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Go 1.18新特性之泛型的全面講解

 更新時(shí)間:2023年03月09日 10:26:54   作者:WonderfulSoap  
本文力求能讓未接觸過(guò)泛型編程的人也能較好理解Go的泛型,所以行文可能略顯啰嗦。但是請(qǐng)相信我,看完這篇文章你能獲得對(duì)Go泛型非常全面的了解

2022年3月15日,爭(zhēng)議非常大但同時(shí)也備受期待的泛型終于伴隨著Go1.18發(fā)布了。

可是因?yàn)镚o對(duì)泛型的支持時(shí)間跨度太大,有非常多的以“泛型”為關(guān)鍵字的文章都是在介紹Go1.18之前的舊泛型提案或者設(shè)計(jì),而很多設(shè)計(jì)最終在Go1.18中被廢棄或發(fā)生了更改。并且很多介紹Go1.18泛型的文章(包括官方的)都過(guò)于簡(jiǎn)單,并沒(méi)對(duì)Go的泛型做完整的介紹,也沒(méi)讓大家意識(shí)到這次Go引入泛型給語(yǔ)言增加了多少?gòu)?fù)雜度(當(dāng)然也可能單純是我沒(méi)搜到更好的文章)

出于這些原因,我決定參考 The Go Programming Language Specification ,寫一篇比較完整系統(tǒng)介紹Go1.18 泛型的文章。這篇文章可能是目前介紹Go泛型比較全面的文章之一了。

1. 一切從函數(shù)的形參和實(shí)參說(shuō)起

假設(shè)我們有個(gè)計(jì)算兩數(shù)之和的函數(shù)

func?Add(a?int,?b?int)?int?{
????return?a?+?b
}

這個(gè)函數(shù)很簡(jiǎn)單,但是它有個(gè)問(wèn)題——無(wú)法計(jì)算int類型之外的和。如果我們想計(jì)算浮點(diǎn)或者字符串的和該怎么辦?解決辦法之一就是像下面這樣為不同類型定義不同的函數(shù)

func?AddFloat32(a?float32,?b?float32)?float32?{
????return?a?+?b
}

func?AddString(a?string,?b?string)?string?{
????return?a?+?b
}

可是除此之外還有沒(méi)有更好的方法?答案是有的,我們可以來(lái)回顧下函數(shù)的 形參(parameter) 和 實(shí)參(argument) 這一基本概念:

func?Add(a?int,?b?int)?int?{??
????//?變量a,b是函數(shù)的形參???"a?int,?b?int"?這一串被稱為形參列表
????return?a?+?b
}

Add(100,200)?//?調(diào)用函數(shù)時(shí),傳入的100和200是實(shí)參

我們知道,函數(shù)的 形參(parameter) 只是類似占位符的東西并沒(méi)有具體的值,只有我們調(diào)用函數(shù)傳入 實(shí)參(argument) 之后才有具體的值。

那么,如果我們將 形參 實(shí)參 這個(gè)概念推廣一下,給變量的類型也引入和類似形參實(shí)參的概念的話,問(wèn)題就迎刃而解:在這里我們將其稱之為 類型形參(type parameter) 和 類型實(shí)參(type argument),如下:

//?假設(shè)?T?是類型形參,在定義函數(shù)時(shí)它的類型是不確定的,類似占位符
func?Add(a?T,?b?T)?T?{??
????return?a?+?b
}

在上面這段偽代碼中, T 被稱為 類型形參(type parameter), 它不是具體的類型,在定義函數(shù)時(shí)類型并不確定。因?yàn)?T 的類型并不確定,所以我們需要像函數(shù)的形參那樣,在調(diào)用函數(shù)的時(shí)候再傳入具體的類型。這樣我們不就能一個(gè)函數(shù)同時(shí)支持多個(gè)不同的類型了嗎?在這里被傳入的具體類型被稱為 類型實(shí)參(type argument):

下面一段偽代碼展示了調(diào)用函數(shù)時(shí)傳入類型實(shí)參的方式:

//?[T=int]中的?int?是類型實(shí)參,代表著函數(shù)Add()定義中的類型形參?T?全都被?int?替換
Add[T=int](100,?200)??
//?傳入類型實(shí)參int后,Add()函數(shù)的定義可近似看成下面這樣:
func?Add(?a?int,?b?int)?int?{
????return?a?+?b
}

//?另一個(gè)例子:當(dāng)我們想要計(jì)算兩個(gè)字符串之和的時(shí)候,就傳入string類型實(shí)參
Add[T=string]("Hello",?"World")?
//?類型實(shí)參string傳入后,Add()函數(shù)的定義可近似視為如下
func?Add(?a?string,?b?string)?string?{
????return?a?+?b
}

