Go1.18中泛型編程的示例分析

小編給大家分享一下Go1.18中泛型編程的示例分析，相信大部分人都還不怎么了解，因此分享這篇文章給大家參考一下，希望大家閱讀完這篇文章后大有收獲，下面讓我們一起去了解一下吧！

前言

經(jīng)過這幾年的千呼萬喚，簡潔的Go語言終于在1.18版本迎來泛型編程。作為一門已經(jīng)有了14年歷史的強(qiáng)類型語言，很難相信它到現(xiàn)在才開始有一個(gè)正式的泛型。

以前的Go泛型

雖然直到1.18版本才加入泛型，但是在2014年便有相關(guān)的討論要在Go中加入泛型設(shè)計(jì)。但是由于各種原因沒有實(shí)現(xiàn)。而之后的接口(interface)的提出，讓泛型進(jìn)一步擱置。但是由于接口的缺陷，最終Go團(tuán)隊(duì)還是在1.18的版本中加入了泛型。實(shí)際上，這一版本的泛型設(shè)計(jì)在語言層面和接口非常相似（在實(shí)現(xiàn)層面肯定是不一樣的，泛型是編譯時(shí)，接口是運(yùn)行時(shí)），對(duì)于他們之間的差異，也會(huì)在后面提到。

本文主要講述1.18beta1版本中的泛型，后續(xù)有改動(dòng)，可能會(huì)更改文章。

泛型是什么

在我看來泛型其實(shí)用C++的模板一詞來描述就非常的準(zhǔn)確。在寫代碼的時(shí)候，我們經(jīng)常需要寫很多重復(fù)的邏輯，一般這個(gè)時(shí)候我們就會(huì)使用函數(shù)來對(duì)其進(jìn)行封裝。但是由于Go是一種強(qiáng)類型語言，所以在定義和書寫函數(shù)的時(shí)候需要在調(diào)用前標(biāo)明類型。當(dāng)然如果這一重復(fù)的邏輯只需要固定的類型，這樣就足夠了，但是很多時(shí)候我們需要不同的類型進(jìn)行類似的邏輯，譬如我們剛剛看到的GIF。對(duì)于普通開發(fā)人員來說這種情況可能遇到的比較少，但是在一些庫開發(fā)人員來說，這種情況變得非常的普遍。

泛型程序設(shè)計(jì)（generic programming）是程序設(shè)計(jì)語言的一種風(fēng)格或范式。泛型允許程序員在強(qiáng)類型程序設(shè)計(jì)語言中編寫代碼時(shí)使用一些以后才指定的類型，在實(shí)例化時(shí)作為參數(shù)指明這些類型。各種程序設(shè)計(jì)語言和其編譯器、運(yùn)行環(huán)境對(duì)泛型的支持均不一樣。Ada、Delphi、Eiffel、Java、C#、F#、Swift 和 Visual Basic .NET 稱之為泛型（generics）；ML、Scala 和 Haskell 稱之為參數(shù)多態(tài)（parametric polymorphism）；C++ 和 D稱之為模板。具有廣泛影響的1994年版的《Design Patterns》一書稱之為參數(shù)化類型（parameterized type）。

其中，C++的模版應(yīng)該是做的最完善的，不僅支持簡單的模板替換，還可以處理一些簡單的邏輯，經(jīng)過不斷的迭代，已經(jīng)形成了一種生成代碼的編程方式，因此也叫做模板元編程(Template metaprogramming)。當(dāng)然由于其和C++編程方式完全不一致，所以可讀性非常的差。而在Go的泛型設(shè)計(jì)中，為了保證泛型的簡潔，Go并不支持模版元編程（心塞，還想試試在Go里面往往騷操作呢）。

Go的泛型

接下來就是Go泛型的使用介紹了，Go支持泛型函數(shù)和泛型類型。

泛型函數(shù)

先來一個(gè)最簡單的泛型函數(shù)

func ink19FirstGen[T any](t T) {
 fmt.Println(t)
}

這是一個(gè)非常簡單的的函數(shù)，就是使用fmt.Println打印輸入的參數(shù)。相比于以前的函數(shù)，多了[T any]部分，這就是Go泛型的參數(shù)列表。

