný jazyk (kvůli rychlosti běhu a compile-time kontrole chyb v práci s objekty) stylem podobný Pythonu (velmi jednoduchá syntaxe), ale schopnostmi blízký C++ (třeba generické programování — šablony, možnost low-level programování, logičtější přetěžování operátorů nebo vícenásobná dědičnost — Python nepotřebuje, když má duck-typing). Ano, vím, že existuje Boo, ale to je jenom pro .NET a navíc má hodně omezené schopnosti. Až budu mít čas, zkusím napsat nějaký překladač takového jazyka do C.

[alblaho]

Scala? Má dost z toho, co chceš, ale zase to asi není z nejjednodušších jazyků.

[Sten]

Hmm, to vypadá hodně dobře

[________________]

Scala teda rozhodne neni minimalistický jazayk (oproti ostatným ML jazykom je najukecanejšia).

[alblaho]

Přijde mi, že jazyk se statickým typováním vždycky bude ukecaný. Protože programátor ty typy musí nějak specifikovat. Typová inference pomůže, ale až po té specifikaci. Naproti tomu v Pythonu, Ruby je vlastně jen jeden "typ" a běhová pravidla.

[________________]

aj staticky typovaný jazyk môže byt úsporný pre porovnanie:

statická scala:

def add(a:Int, b:Int) = a + b

dynamický python:

def add(a, b): return a + b

dynamický scheme:

(define (add a b) (+ a b))

statický F#:

let add a b = a + b

na scale mi vadí hlavne ten balast zbytočné zátvorky a aj zložené zátvorky označujúce začiatok a koniec bloku, ktoré len zneprehľadňujú kód, tektiež type inference v scale nefunguje najoptimálnejšie pretože u argumentov funkcií musím tak či tak zadávať názvy typov, pritom by si ich mohol prekladač automaticky odvodiť.

[ava]

Ty závorky mi ve scale přijdou docela užitečné, nechtěl bych místo

(1 to 100).map{i => i * i}.filter{i => (i % 2) == 0} psát třeba
(1 to 100)
  .map
    i => i * i
  .filter
    i => (i % 2) == 0

nebo jak si to vlastně představuješ?

U argumentů funkcí typy dovodit nejdou, protože při překladu dané funkce nevíš, ze kterých všech modulů bude zavolaná. Nebrání to ovšem dělat generické funkce

scala> def joinStrings[T](x: T, y: T) = {x.toString + y.toString}
joinStrings: [T](x: T, y: T)java.lang.String

a tady už inference typů argumentů funguje, místo

scala> joinStrings[Int](1, 2)

klidně stačí napsat

scala> joinStrings(1, 2)
res0: java.lang.String = 12

Jinak jo, staticky typovaný jazyk může působit úsporně :)

[Ladicek]

Scala používá lokální typovou inferenci, proto je potřeba deklarovat typy argumentů. Osobně bych šel ještě dál a vynutil deklaraci i návratového typu, ale ten už Scala odvozuje. Jazyky, které používají plnohodnotnou typovou inferenci (Hindley-Milner a spol.) umí odvodit i typy argumentů.

[ava]

Asi beru tento svůj příspěvek zpět, co se týče typových systémů, jsem začátečník a tady spíše matu než osvětluji. Jak píše ládíček, je možné provádět i inferenci typů argumentů (s tím, že co je vlastně "plnohodnotná" typová inference je podle mě subjektivní, dle wikipedie např. "As of 2008, GHC, a Haskell compiler, goes beyond HM, and now uses System F extended with non-syntactic type equality, for example." - ale to už bych slovíčkařil).

Příklad s generickou funkcí joinStrings, který jsem uvedl, neukazuje na inferenci typů argumentů (lepší by bylo říci parametrů) podle těla funkce.

Pokud jsem někomu zamotal hlavu, omlouvám se :)

[________________]

>>Jak píše ládíček, je možné provádět i inferenci typů argumentů

ja to aj v praxi používam takže viem že to funguje, aj v mojom predchádzajúcom poste bola ukážka:

let add a b = a + b

ak funkcii add priradím 2 parametre rovnakého typu tak si z nich prekladač automaticky odvodí typy argumentov...

ak ale jednému argumentu priradím trebárs string a druhému trebárs integer tak prekladač vyhodí chybu. rovnako prekladač vyhodí chybu aj ked 2x zavolám funkciu v vždy s iným typom argumentov.

[alblaho]

To jsem nemyslel. Jasně že Scala umí být úsporná, vždyť se tím chvástají. Ale stejně tam musí být kód, který ty typy specifikuje. Díky typové inferenci to sice nemusíš opisovat všude, ale někde tam ten kód je.

[Ondra]

jazyk se statickým typováním vždycky bude ukecaný

rekl clovek, ktery v zivote neslysel o Haskellu...

[alblaho]

Náhodou, o Haskellu jsem přečetl celou knihu.

Haskell i Scala mohou být velmi úsporné, protože ta syntaxe je mocná a navíc je tam typová inference.

Ale zároveň to bude i "ukecané", protože nezanedbatelnou část programu bude tvořit specifikace typů. Srovnej třeba s Pythonem, kde je typ vlastně jen jeden ("slovník") a člověk to prostě jen používá.

To je můj dojem z typického používání, i v tom Pythonu je možné mít "typové" vifikundace řešící třeba AOP, DbC atd.