通過(guò)引入 類型形參 和 類型實(shí)參 這兩個(gè)概念,我們讓一個(gè)函數(shù)獲得了處理多種不同類型數(shù)據(jù)的能力,這種編程方式被稱為 泛型編程。

可能你會(huì)已奇怪,我通過(guò)Go的 接口+反射 不也能實(shí)現(xiàn)這樣的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)處理嗎?是的,泛型能實(shí)現(xiàn)的功能通過(guò)接口+反射也基本能實(shí)現(xiàn)。但是使用過(guò)反射的人都知道反射機(jī)制有很多問(wèn)題:

1、 用起來(lái)麻煩

2、失去了編譯時(shí)的類型檢查,不仔細(xì)寫容易出錯(cuò)

3、性能不太理想

而在泛型適用的時(shí)候,它能解決上面這些問(wèn)題。但這也不意味著泛型是萬(wàn)金油,泛型有著自己的適用場(chǎng)景,當(dāng)你疑惑是不是該用泛型的話,請(qǐng)記住下面這條經(jīng)驗(yàn):

如果你經(jīng)常要分別為不同的類型寫完全相同邏輯的代碼,那么使用泛型將是最合適的選擇

2. Go的泛型

通過(guò)上面的偽代碼,我們實(shí)際上已經(jīng)對(duì)Go的泛型編程有了最初步也是最重要的認(rèn)識(shí)—— 類型形參 和 類型實(shí)參。而Go1.18也是通過(guò)這種方式實(shí)現(xiàn)的泛型,但是單純的形參實(shí)參是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能實(shí)現(xiàn)泛型編程的,所以Go還引入了非常多全新的概念:

1、類型形參 (Type parameter)

2、類型實(shí)參(Type argument)

3、類型形參列表( Type parameter list)

4、類型約束(Type constraint)

5、實(shí)例化(Instantiations)

6、泛型類型(Generic type)

7、泛型接收器(Generic receiver)

8、泛型函數(shù)(Generic function)

等等等等。啊,實(shí)在概念太多了頭暈?沒(méi)事請(qǐng)跟著我慢慢來(lái),首先從 泛型類型(generic type) 講起。

3. 類型形參、類型實(shí)參、類型約束和泛型類型

觀察下面這個(gè)簡(jiǎn)單的例子:

type?IntSlice?[]int

var?a?IntSlice?=?[]int{1,?2,?3}?//?正確
var?b?IntSlice?=?[]float32{1.0,?2.0,?3.0}?//???錯(cuò)誤,因?yàn)镮ntSlice的底層類型是[]int,浮點(diǎn)類型的切片無(wú)法賦值

這里定義了一個(gè)新的類型 IntSlice ,它的底層類型是 []int ,理所當(dāng)然只有int類型的切片能賦值給 IntSlice 類型的變量。

接下來(lái)如果我們想要定義一個(gè)可以容納 float32 或 string 等其他類型的切片的話該怎么辦?很簡(jiǎn)單,給每種類型都定義個(gè)新類型:

type?StringSlice?[]string
type?Float32Slie?[]float32
type?Float64Slice?[]float64

但是這樣做的問(wèn)題顯而易見(jiàn),它們結(jié)構(gòu)都是一樣的只是成員類型不同就需要重新定義這么多新類型。那么有沒(méi)有一個(gè)辦法能只定義一個(gè)類型就能代表上面這所有的類型呢?答案是可以的,這時(shí)候就需要用到泛型了:

type?Slice[T?int|float32|float64?]?[]T

不同于一般的類型定義,這里類型名稱 Slice 后帶了中括號(hào),對(duì)各個(gè)部分做一個(gè)解說(shuō)就是:

1、 T 就是上面介紹過(guò)的類型形參(Type parameter),在定義Slice類型的時(shí)候 T 代表的具體類型并不確定,類似一個(gè)占位符

2、 int|float32|float64 這部分被稱為類型約束(Type constraint),中間的 | 的意思是告訴編譯器,類型形參 T 只可以接收 int 或 float32 或 float64 這三種類型的實(shí)參

3、 中括號(hào)里的 T int|float32|float64 這一整串因?yàn)槎x了所有的類型形參(在這個(gè)例子里只有一個(gè)類型形參T),所以我們稱其為 類型形參列表(type parameter list)

4、 這里新定義的類型名稱叫 Slice[T]

