Go 泛型的三個(gè)核心設(shè)計(jì)，你學(xué)會(huì)了嗎？
大家好，我是煎魚(yú)。
Go1.18 的泛型是鬧得沸沸揚(yáng)揚(yáng)，雖然之前寫(xiě)過(guò)很多篇針對(duì)泛型的一些設(shè)計(jì)和思考。但因?yàn)榉盒偷奶岚钢耙恢边€沒(méi)定型，所以就沒(méi)有寫(xiě)完整介紹。
如今已經(jīng)基本成型，就由煎魚(yú)帶大家一起摸透 Go 泛型。本文內(nèi)容主要涉及泛型的 3 大核心概念，非常值得大家深入了解。
如下：
- 類(lèi)型參數(shù)。
- 類(lèi)型約束。
- 類(lèi)型推導(dǎo)。
類(lèi)型參數(shù)
類(lèi)型參數(shù)，這個(gè)名詞。不熟悉的小伙伴咋一看就懵逼了。
泛型代碼是使用抽象的數(shù)據(jù)類(lèi)型編寫(xiě)的，我們將其稱(chēng)之為類(lèi)型參數(shù)。當(dāng)程序運(yùn)行通用代碼時(shí)，類(lèi)型參數(shù)就會(huì)被類(lèi)型參數(shù)所取代。也就是類(lèi)型參數(shù)是泛型的抽象數(shù)據(jù)類(lèi)型。
簡(jiǎn)單的泛型例子：
- func Print(s []T) {
- for _, v := range s {
- fmt.Println(v)
- }
- }
代碼有一個(gè) Print 函數(shù)，它打印出一個(gè)片斷的每個(gè)元素，其中片斷的元素類(lèi)型，這里稱(chēng)為 T，是未知的。
這里引出了一個(gè)要做泛型語(yǔ)法設(shè)計(jì)的點(diǎn)，那就是：T 的泛型類(lèi)型參數(shù)，應(yīng)該如何定義?
在現(xiàn)有的設(shè)計(jì)中，分為兩個(gè)部分：
- 類(lèi)型參數(shù)列表：類(lèi)型參數(shù)列表將會(huì)出現(xiàn)在常規(guī)參數(shù)的前面。為了區(qū)分類(lèi)型參數(shù)列表和常規(guī)參數(shù)列表，類(lèi)型參數(shù)列表使用方括號(hào)而不是小括號(hào)。
- 類(lèi)型參數(shù)約束：如同常規(guī)參數(shù)有類(lèi)型一樣，類(lèi)型參數(shù)也有元類(lèi)型，被稱(chēng)為約束(后面會(huì)進(jìn)一步介紹)。
結(jié)合完整的例子如下：
- // Print 可以打印任何片斷的元素。
- // Print 有一個(gè)類(lèi)型參數(shù) T，并有一個(gè)單一的（非類(lèi)型）的 s，它是該類(lèi)型參數(shù)的一個(gè)片斷。
- func Print[T any](s []T) {
- // do something...
- }
在上述代碼中，我們聲明了一個(gè)函數(shù) Print，其有一個(gè)類(lèi)型參數(shù) T，類(lèi)型約束為 any，表示為任意的類(lèi)型，作用與 interface{} 一樣。他的入?yún)⒆兞?s 是類(lèi)型 T 的切片。
函數(shù)聲明完了，在函數(shù)調(diào)用時(shí)，我們需要指定類(lèi)型參數(shù)的類(lèi)型。如下：
- Print[int]([]int{1, 2, 3})
在上述代碼中，我們指定了傳入的類(lèi)型參數(shù)為 int，并傳入了 []int{1, 2, 3} 作為參數(shù)。
其他類(lèi)型，例如 float64:
- Print[float64]([]float64{0.1, 0.2, 0.3})
也是類(lèi)似的聲明方式，照著套就好了。
類(lèi)型約束
說(shuō)完類(lèi)型參數(shù)，我們?cè)僬f(shuō)說(shuō) “約束”。在所有的類(lèi)型參數(shù)中都要指定類(lèi)型約束，才能叫做完整的泛型。
以下分為兩個(gè)部分來(lái)具體展開(kāi)講解：
- 定義函數(shù)約束。
- 定義運(yùn)算符越蘇
為什么要有類(lèi)型約束
為了確保調(diào)用方能夠滿足接受方的程序訴求，保證程序中所應(yīng)用的函數(shù)、運(yùn)算符等特性能夠正常運(yùn)行。
泛型的類(lèi)型參數(shù)，類(lèi)型約束，相輔相成。
定義函數(shù)約束
問(wèn)題點(diǎn)
我們看看 Go 官方所提供的例子：
- func Stringify[T any](s []T) (ret []string) {
- for _, v := range s {
- ret = append(ret, v.String()) // INVALID
- }
- return ret
- }
該方法的實(shí)現(xiàn)目的是：任何類(lèi)型的切片都能轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的字符串切片。但程序邏輯里有一個(gè)問(wèn)題，那就是他的入?yún)?T 是 any 類(lèi)型，是任意類(lèi)型都可以傳入。
其內(nèi)部又調(diào)用了 String 方法，自然也就會(huì)報(bào)錯(cuò)，因?yàn)橹幌袷?int、float64 等類(lèi)型，就可能沒(méi)有實(shí)現(xiàn)該方法。
你說(shuō)要定義有效的類(lèi)型約束，那像是上面的例子，在泛型中如何實(shí)現(xiàn)呢?
