接口

接口用来定义一个抽象类型，它不包含数据，但可以定义类型的行为。一个类型如果声明实现某接口，并且实现了该接口中所有的成员，就被称为实现了该接口。

接口的成员可以包含：

成员函数
操作符重载函数
成员属性

这些成员都是抽象的，要求实现类型必须拥有对应的成员实现。

接口定义

一个简单的接口定义如下：

interface I { // 'open' modifier is optional.
    func f(): Unit
}

接口使用关键字 interface 声明，其后是接口的标识符 I 和接口的成员。接口成员可被 open 修饰符修饰，并且 open 修饰符是可选的。

当接口 I 声明了一个成员函数 f 之后，要为一个类型实现 I 时，就必须在该类型中实现一个对应的 f 函数。

因为 interface 默认具有 open 语义，所以 interface 定义时的 open 修饰符是可选的。

如下面的代码所示，定义了一个 class Foo，使用 Foo <: I 的形式声明了 Foo 实现 I 接口。

在 Foo 中必须包含 I 声明的所有成员的实现，即需要定义一个相同类型的 f，否则会由于没有实现接口而编译报错。

class Foo <: I {
    public func f(): Unit {
        println("Foo")
    }
}

main() {
    let a = Foo()
    let b: I = a
    b.f() // "Foo"
}

当某个类型实现了某个接口之后，该类型就会成为该接口的子类型。

对于上面的例子，Foo 是 I 的子类型，因此任何一个 Foo 类型的实例，都可以当作 I 类型的实例使用。

在 main 中我们将一个 Foo 类型的变量 a，赋值给一个 I 类型的变量 b。然后我们再调用 b 中的函数 f，就会打印出 Foo 实现的 f 版本。程序的输出结果为：

Foo

interface 也可以使用 sealed 修饰符表示只能在 interface 定义所在的包内继承、实现或扩展该 interface。sealed 已经蕴含了 public/open 的语义，因此定义 sealed interface 时若提供 public/open 修饰符，编译器将会告警。继承 sealed 接口的子接口或实现 sealed 接口的类仍可被 sealed 修饰或不使用 sealed 修饰。若 sealed 接口的子接口被 public 修饰，且不被 sealed 修饰，则其子接口可在包外被继承、实现或扩展。继承、实现 sealed 接口的类型可以不被 public 修饰。

package A
public interface I1 {}
sealed interface I2 {}         // OK
public sealed interface I3 {}  // Warning, redundant modifier, 'sealed' implies 'public'
sealed open interface I4 {}    // Warning, redundant modifier, 'sealed' implies 'open'

class C1 <: I1 {}
public open class C2 <: I1 {}
sealed class C3 <: I2 {}
extend Int64 <: I2 {}

package B
import A.*

class S1 <: I1 {}  // OK
class S2 <: I2 {}  // Error, I2 is sealed interface, cannot be inherited here.

通过接口的这种约束能力，我们可以对一系列的类型约定共同的功能，达到对功能进行抽象的目的。

例如下面的代码，我们可以定义一个 Flyable 接口，并且让其他具有 Flyable 属性的类实现它。

interface Flyable {
    func fly(): Unit
}

class Bird <: Flyable {
    public func fly(): Unit {
        println("Bird flying")
    }
}

class Bat <: Flyable {
    public func fly(): Unit {
        println("Bat flying")
    }
}

class Airplane <: Flyable {
    public func fly(): Unit {
        println("Airplane flying")
    }
}

func fly(item: Flyable): Unit {
    item.fly()
}

main() {
    let bird = Bird()
    let bat = Bat()
    let airplane = Airplane()
    fly(bird)
    fly(bat)
    fly(airplane)
}

编译并执行上面的代码，我们会看到如下输出：

Bird flying
Bat flying
Airplane flying

接口的成员可以是实例的或者静态的，以上的例子已经展示过实例成员函数的作用，接下来我们来看看静态成员函数的作用。

静态成员函数和实例成员函数类似，都要求实现类型提供实现。

例如下面的例子，我们定义了一个 NamedType 接口，这个接口含有一个静态成员函数 typename 用来获得每个类型的字符串名称。

这样其它类型在实现 NamedType 接口时就必须实现 typename 函数，之后我们就可以安全地在 NamedType 的子类型上获得类型的名称。

interface NamedType {
    static func typename(): String
}

class A <: NamedType {
    public static func typename(): String {
        "A"
    }
}

class B <: NamedType {
    public static func typename(): String {
        "B"
    }
}

main() {
    println("the type is ${ A.typename() }")
    println("the type is ${ B.typename() }")
}