這種類型定義的方式中帶了類型形參,很明顯和普通的類型定義非常不一樣,所以我們將這種

類型定義中帶 類型形參 的類型,稱之為 泛型類型(Generic type)

泛型類型不能直接拿來(lái)使用,必須傳入 類型實(shí)參(Type argument) 將其確定為具體的類型之后才可使用。而傳入類型實(shí)參確定具體類型的操作被稱為 實(shí)例化(Instantiations) :

//?這里傳入了類型實(shí)參int,泛型類型Slice[T]被實(shí)例化為具體的類型?Slice[int]
var?a?Slice[int]?=?[]int{1,?2,?3}??
fmt.Printf("Type?Name:?%T",a)??//輸出:Type?Name:?Slice[int]

//?傳入類型實(shí)參float32,?將泛型類型Slice[T]實(shí)例化為具體的類型?Slice[string]
var?b?Slice[float32]?=?[]float32{1.0,?2.0,?3.0}?
fmt.Printf("Type?Name:?%T",b)??//輸出:Type?Name:?Slice[float32]

//???錯(cuò)誤。因?yàn)樽兞縜的類型為Slice[int],b的類型為Slice[float32],兩者類型不同
a?=?b??

//???錯(cuò)誤。string不在類型約束?int|float32|float64?中,不能用來(lái)實(shí)例化泛型類型
var?c?Slice[string]?=?[]string{"Hello",?"World"}?

//???錯(cuò)誤。Slice[T]是泛型類型,不可直接使用必須實(shí)例化為具體的類型
var?x?Slice[T]?=?[]int{1,?2,?3}?

對(duì)于上面的例子,我們先給泛型類型 Slice[T] 傳入了類型實(shí)參 int ,這樣泛型類型就被實(shí)例化為了具體類型 Slice[int] ,被實(shí)例化之后的類型定義可近似視為如下:

type?Slice[int]?[]int?????//?定義了一個(gè)普通的類型?Slice[int]?,它的底層類型是?[]int

我們用實(shí)例化后的類型 Slice[int] 定義了一個(gè)新的變量 a ,這個(gè)變量可以存儲(chǔ)int類型的切片。之后我們還用同樣的方法實(shí)例化出了另一個(gè)類型 Slice[float32] ,并創(chuàng)建了變量 b 。

因?yàn)樽兞?a 和 b 就是具體的不同類型了(一個(gè) Slice[int] ,一個(gè) Slice[float32]),所以 a = b 這樣不同類型之間的變量賦值是不允許的。

同時(shí),因?yàn)?Slice[T] 的類型約束限定了只能使用 int 或 float32 或 float64 來(lái)實(shí)例化自己,所以 Slice[string] 這樣使用 string 類型來(lái)實(shí)例化是錯(cuò)誤的。

上面只是個(gè)最簡(jiǎn)單的例子,實(shí)際上類型形參的數(shù)量可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止一個(gè),如下:

//?MyMap類型定義了兩個(gè)類型形參?KEY?和?VALUE。分別為兩個(gè)形參指定了不同的類型約束
//?這個(gè)泛型類型的名字叫:?MyMap[KEY,?VALUE]
type?MyMap[KEY?int?|?string,?VALUE?float32?|?float64]?map[KEY]VALUE??

//?用類型實(shí)參?string?和?flaot64?替換了類型形參?KEY?、?VALUE,泛型類型被實(shí)例化為具體的類型:MyMap[string,?float64]
var?a?MyMap[string,?float64]?=?map[string]float64{
????"jack_score":?9.6,
????"bob_score":??8.4,
}

用上面的例子重新復(fù)習(xí)下各種概念的話:

1、KEY和VALUE是類型形參

2、int|string 是KEY的類型約束, float32|float64 是VALUE的類型約束

3、KEY int|string, VALUE float32|float64 整個(gè)一串文本因?yàn)槎x了所有形參所以被稱為類型形參列表

4、Map[KEY, VALUE] 是泛型類型,類型的名字就叫 Map[KEY, VALUE]

5、var a MyMap[string, float64] = xx 中的string和float64是類型實(shí)參,用于分別替換KEY和VALUE,實(shí)例化出了具體的類型 MyMap[string, float64]

還有點(diǎn)頭暈?沒(méi)事,的確一下子有太多概念了,這里用一張圖就能簡(jiǎn)單說(shuō)清楚:

3.1 其他的泛型類型

所有類型定義都可使用類型形參,所以下面這種結(jié)構(gòu)體以及接口的定義也可以使用類型形參:

//?一個(gè)泛型類型的結(jié)構(gòu)體。可用?int?或?sring?類型實(shí)例化
type?MyStruct[T?int?|?string]?struct?{??
????Name?string
????Data?T
}