參數(shù)列表中的參數(shù)由兩部分組成，參數(shù)名和約束，其中T就是參數(shù)，any為參數(shù)的約束。從表達(dá)上來說，和Go語言一貫的風(fēng)格相似，名在前，類型在后。

在Go語言中，使用接口interface做為類型的約束，其中any = interface{}，即為無限制，但是以其說是無限制，倒不如說是完全限制，由于any里面沒有定義任何的方法，所以在函數(shù)里面也沒辦法調(diào)用t的任何方法。

這里有一個(gè)非常重要的問題，就是相比較于C++的模板，Go會(huì)在定義函數(shù)的時(shí)候就對(duì)函數(shù)進(jìn)行解析。所以在函數(shù)中使用了的方法，一定要在約束的接口中出現(xiàn)。

type ink19Inf interface {
 Test()
}

func ink19FirstGen[T ink19Inf](t T) {
 t.Test()
}

和普通參數(shù)類似的，如果是相同的約束，參數(shù)類型也支持簡化

func ink19FirstGen[T ,T2 ink19Inf](t T, t2 []T2) {
 t.Test()
}

泛型類型

和C++中的模板類類似的，Go里面也有泛型類型，它的定義也很簡單

type ink19Vector[T any] []T

結(jié)構(gòu)相比與以前的類型定義多了[T any]部分，這一部分的結(jié)構(gòu)和泛型函數(shù)那一部分類似就不多介紹了。

對(duì)于泛型類型，Go也可以定義相關(guān)的方法，譬如：

func (m *ink19Vector[T]) Push(v T) *ink19Vector[T] {
 *m = append(*m, v)
 return m
}

在泛型結(jié)構(gòu)體中，結(jié)構(gòu)體也可以定義自己的類型的變量，形成鏈表

type List[T1, T2 any] struct {
 next *List[T1, T2]
 t1 T1
 t2 T2
}

PS：依據(jù)提案中的說法，第二行的參數(shù)列表應(yīng)該和定義中的順序一致，以防止無限遞歸。但是在1.18beta1版本的實(shí)測(cè)中，順序不一致的寫法并不會(huì)報(bào)錯(cuò)。

Go暫時(shí)不支持方法的泛型。

類型集合

雖然通過接口限制類型可以滿足絕大部分的要求，但是仍然有一些需求滿足不了，譬如運(yùn)算符。假如我們有一個(gè)函數(shù)，可以傳入任意可比較的參數(shù)，然后返回較小的那一個(gè)。很自然的，我們可以寫下如下的代碼：

func whoismin[T any](a, b T) T {
  if a < b {
    return a
  }
  return b
}

但是，很遺憾的，由于我們對(duì)T的約束是any。所以其實(shí)來說，我們沒辦法對(duì)a和b做任何的操作，對(duì)比也是。所以在這里，我們會(huì)收到報(bào)錯(cuò)

invalid operation: cannot compare a < b (operator < not defined on T)

為了解決這一問題，提案中提出了類型集合的概念。

對(duì)于一個(gè)類型，認(rèn)為它代表的類型集合就是只包含這個(gè)類型的集合，即對(duì)于類型M來說，其代表的類型集合為{M}。而對(duì)于接口來說，其對(duì)應(yīng)的類型集合是無限的，只要一個(gè)類型滿足接口的所有方法簽名，那么這個(gè)類型就是屬于這個(gè)接口的類型集合中。其實(shí)很容易理解類型集合就是那個(gè)識(shí)別符可以代表的類型的集合。

考慮集合的操作，對(duì)于下面這個(gè)例子

type ink19Inf1 interface {
 What1()
}

type ink19Inf2 interface {
 What2()
}

type ink19Inf3 interface {
 What1()
 What2()
}

假設(shè)ink19Inf1的類型集合為A，ink19Inf2的為B，ink19Inf3的為C。那么很容得到C=A?B。即C為A和B的交集。當(dāng)然只有交集是不行的，后面還有說明實(shí)現(xiàn)并集。