程序输出结果为：

the type is A
the type is B

接口中的静态成员函数（或属性）可以没有默认实现，也可以拥有默认实现。

当其没有默认实现时，将无法通过接口类型名对其进行访问。例如下面的代码，直接访问 NamedType 的 typename 函数会发生编译报错，因为 NamedType 不具有 typename 函数的实现。

main() {
    NamedType.typename() // Error
}

接口中的静态成员函数（或属性）也可以拥有默认实现，当另一个类型继承拥有默认静态函数（或属性）实现的接口时，该类型可以不再实现这个静态成员函数（或属性），该函数（或属性）可以通过接口名和该类型名直接访问。如下用例，NamedType 的成员函数 typename 拥有默认实现，且在 A 中都可以不用再重新实现它，同时，也可以通过接口名和该类型名对其进行直接访问。

interface NamedType {
    static func typename(): String {
        "interface NamedType"
    }
}

class A <: NamedType {}

main() {
    println(NamedType.typename())
    println(A.typename())
    0
}

程序输出结果为：

interface NamedType
interface NamedType

通常我们会通过泛型约束，在泛型函数中使用这类静态成员。

例如下面的 printTypeName 函数，当我们约束泛型变元 T 是 NamedType 的子类型时，我们需要保证 T 的实例化类型中所有的静态成员函数（或属性）都必须拥有实现，以保证可以使用 T.typename 的方式访问泛型变元的实现，达到了我们对静态成员抽象的目的。详见泛型章节。

interface NamedType {
    static func typename(): String
}

interface I <: NamedType {
    static func typename(): String {
        f()
    }
    static func f(): String
}

class A <: NamedType {
    public static func typename(): String {
        "A"
    }
}

class B <: NamedType {
    public static func typename(): String {
        "B"
    }
}

func printTypeName<T>() where T <: NamedType {
    println("the type is ${ T.typename() }")
}

main() {
    printTypeName<A>() // Ok
    printTypeName<B>() // Ok
    printTypeName<I>() // Error, 'I' must implement all static function. Otherwise, an unimplemented 'f' is called, causing problems.
}

需要注意的是，接口的成员默认就被 public 修饰，不可以声明额外的访问控制修饰符，同时也要求实现类型必须使用 public 实现。

interface I {
    func f(): Unit
}

open class C <: I {
    protected func f() {} // Compiler Error, f needs to be public semantics
}

接口继承

当我们想为一个类型实现多个接口，可以在声明处使用 & 分隔多个接口，实现的接口之间没有顺序要求。

例如下面的例子，我们可以让 MyInt 同时实现 Addable 和 Subtractable 两个接口。

interface Addable {
    func add(other: Int64): Int64
}

interface Subtractable {
    func sub(other: Int64): Int64
}

class MyInt <: Addable & Subtractable {
    var value = 0
    public func add(other: Int64): Int64 {
        value + other
    }
    public func sub(other: Int64): Int64 {
        value - other
    }
}

接口可以继承一个或多个接口，但不能继承类。与此同时，接口继承的时候可以添加新的接口成员。

例如下面的例子，Calculable 接口继承了 Addable 和 Subtractable 两个接口，并且增加了乘除两种运算符重载。

interface Addable {
    func add(other: Int64): Int64
}

interface Subtractable {
    func sub(other: Int64): Int64
}

interface Calculable <: Addable & Subtractable {
    func mul(other: Int64): Int64
    func div(other: Int64): Int64
}

这样实现类型实现 Calculable 接口时就必须同时实现加减乘除四种运算符重载，不能缺少任何一个成员。

class MyInt <: Calculable {
    var value = 0
    public func add(other: Int64): Int64 {
        value + other
    }
    public func sub(other: Int64): Int64 {
        value - other
    }
    public func mul(other: Int64): Int64 {
        value * other
    }
    public func div(other: Int64): Int64 {
        value / other
    }
}

MyInt 实现 Calculable 的同时，也同时实现了 Calculable 继承的所有接口，因此 MyInt 也实现了 Addable 和 Subtractable，即同时是它们的子类型。

main() {
    let myInt = MyInt()
    let add: Addable = myInt
    let sub: Subtractable = myInt
    let calc: Calculable = myInt
}