要求傳入方要有內(nèi)置方法，就得定義一個(gè) interface 來(lái)約束他。
單個(gè)類(lèi)型
例子如下：
- type Stringer interface {
- String() string
- }
在泛型方法中應(yīng)用：
- func Stringify[T Stringer](s []T) (ret []string) {
- for _, v := range s {
- ret = append(ret, v.String())
- }
- return ret
- }
再將 Stringer 類(lèi)型放到原有的 any 類(lèi)型處，就可以實(shí)現(xiàn)程序所需的訴求了。
多個(gè)類(lèi)型
如果是多個(gè)類(lèi)型約束。例子如下：
- type Stringer interface {
- String() string
- }
- type Plusser interface {
- Plus(string) string
- }
- func ConcatTo[S Stringer, P Plusser](s []S, p []P) []string {
- r := make([]string, len(s))
- for i, v := range s {
- r[i] = p[i].Plus(v.String())
- }
- return r
- }
與常規(guī)的入?yún)?、出參?lèi)型聲明一樣的規(guī)則。
定義運(yùn)算符約束
完成了函數(shù)約束的定義后，剩下一個(gè)要啃的大骨頭就是 “運(yùn)算符” 的約束了。
問(wèn)題點(diǎn)
我們看看 Go 官方的例子：
- func Smallest[T any](s []T) T {
- r := s[0] // panic if slice is empty
- for _, v := range s[1:] {
- if v < r { // INVALID
- r = v
- }
- }
- return r
- }
經(jīng)過(guò)上面的函數(shù)例子，我們很快能意識(shí)到這個(gè)程序根本無(wú)法運(yùn)行成功。
其入?yún)⑹?any 類(lèi)型，程序內(nèi)部是按 slice 類(lèi)型來(lái)獲取值，且在內(nèi)部又進(jìn)行運(yùn)算符比較，那如果真是 slice，內(nèi)部就可能每個(gè)值類(lèi)型都不一樣。
如果一個(gè)是 slice，一個(gè)是 int 類(lèi)型，又如何進(jìn)行運(yùn)算符的值對(duì)比?
近似元素
可能有的同學(xué)想到了重載運(yùn)算符，但...想太多了，Go 語(yǔ)言沒(méi)有支持的計(jì)劃。為此做了一個(gè)新的設(shè)計(jì)，那就是允許限制類(lèi)型參數(shù)的類(lèi)型范圍。
語(yǔ)法如下：
- InterfaceType = "interface" "{" {(MethodSpec | InterfaceTypeName | ConstraintElem) ";" } "}" .
- ConstraintElem = ConstraintTerm { "|" ConstraintTerm } .
- ConstraintTerm = ["~"] Type .
