Go 泛型的三個核心設計，你學會了嗎？
大家好，我是煎魚。
Go1.18 的泛型是鬧得沸沸揚揚，雖然之前寫過很多篇針對泛型的一些設計和思考。但因為泛型的提案之前一直還沒定型，所以就沒有寫完整介紹。
如今已經基本成型，就由煎魚帶大家一起摸透 Go 泛型。本文內容主要涉及泛型的 3 大核心概念，非常值得大家深入了解。
如下：
- 類型參數。
- 類型約束。
- 類型推導。
類型參數
類型參數，這個名詞。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據類型編寫的，我們將其稱之為類型參數。當程序運行通用代碼時，類型參數就會被類型參數所取代。也就是類型參數是泛型的抽象數據類型。
簡單的泛型例子：
- func Print(s []T) {
- for _, v := range s {
- fmt.Println(v)
- }
- }
代碼有一個 Print 函數，它打印出一個片斷的每個元素，其中片斷的元素類型，這里稱為 T，是未知的。
這里引出了一個要做泛型語法設計的點，那就是：T 的泛型類型參數，應該如何定義?
在現有的設計中，分為兩個部分：
- 類型參數列表：類型參數列表將會出現在常規參數的前面。為了區分類型參數列表和常規參數列表，類型參數列表使用方括號而不是小括號。
- 類型參數約束：如同常規參數有類型一樣，類型參數也有元類型，被稱為約束(后面會進一步介紹)。
結合完整的例子如下：
- // Print 可以打印任何片斷的元素。
- // Print 有一個類型參數 T，并有一個單一的（非類型）的 s，它是該類型參數的一個片斷。
- func Print[T any](s []T) {
- // do something...
- }
在上述代碼中，我們聲明了一個函數 Print，其有一個類型參數 T，類型約束為 any，表示為任意的類型，作用與 interface{} 一樣。他的入參變量 s 是類型 T 的切片。
函數聲明完了，在函數調用時，我們需要指定類型參數的類型。如下：
- Print[int]([]int{1, 2, 3})
在上述代碼中，我們指定了傳入的類型參數為 int，并傳入了 []int{1, 2, 3} 作為參數。
其他類型，例如 float64:
- Print[float64]([]float64{0.1, 0.2, 0.3})
也是類似的聲明方式，照著套就好了。
類型約束
說完類型參數，我們再說說 “約束”。在所有的類型參數中都要指定類型約束，才能叫做完整的泛型。
以下分為兩個部分來具體展開講解：
- 定義函數約束。
- 定義運算符越蘇
為什么要有類型約束
為了確保調用方能夠滿足接受方的程序訴求，保證程序中所應用的函數、運算符等特性能夠正常運行。
泛型的類型參數，類型約束，相輔相成。
定義函數約束
問題點
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
- }
該方法的實現目的是：任何類型的切片都能轉換成對應的字符串切片。但程序邏輯里有一個問題，那就是他的入參 T 是 any 類型，是任意類型都可以傳入。
其內部又調用了 String 方法，自然也就會報錯，因為只像是 int、float64 等類型，就可能沒有實現該方法。
你說要定義有效的類型約束，那像是上面的例子，在泛型中如何實現呢?
要求傳入方要有內置方法，就得定義一個 interface 來約束他。
單個類型
例子如下：
- type Stringer interface {
- String() string
- }
在泛型方法中應用：
- func Stringify[T Stringer](s []T) (ret []string) {
- for _, v := range s {
- ret = append(ret, v.String())
- }
- return ret
- }
再將 Stringer 類型放到原有的 any 類型處，就可以實現程序所需的訴求了。
多個類型
如果是多個類型約束。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
- }
與常規的入參、出參類型聲明一樣的規則。
定義運算符約束
完成了函數約束的定義后，剩下一個要啃的大骨頭就是 “運算符” 的約束了。
問題點
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
- }
經過上面的函數例子，我們很快能意識到這個程序根本無法運行成功。
其入參是 any 類型，程序內部是按 slice 類型來獲取值，且在內部又進行運算符比較，那如果真是 slice，內部就可能每個值類型都不一樣。
如果一個是 slice，一個是 int 類型，又如何進行運算符的值對比?
近似元素
可能有的同學想到了重載運算符，但...想太多了，Go 語言沒有支持的計劃。為此做了一個新的設計，那就是允許限制類型參數的類型范圍。
語法如下：
- InterfaceType = "interface" "{" {(MethodSpec | InterfaceTypeName | ConstraintElem) ";" } "}" .
- ConstraintElem = ConstraintTerm { "|" ConstraintTerm } .
- ConstraintTerm = ["~"] Type .
例子如下：
- type AnyInt interface{ ~int }
上述聲明的類型集是 ~int，也就是所有類型為 int 的類型(如：int、int8、int16、int32、int64)都能夠滿足這個類型約束的條件。
包括底層類型是 int8 類型的，例如：
- type AnyInt8 int8
也就是在該匹配范圍內的。
聯合元素
如果希望進一步縮小限定類型，可以結合分隔符來使用，用法為：
- type AnyInt interface{
- ~int8 | ~int64
- }
就可以將類型集限定在 int8 和 int64 之中。
實現運算符約束
基于新的語法，結合新的概念聯合和近似元素，可以把程序改造一下，實現在泛型中的運算符的匹配。
類型約束的聲明，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
- }
確保了值均為基礎數據類型后，程序就可以正常運行了。
類型推導
程序員寫代碼，一定程度的偷懶是必然的。
在一定的場景下，可以通過類型推導來避免明確地寫出一些或所有的類型參數，編譯器會進行自動識別。
建議復雜函數和參數能明確是最好的，否則讀代碼的同學會比較麻煩，可讀性和可維護性的保證也是工作中重要的一點。
參數推導
函數例子。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
明確指定兩個類型參數。如下：
- r = Map[int, int64](s, f)
只指定第一個類型參數，變量 f 被推斷出來。如下：
- r = Map[int](s, f)
不指定任何類型參數，讓兩者都被推斷出來。如下：
- r = Map(s, f)
約束推導
神奇的在于，類型推導不僅限與此，連約束都可以推導。
函數例子，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
- }
基于此的推導案例，如下：
- type MySlice []int
- var V1 = Double(MySlice{1})
MySlice 是一個 int 的切片類型別名。變量 V1 的類型編譯器推導后 []int 類型，并不是 MySlice。
原因在于編譯器在比較兩者的類型時，會將 MySlice 類型識別為 []int，也就是 int 類型。
要實現 “正確” 的推導，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
- }
基于此的推導案例。如下：
- var V2 = DoubleDefined[MySlice, int](MySlice{1})
只要定義顯式類型參數，就可以獲得正確的類型，變量 V2 的類型會是 MySlice。
那如果不聲明約束呢?如下：
- var V3 = DoubleDefined(MySlice{1})
編譯器通過函數參數進行推導，也可以明確變量 V3 類型是 MySlice。
總結
今天我們在文章中給大家介紹了泛型的三個重要概念，分別是：
類型參數：泛型的抽象數據類型。
類型約束：確保調用方能夠滿足接受方的程序訴求。
類型推導：避免明確地寫出一些或所有的類型參數。
在內容中也涉及到了聯合元素、近似元素、函數約束、運算符約束等新概念。本質上都是基于三個大概念延伸出來的新解決方法，一環扣一環。
你學會 Go 泛型了嗎，設計的如何，歡迎一起討論：)
參考
Type Parameters Proposal
Summary of Go Generics Discussions
Go語言泛型設計