//?一個(gè)泛型接口(關(guān)于泛型接口在后半部分會(huì)詳細(xì)講解)
type?IPrintData[T?int?|?float32?|?string]?interface?{
????Print(data?T)
}

//?一個(gè)泛型通道,可用類型實(shí)參?int?或?string?實(shí)例化
type?MyChan[T?int?|?string]?chan?T

3.2 類型形參的互相套用

類型形參是可以互相套用的,如下

type?WowStruct[T?int?|?float32,?S?[]T]?struct?{
????Data?????S
????MaxValue?T
????MinValue?T
}

這個(gè)例子看起來(lái)有點(diǎn)復(fù)雜且難以理解,但實(shí)際上只要記住一點(diǎn):任何泛型類型都必須傳入類型實(shí)參實(shí)例化才可以使用。所以我們這就嘗試傳入類型實(shí)參看看:

var?ws?WowStruct[int,?[]int]
//?泛型類型?WowStuct[T,?S]?被實(shí)例化后的類型名稱就叫?WowStruct[int,?[]int]

上面的代碼中,我們?yōu)門傳入了實(shí)參 int,然后因?yàn)?S 的定義是 []T ,所以 S 的實(shí)參自然是 []int 。經(jīng)過(guò)實(shí)例化之后 WowStruct[T,S] 的定義類似如下:

//?一個(gè)存儲(chǔ)int類型切片,以及切片中最大、最小值的結(jié)構(gòu)體
type?WowStruct[int,?[]int]?struct?{
????Data?????[]int
????MaxValue?int
????MinValue?int
}

因?yàn)?S 的定義是 []T ,所以 T 一定決定了的話 S 的實(shí)參就不能隨便亂傳了,下面這樣的代碼是錯(cuò)誤的:

//?錯(cuò)誤。S的定義是[]T,這里T傳入了實(shí)參int,?所以S的實(shí)參應(yīng)當(dāng)為?[]int?而不能是?[]float32
ws?:=?WowStruct[int,?[]float32]{
????????Data:?????[]float32{1.0,?2.0,?3.0},
????????MaxValue:?3,
????????MinValue:?1,
????}

3.3 幾種語(yǔ)法錯(cuò)誤

定義泛型類型的時(shí)候,基礎(chǔ)類型不能只有類型形參,如下:

//?錯(cuò)誤,類型形參不能單獨(dú)使用
type?CommonType[T?int|string|float32]?T

當(dāng)類型約束的一些寫法會(huì)被編譯器誤認(rèn)為是表達(dá)式時(shí)會(huì)報(bào)錯(cuò)。如下:

//??錯(cuò)誤。T?*int會(huì)被編譯器誤認(rèn)為是表達(dá)式?T乘以int,而不是int指針
type?NewType[T?*int]?[]T
//?上面代碼再編譯器眼中:它認(rèn)為你要定義一個(gè)存放切片的數(shù)組,數(shù)組長(zhǎng)度由?T?乘以?int?計(jì)算得到
type?NewType?[T?*?int][]T?

//??錯(cuò)誤。和上面一樣,這里不光*被會(huì)認(rèn)為是乘號(hào),|?還會(huì)被認(rèn)為是按位或操作
type?NewType2[T?*int|*float64]?[]T?

//??錯(cuò)誤
type?NewType2?[T?(int)]?[]T?

為了避免這種誤解,解決辦法就是給類型約束包上 interface{} 或加上逗號(hào)消除歧義(關(guān)于接口具體的用法會(huì)在后半篇提及)

type?NewType[T?interface{*int}]?[]T
type?NewType2[T?interface{*int|*float64}]?[]T?

//?如果類型約束中只有一個(gè)類型,可以添加個(gè)逗號(hào)消除歧義
type?NewType3[T?*int,]?[]T

//??錯(cuò)誤。如果類型約束不止一個(gè)類型,加逗號(hào)是不行的
type?NewType4[T?*int|*float32,]?[]T?