例子如下：
- type AnyInt interface{ ~int }
上述聲明的類(lèi)型集是 ~int，也就是所有類(lèi)型為 int 的類(lèi)型(如：int、int8、int16、int32、int64)都能夠滿足這個(gè)類(lèi)型約束的條件。
包括底層類(lèi)型是 int8 類(lèi)型的，例如：
- type AnyInt8 int8
也就是在該匹配范圍內(nèi)的。
聯(lián)合元素
如果希望進(jìn)一步縮小限定類(lèi)型，可以結(jié)合分隔符來(lái)使用，用法為：
- type AnyInt interface{
- ~int8 | ~int64
- }
就可以將類(lèi)型集限定在 int8 和 int64 之中。
實(shí)現(xiàn)運(yùn)算符約束
基于新的語(yǔ)法，結(jié)合新的概念聯(lián)合和近似元素，可以把程序改造一下，實(shí)現(xiàn)在泛型中的運(yùn)算符的匹配。
類(lèi)型約束的聲明，如下：
- type Ordered interface {
- ~int | ~int8 | ~int16 | ~int32 | ~int64 |
- ~uint | ~uint8 | ~uint16 | ~uint32 | ~uint64 | ~uintptr |
- ~float32 | ~float64 |
- ~string
- }
應(yīng)用的程序如下：
- func Smallest[T Ordered](s []T) T {
- r := s[0] // panics if slice is empty
- for _, v := range s[1:] {
- if v < r {
- r = v
- }
- }
- return r
- }
確保了值均為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)類(lèi)型后，程序就可以正常運(yùn)行了。
類(lèi)型推導(dǎo)
程序員寫(xiě)代碼，一定程度的偷懶是必然的。
在一定的場(chǎng)景下，可以通過(guò)類(lèi)型推導(dǎo)來(lái)避免明確地寫(xiě)出一些或所有的類(lèi)型參數(shù)，編譯器會(huì)進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別。
建議復(fù)雜函數(shù)和參數(shù)能明確是最好的，否則讀代碼的同學(xué)會(huì)比較麻煩，可讀性和可維護(hù)性的保證也是工作中重要的一點(diǎn)。
參數(shù)推導(dǎo)
函數(shù)例子。如下：
- func Map[F, T any](s []F, f func(F) T) []T { ... }
公共代碼片段。如下：
- var s []int
- f := func(i int) int64 { return int64(i) }
- var r []int64
明確指定兩個(gè)類(lèi)型參數(shù)。如下：
- r = Map[int, int64](s, f)
只指定第一個(gè)類(lèi)型參數(shù)，變量 f 被推斷出來(lái)。如下：
- r = Map[int](s, f)
不指定任何類(lèi)型參數(shù)，讓兩者都被推斷出來(lái)。如下：
- r = Map(s, f)
約束推導(dǎo)
神奇的在于，類(lèi)型推導(dǎo)不僅限與此，連約束都可以推導(dǎo)。
函數(shù)例子，如下：
- func Double[E constraints.Number](s []E) []E {
- r := make([]E, len(s))
- for i, v := range s {
- r[i] = v + v
- }
- return r
- }
基于此的推導(dǎo)案例，如下：
- type MySlice []int
- var V1 = Double(MySlice{1})
MySlice 是一個(gè) int 的切片類(lèi)型別名。變量 V1 的類(lèi)型編譯器推導(dǎo)后 []int 類(lèi)型，并不是 MySlice。
原因在于編譯器在比較兩者的類(lèi)型時(shí)，會(huì)將 MySlice 類(lèi)型識(shí)別為 []int，也就是 int 類(lèi)型。
要實(shí)現(xiàn) “正確” 的推導(dǎo)，需要如下定義：
- type SC[E any] interface {
- []E
- }
- func DoubleDefined[S SC[E], E constraints.Number](s S) S {
- r := make(S, len(s))
- for i, v := range s {
- r[i] = v + v
- }
- return r
- }
基于此的推導(dǎo)案例。如下：
- var V2 = DoubleDefined[MySlice, int](MySlice{1})
只要定義顯式類(lèi)型參數(shù)，就可以獲得正確的類(lèi)型，變量 V2 的類(lèi)型會(huì)是 MySlice。
那如果不聲明約束呢?如下：
- var V3 = DoubleDefined(MySlice{1})
編譯器通過(guò)函數(shù)參數(shù)進(jìn)行推導(dǎo)，也可以明確變量 V3 類(lèi)型是 MySlice。
總結(jié)
今天我們?cè)谖恼轮薪o大家介紹了泛型的三個(gè)重要概念，分別是：
類(lèi)型參數(shù)：泛型的抽象數(shù)據(jù)類(lèi)型。
類(lèi)型約束：確保調(diào)用方能夠滿足接受方的程序訴求。
類(lèi)型推導(dǎo)：避免明確地寫(xiě)出一些或所有的類(lèi)型參數(shù)。
在內(nèi)容中也涉及到了聯(lián)合元素、近似元素、函數(shù)約束、運(yùn)算符約束等新概念。本質(zhì)上都是基于三個(gè)大概念延伸出來(lái)的新解決方法，一環(huán)扣一環(huán)。
你學(xué)會(huì) Go 泛型了嗎，設(shè)計(jì)的如何，歡迎一起討論：)
參考
Type Parameters Proposal
Summary of Go Generics Discussions
Go語(yǔ)言泛型設(shè)計(jì)