[Bystroushaak]

D, ale syntax je podobná C/Javě, z pythonu si to bere jen schopnosti.

[Sten]

D znám, ale mám k němu docela dost výhrad:

• chybí alespoň virtuální vícenásobná dědičnost, docela běžně to používám u výjimek, hlavně u těch vyhazovaných mixiny: ENetworkFileRead (chyba sítě při čtení souboru) dědí z EFileRead (obsahuje např. URL souboru) i ENetwork (obsahuje např. IP adresu)
• přetěžování operátorů má dost divnou syntaxi a nedovoluje použití ternární (SQL) aritmetriky, třeba a != b je automaticky !(a == b) a nelze to změnit (a přitom třeba i pro podporovaný double tohle u NaN neplatí)
• chybí podpora pro dynamicky načítané knihovny (alespoň aby fungovalo RTTI, když už nefunguje garbage collector)
• nepochopil jsem, jak jde udělat částečná inicializace šablon (jestli to jde; ve features je napsané, že to umí, v dokumentaci to ale vůbec není)
• zápis šablon mi přišel poněkud zmatený, protože se velmi podobný zápis používá pro imperativní i generické programování (ale pro někoho to může být výhoda)

[vladaf]

Vícenásobná dědičnost je právě vlastnost, které se v moderních jazycích snaží vyhýbat po otřesné zkušenosti z C++. Třeba autoři Fortranu 2003 to říkají zcela explicitně a u D to nejspíš nebude jiné, protože je to takové C++ done right.

[pht]

protože je to takové C++ done right.

To mi připomíná Linusovu hlášku o tom, že SVN je "CVS done right" ...

[----]

ale však ono je :) A D opravdu je "C++ done right"

[alblaho]

Btw, "CVS dnone right" není Linusova hláška, ale přímo moto Subversion. A je to dost přesné, SVN je oproti CVS poklad, ale v porovnání s Gitem neobstojí. Proto se tomu Linus posmíval.

Vícenásobná dědičnost v C++ je fakt zlo .

[----]

jojo, Git je prostě nejlepší

[pht]

Btw, "CVS dnone right" není Linusova hláška, ale přímo moto Subversion. A je to dost přesné, SVN je oproti CVS poklad, ale v porovnání s Gitem neobstojí. Proto se tomu Linus posmíval.

"Posmíval" není asi to pravé. Ta citace zní: if you start with that kind of slogan, there's nowhere you can go. There is no way to do CVS right. Což je přesně jak já to vidím s C++, není jak ho "udělat dobře", špatné jsou už ty koncepty za tím. Nejlepší je se na to kompletně vykašlat a udělat to celé jinak, nejlépe přesně naopak. (Analogicky k Take CVS as an example of what not to do; if in doubt, make the exact opposite decision.)

[----]

No, zrovna to D je perfektní jazyk, koncepčně dost dobře vymyšlený, bere určitý koncepce z Javy, určitý z Cčka a C++ a přidává své vlastní a výsledek je dobrý; zato C++ je občas designovaný dost hrozně a jediný způsob, jakým ho využívám je "Cčko s objekty"

[pht]

zrovna to D je perfektní jazyk

Za prvé nic takového neexistuje - existují jen jazyky které jsou nepoužitelné, a méně nepoužitelné... a za druhé, který případ nastal z těchto dvou se uvidí až tak za 10 let, jak u Go, tak u D. (U C++ už se vidí :P )

[----]

pojmem "perfektní jazyk" myslím dobře navržený jazyk s dobrou použitelností

[:::]

Což je přesně jak já to vidím s C++, není jak ho "udělat dobře", špatné jsou už ty koncepty za tím.

to ze necemu nerozumis neznamena ze je to spatne

[----]

Ale ono to špatně je.

[:::]

nerad bych se opakoval :)

[----]

jojo, C++ fanboys to nikdy neuznají

[:::]

nene, ale C++ haters to nikdy neuznaji

[----]

já nejsem hater, C++ používám Jen nepoužívám stdlib, exceptions, multiple inheritance

[pht]

to ze necemu nerozumis neznamena ze je to spatne

To samozřejmě ne, ale oba jevy najednou nastat můžou. A to je právě případ C++.

[Sten]

Zajímavý, že třeba v té Scale vícenásobná dědičnost je a bez těch problémů (pomocí mixinů), co má C++. Takže D to má spíše stylem „nevíme, jak to rozumně udělat, tak to prohlásíme za vlastnost, která není potřeba/je špatná/se nedá implementovat/...“

[Jablíčko]

Přijde mi, že asi hledáš právě Go (až na ty generiky). Dokonce bych řekl, že Go duck-typing povyšuje na další úroveň (je to teda ještě pořád o trochu nižší level než mají některý funkcionální jazyky, viz například typový třídy v Haskellu).

[Freeman]

Já se také přikláním k Pythonu, nicméně mě na Goo těší, že tam nejsou středníky a dolary

[________________]

mám jednu otázku na autora článku:

panic("<img alt="" class="emo" src="/images/smile/smutek.gif" />")

ako prekladač jazyka zistí kde končí reťazec keď aj vo vnúti reťazca sa používa znak ukončenia reťazca bez escapovania?

[Luboš Doležel (Doli)]

Dal jsem do kódu jiného smajlíka. Je zjevné, že engine Ábíčka nahrazuje sekvenci "" obrázkem...