对于 interface 的继承，子接口如果继承了父接口中有默认实现的函数或属性，则在子接口中不允许仅写此函数或属性的声明（即没有默认实现），而是必须要给出新的默认实现，并且函数定义前的 override 修饰符（或 redef 修饰符）是可选的；子接口如果继承了父接口中没有默认实现的函数或属性，则在子接口中允许仅写此函数或属性的声明（当然也允许定义默认实现），并且函数声明或定义前的 override 修饰符（或 redef 修饰符）是可选的。

interface I1 {
   func f(a: Int64) {
        a
   }
   static func g(a: Int64) {
        a
   }
   func f1(a: Int64): Unit
   static func g1(a: Int64): Unit
}

interface I2 <: I1 {
    /*'override' is optional*/ func f(a: Int64) {
       a + 1
    }
    override func f(a: Int32) {} // Error, override function 'f' does not have an overridden function from its supertypes
    static /*'redef' is optional*/ func g(a: Int64) {
       a + 1
    }
    /*'override' is optional*/ func f1(a: Int64): Unit {}
    static /*'redef' is optional*/ func g1(a: Int64): Unit {}
}

接口实现

仓颉所有的类型都可以实现接口，包括数值类型、Rune、String、struct、class、enum、Tuple、函数以及其它类型。

一个类型实现接口有三种途径：

在定义类型时就声明实现接口，在以上的内容中我们已经见过相关例子。
通过扩展实现接口，这种方式详见扩展章节。
由语言内置实现，具体详见《仓颉编程语言库 API》相关文档。

实现类型声明实现接口时，需要实现接口中要求的所有成员，为此需要满足下面一些规则。

对于成员函数和操作符重载函数，要求实现类型提供的函数实现与接口对应的函数名称相同、参数列表相同、返回类型相同。
对于成员属性，要求是否被 mut 修饰保持一致，并且属性的类型相同。

所以大部分情况都如同上面的例子，我们需要让实现类型中包含与接口要求的一样的成员的实现。

但有个地方是个例外，如果接口中的成员函数或操作符重载函数的返回值类型是 class 类型，那么允许实现函数的返回类型是其子类型。

例如下面这个例子，I 中的 f 返回类型是一个 class 类型 Base，因此 C 中实现的 f 返回类型可以是 Base 的子类型 Sub。

open class Base {}
class Sub <: Base {}

interface I {
    func f(): Base
}

class C <: I {
    public func f(): Sub {
        Sub()
    }
}

除此以外，接口的成员还可以为 class 类型提供默认实现。拥有默认实现的接口成员，当实现类型是 class 的时候，class 可以不提供自己的实现而继承接口的实现。

注意：

默认实现只对类型是 class 的实现类型有效，对其它类型无效。

例如下面的代码中，SayHi 中的 say 拥有默认实现，因此 A 实现 SayHi 时可以继承 say 的实现，而 B 也可以选择提供自己的 say 实现。

interface SayHi {
    func say() {
        "hi"
    }
}

class A <: SayHi {}

class B <: SayHi {
    public func say() {
        "hi, B"
    }
}

特别地，如果一个类型在实现多个接口时，多个接口中包含同一个成员的默认实现，这时会发生多重继承的冲突，语言无法选择最适合的实现，因此这时接口中的默认实现也会失效，需要实现类型提供自己的实现。

例如下面的例子，SayHi 和 SayHello 中都包含了 say 的实现，Foo 在实现这两个接口时就必须提供自己的实现，否则会出现编译错误。

interface SayHi {
    func say() {
        "hi"
    }
}

interface SayHello {
    func say() {
        "hello"
    }
}

class Foo <: SayHi & SayHello {
    public func say() {
        "Foo"
    }
}

struct、enum 和 class 在实现接口时，函数或属性定义前的 override 修饰符（或 redef 修饰符）是可选的，无论接口中的函数或属性是否存在默认实现。

interface I {
    func foo(): Int64 {
        return 0
    }
}
enum E <: I{
    elem
    public override func foo(): Int64 {
        return 1
    }
}
struct S <: I {
    public override func foo(): Int64 {
        return 1
    }
}

Any 类型

Any 类型是一个内置的接口，它的定义如下面。

interface Any {}

仓颉中所有接口都默认继承它，所有非接口类型都默认实现它，因此所有类型都可以作为 Any 类型的子类型使用。

如下面的代码，我们可以将一系列不同类型的变量赋值给 Any 类型的变量。

main() {
    var any: Any = 1
    any = 2.0
    any = "hello, world!"
}

仓颉语言用户指南

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Any 类型