前言
經(jīng)過(guò)這幾年的千呼萬(wàn)喚，簡(jiǎn)潔的Go語(yǔ)言終于在1.18版本迎來(lái)泛型編程。作為一門(mén)已經(jīng)有了14年歷史的強(qiáng)類(lèi)型語(yǔ)言，很難相信它到現(xiàn)在才開(kāi)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(méi)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(yǔ)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(lái)泛型其實(shí)用C++的模板一詞來(lái)描述就非常的準(zhǔn)確。在寫(xiě)代碼的時(shí)候，我們經(jīng)常需要寫(xiě)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(lái)對(duì)其進(jìn)行封裝。但是由于Go是一種強(qiáng)類(lèi)型語(yǔ)言，所以在定義和書(shū)寫(xiě)函數(shù)的時(shí)候需要在調(diào)用前標(biāo)明類(lèi)型。當(dāng)然如果這一重復(fù)的邏輯只需要固定的類(lèi)型，這樣就足夠了，但是很多時(shí)候我們需要不同的類(lèi)型進(jìn)行類(lèi)似的邏輯，譬如我們剛剛看到的GIF。對(duì)于普通開(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō)這種情況可能遇到的比較少，但是在一些庫(kù)開(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō)，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(yǔ)言的一種風(fēng)格或范式。泛型允許程序員在強(qiáng)類(lèi)型程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言中編寫(xiě)代碼時(shí)使用一些以后才指定的類(lèi)型，在實(shí)例化時(shí)作為參數(shù)指明這些類(lèi)型。各種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)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(chēng)之為泛型（generics）；ML、Scala 和 Haskell 稱(chēng)之為參數(shù)多態(tài)（parametric polymorphism）；C++ 和 D稱(chēng)之為模板。具有廣泛影響的1994年版的《Design Patterns》一書(shū)稱(chēng)之為參數(shù)化類(lèi)型（parameterized type）。
其中，C++的模版應(yīng)該是做的最完善的，不僅支持簡(jiǎn)單的模板替換，還可以處理一些簡(jiǎn)單的邏輯，經(jīng)過(guò)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(jiǎn)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(lái)就是Go泛型的使用介紹了，Go支持泛型函數(shù)和泛型類(lèi)型。
泛型函數(shù)
先來(lái)一個(gè)最簡(jiǎn)單的泛型函數(shù)
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func ink19FirstGen[T any](t T) { fmt.Println(t)} |
這是一個(gè)非常簡(jiǎn)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(lái)說(shuō)，和Go語(yǔ)言一貫的風(fēng)格相似，名在前，類(lèi)型在后。
在Go語(yǔ)言中，使用接口interface做為類(lèi)型的約束，其中any = interface{}，即為無(wú)限制，但是以其說(shuō)是無(wú)限制，倒不如說(shuō)是完全限制，由于any里面沒(méi)有定義任何的方法，所以在函數(shù)里面也沒(méi)辦法調(diào)用t的任何方法。
這里有一個(gè)非常重要的問(wèn)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)。
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type ink19Inf interface { Test()}func ink19FirstGen[T ink19Inf](t T) { t.Test()} |
和普通參數(shù)類(lèi)似的，如果是相同的約束，參數(shù)類(lèi)型也支持簡(jiǎn)化
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func ink19FirstGen[T ,T2 ink19Inf](t T, t2 []T2) { t.Test()} |
泛型類(lèi)型
和C++中的模板類(lèi)類(lèi)似的，Go里面也有泛型類(lèi)型，它的定義也很簡(jiǎn)單
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type ink19Vector[T any] []T |
結(jié)構(gòu)相比與以前的類(lèi)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(lèi)似就不多介紹了。
對(duì)于泛型類(lèi)型，Go也可以定義相關(guān)的方法，譬如：
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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(lèi)型的變量，形成鏈表
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type List[T1, T2 any] struct { next *List[T1, T2] t1 T1 t2 T2} |
PS：依據(jù)提案中的說(shuō)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(wú)限遞歸。但是在1.18beta1版本的實(shí)測(cè)中，順序不一致的寫(xiě)法并不會(huì)報(bào)錯(cuò)。
Go暫時(shí)不支持方法的泛型。
類(lèi)型集合
雖然通過(guò)接口限制類(lèi)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(xiě)下如下的代碼：
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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(lái)說(shuō)，我們沒(méi)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)
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invalid operation: cannot compare a < b (operator < not defined on T) |
為了解決這一問(wèn)題，提案中提出了類(lèi)型集合的概念。