為了進(jìn)一步的說明類型集合，我們先來回憶一下接口的定義，對(duì)于之前的接口來說，接口的元素一共有兩種：方法簽名和其他接口。

type ink19Inf1 interface {
 What()
}

type ink19Inf2 interface {
 ink19Inf1
 It()
}

比如ink19Inf2中的第一個(gè)元素就是其他接口，第二個(gè)元素是其他簽名。但是僅僅只是有這兩種元素，對(duì)于泛型約束來說是完全不夠的。為此，提案中加入了另外三種不同的元素，需要注意的是，如果一個(gè)接口加入了這額外三種元素，那么這個(gè)接口就不能再作為普通的接口使用了，只能用作泛型。

第一個(gè)增加的是類型元素。以前的接口是不能用類型作為接口的，但是在作為約束中可以這樣操作。作為元素的時(shí)候就是提供了一個(gè)只包含自己本身的類型作為元素的類型集合。

第二個(gè)是增加了近似約束元素，寫法是在類型前面增加~符號(hào)，如

type ink19Inf1 interface {
 ~int
}

這一個(gè)元素的意義是為接口提供了一個(gè)所有以int為底層類型的集合。所以被~修飾的類型也應(yīng)該是一個(gè)底層類型，不然提供的集合就是空集，沒有任何意義。具體的區(qū)別可以看下面的這個(gè)例子。

type ink19Inf3 interface {
 int
}

type ink19Inf4 interface {
 ~int
}

type MyInt int

首先我們定義了兩個(gè)接口，第一個(gè)接口使用的是額外的第一種元素， 因此它的類型集合只包含了int。另一個(gè)使用了第二種元素，它的類型集合包含了所有以int為底層類型的類型。然后我們定義了一個(gè)MyInt類型，它是以int為底層類型的類型。需要注意的是，在Go中MyInt和int是兩種不同的類型。最后我們寫兩個(gè)方法來分別使用兩個(gè)接口為約束。

func ink19Print1[T ink19Inf3](t T) {
 fmt.Println(t)
}

func ink19Print2[T ink19Inf4](t T) {
 fmt.Println(t)
}

var data MyInt = 1
ink19Print1(data)  // 錯(cuò)誤
ink19Print2(data)

第三個(gè)元素是聯(lián)合約束。使用方法如下

type ink19Inf5 interface {
 int | float32 | bool | ~string | ink19Inf3
}

使用方法非常簡單，就是將并集的元素一個(gè)一個(gè)使用|連接就就好了。需要注意的是聯(lián)合約束的元素只支持類型，近視約束和其他只包含以上三種額外元素的接口（即，不支持包含方法簽名的接口）。

回到之前的問題，對(duì)于需要使用操作符的情況，有了以上的工具后就可以解決了。

縱觀整個(gè)Go語言，由于并不支持操作符，所以有操作符（除了==和!=）的其實(shí)只有有限的幾種類型，譬如：int，float32，string等等。

所以對(duì)于需要使用比較運(yùn)算符的約束的時(shí)候，可以使用如下的一個(gè)約束接口：

type Ordered interface {
 ~int | ~int8 | ~int16 | ~int32 | ~int64 |
  ~uint | ~uint8 | ~uint16 | ~uint32 | ~uint64 | ~uintptr |
  ~float32 | ~float64 |
  ~string
}

為了方便使用，Go標(biāo)準(zhǔn)庫里面提供了一個(gè)constraints來提供相關(guān)的約束。

上面提到，對(duì)于除了==和!=以外的操作符可以通過對(duì)所有的類型進(jìn)行枚舉來實(shí)現(xiàn)。但是對(duì)于這兩個(gè)操作符，用戶自定義的類型也會(huì)有這兩個(gè)操作符，沒辦法枚舉實(shí)現(xiàn)。官方給出的方法是通過使用一個(gè)一個(gè)內(nèi)建的約束comparable來完成操作。譬如

func IsSame[T comparable](a T, b T) bool {
 return a == b
}

和接口的差異

由于本人對(duì)于Go的接口使用并不多，所以如果有不足的地方請(qǐng)及時(shí)指正。

• 實(shí)現(xiàn)方法上，泛型是編譯時(shí)，接口是運(yùn)行時(shí)；

• 可以實(shí)現(xiàn)操作符的約束；

• 返回的參數(shù)可以是特定的類型，而接口只能返回固定的接口類型；

• 相比較于接口，泛型的約束可以有更多的操作。
  

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