對(duì)于一個(gè)類(lèi)型，認(rèn)為它代表的類(lèi)型集合就是只包含這個(gè)類(lèi)型的集合，即對(duì)于類(lèi)型M來(lái)說(shuō)，其代表的類(lèi)型集合為{M}。而對(duì)于接口來(lái)說(shuō)，其對(duì)應(yīng)的類(lèi)型集合是無(wú)限的，只要一個(gè)類(lèi)型滿足接口的所有方法簽名，那么這個(gè)類(lèi)型就是屬于這個(gè)接口的類(lèi)型集合中。其實(shí)很容易理解類(lèi)型集合就是那個(gè)識(shí)別符可以代表的類(lèi)型的集合。
考慮集合的操作，對(duì)于下面這個(gè)例子
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type ink19Inf1 interface { What1()}type ink19Inf2 interface { What2()}type ink19Inf3 interface { What1() What2()} |
假設(shè)ink19Inf1的類(lèi)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(shuō)明實(shí)現(xiàn)并集。
為了進(jìn)一步的說(shuō)明類(lèi)型集合，我們先來(lái)回憶一下接口的定義，對(duì)于之前的接口來(lái)說(shuō)，接口的元素一共有兩種：方法簽名和其他接口。
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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(lái)說(shuō)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(lèi)型元素。以前的接口是不能用類(lèi)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(lèi)型作為元素的類(lèi)型集合。
第二個(gè)是增加了近似約束元素，寫(xiě)法是在類(lèi)型前面增加~符號(hào)，如
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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(lèi)型的集合。所以被~修飾的類(lèi)型也應(yīng)該是一個(gè)底層類(lèi)型，不然提供的集合就是空集，沒(méi)有任何意義。具體的區(qū)別可以看下面的這個(gè)例子。
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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(lèi)型集合只包含了int。另一個(gè)使用了第二種元素，它的類(lèi)型集合包含了所有以int為底層類(lèi)型的類(lèi)型。然后我們定義了一個(gè)MyInt類(lèi)型，它是以int為底層類(lèi)型的類(lèi)型。需要注意的是，在Go中MyInt和int是兩種不同的類(lèi)型。最后我們寫(xiě)兩個(gè)方法來(lái)分別使用兩個(gè)接口為約束。
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func ink19Print1[T ink19Inf3](t T) { fmt.Println(t)}func ink19Print2[T ink19Inf4](t T) { fmt.Println(t)}var data MyInt = 1ink19Print1(data) // 錯(cuò)誤ink19Print2(data) |
第三個(gè)元素是聯(lián)合約束。使用方法如下
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type ink19Inf5 interface { int | float32 | bool | ~string | ink19Inf3} |
使用方法非常簡(jiǎn)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(lèi)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(wèn)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(yǔ)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(lèi)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：
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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(kù)里面提供了一個(gè)constraints來(lái)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(guò)對(duì)所有的類(lèi)型進(jìn)行枚舉來(lái)實(shí)現(xiàn)。但是對(duì)于這兩個(gè)操作符，用戶(hù)自定義的類(lèi)型也會(huì)有這兩個(gè)操作符，沒(méi)辦法枚舉實(shí)現(xiàn)。官方給出的方法是通過(guò)使用一個(gè)一個(gè)內(nèi)建的約束comparable來(lái)完成操作。譬如
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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(lèi)型，而接口只能返回固定的接口類(lèi)型；
- 相比較于接口，泛型的約束可以有更多的操作。
總結(jié)
以上就是Go語(yǔ)言泛型的使用。總的來(lái)說(shuō)，比較完整，實(shí)現(xiàn)了大部分的功能，相比于接口，有一定的差異。從體驗(yàn)上來(lái)說(shuō)有較高的提升，但是其缺點(diǎn)也非常的多。首先是其后面提出的三種元素，它將接口和類(lèi)型限制隔離開(kāi)了，這是一個(gè)特別奇葩的操作，感覺(jué)不符合Go語(yǔ)言的簡(jiǎn)潔實(shí)現(xiàn)。添加的三種元素中，我們主要來(lái)看第三種，聯(lián)合。代碼在分析的時(shí)候會(huì)對(duì)每一個(gè)元素測(cè)試，看看能不能通過(guò)編譯。所以從集合的角度上來(lái)看，如果我們把一個(gè)類(lèi)型可以進(jìn)行的操作可做是一個(gè)集合，那么這一個(gè)聯(lián)合就是在一個(gè)限定的類(lèi)型集合里面（枚舉出的）對(duì)每一個(gè)類(lèi)型的操作集合進(jìn)行一個(gè)交集操作。回到原來(lái)，其實(shí)出現(xiàn)這個(gè)語(yǔ)法特性的最大原因就是Go語(yǔ)言不支持操作符重載，所以沒(méi)辦法對(duì)操作符進(jìn)行枚舉，那為什么不直接在這個(gè)版本實(shí)現(xiàn)操作符重載呢？或者直接不考慮這一部分，讓傳入的結(jié)構(gòu)體只能使用方法，不能使用操作符。并且，即使加入了這三種元素，還是有兩種操作符!=和==無(wú)法使用現(xiàn)在有的實(shí)現(xiàn)，只能使用一個(gè)內(nèi)建的符號(hào)來(lái)代表這一類(lèi)的方法，個(gè)人感覺(jué)非常丑陋。
到此這篇關(guān)于淺談Go1.18中的泛型編程的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Go 泛型編程內(nèi)容請(qǐng)搜索服務(wù)器之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持服務(wù)器之家！
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