因?yàn)樯厦娑禾?hào)的用法限制比較大,這里推薦統(tǒng)一用 interface{} 解決問(wèn)題。

3.4 特殊的泛型類型

這里討論種比較特殊的泛型類型,如下:

type?Wow[T?int?|?string]?int

var?a?Wow[int]?=?123?????//?編譯正確
var?b?Wow[string]?=?123??//?編譯正確
var?c?Wow[string]?=?"hello"?//?編譯錯(cuò)誤,因?yàn)?hello"不能賦值給底層類型int

這里雖然使用了類型形參,但因?yàn)轭愋投x是 type Wow[T int|string] int ,所以無(wú)論傳入什么類型實(shí)參,實(shí)例化后的新類型的底層類型都是 int 。所以int類型的數(shù)字123可以賦值給變量a和b,但string類型的字符串 “hello” 不能賦值給c

這個(gè)例子沒(méi)有什么具體意義,但是可以讓我們理解泛型類型的實(shí)例化的機(jī)制。

3.5 泛型類型的套娃

泛型和普通的類型一樣,可以互相嵌套定義出更加復(fù)雜的新類型,如下:

//?先定義個(gè)泛型類型?Slice[T]
type?Slice[T?int|string|float32|float64]?[]T

//???錯(cuò)誤。泛型類型Slice[T]的類型約束中不包含uint,?uint8
type?UintSlice[T?uint|uint8]?Slice[T]??

//???正確?;诜盒皖愋蚐lice[T]定義了新的泛型類型?FloatSlice[T]?。FloatSlice[T]只接受float32和float64兩種類型
type?FloatSlice[T?float32|float64]?Slice[T]?

//???正確。基于泛型類型Slice[T]定義的新泛型類型?IntAndStringSlice[T]
type?IntAndStringSlice[T?int|string]?Slice[T]??
//???正確?基于IntAndStringSlice[T]套娃定義出的新泛型類型
type?IntSlice[T?int]?IntAndStringSlice[T]?

//?在map中套一個(gè)泛型類型Slice[T]
type?WowMap[T?int|string]?map[string]Slice[T]
//?在map中套Slice[T]的另一種寫法
type?WowMap2[T?Slice[int]?|?Slice[string]]?map[string]T

3.6 類型約束的兩種選擇

觀察下面兩種類型約束的寫法

type?WowStruct[T?int|string]?struct?{
????Name?string
????Data?[]T
}

type?WowStruct2[T?[]int|[]string]?struct?{
????Name?string
????Data?T
}

僅限于這個(gè)例子,這兩種寫法和實(shí)現(xiàn)的功能其實(shí)是差不多的,實(shí)例化之后結(jié)構(gòu)體相同。但是像下面這種情況的時(shí)候,我們使用前一種寫法會(huì)更好:

type?WowStruct3[T?int?|?string]?struct?{
????Data?????[]T
????MaxValue?T
????MinValue?T
}

3.7 匿名結(jié)構(gòu)體不支持泛型

我們有時(shí)候會(huì)經(jīng)常用到匿名的結(jié)構(gòu)體,并在定義好匿名結(jié)構(gòu)體之后直接初始化:

testCase?:=?struct?{
????????caseName?string
????????got??????int
????????want?????int
????}{
????????caseName:?"test?OK",
????????got:??????100,
????????want:?????100,
????}
??
//那么匿名結(jié)構(gòu)體能不能使用泛型呢?答案是不能,下面的用法是錯(cuò)誤的:

testCase?:=?struct[T?int|string]?{
????????caseName?string
????????got??????T
????????want?????T
????}[int]{
????????caseName:?"test?OK",
????????got:??????100,
????????want:?????100,
????}

所以在使用泛型的時(shí)候我們只能放棄使用匿名結(jié)構(gòu)體,對(duì)于很多場(chǎng)景來(lái)說(shuō)這會(huì)造成麻煩(最主要麻煩集中在單元測(cè)試的時(shí)候,為泛型做單元測(cè)試會(huì)非常麻煩,這點(diǎn)我之后的文章將會(huì)詳細(xì)闡述)。

4. 泛型receiver

看了上的例子,你一定會(huì)說(shuō),介紹了這么多復(fù)雜的概念,但好像泛型類型根本沒(méi)什么用處???

是的,單純的泛型類型實(shí)際上對(duì)開(kāi)發(fā)來(lái)說(shuō)用處并不大。但是如果將泛型類型和接下來(lái)要介紹的泛型receiver相結(jié)合的話,泛型就有了非常大的實(shí)用性了

我們知道,定義了新的普通類型之后可以給類型添加方法。那么可以給泛型類型添加方法嗎?答案自然是可以的,如下:

type?MySlice[T?int?|?float32]?[]T

func?(s?MySlice[T])?Sum()?T?{
????var?sum?T
????for?_,?value?:=?range?s?{
????????sum?+=?value
????}
????return?sum
}

這個(gè)例子為泛型類型 MySlice[T] 添加了一個(gè)計(jì)算成員總和的方法 Sum() 。注意觀察這個(gè)方法的定義:

首先看receiver (s MySlice[T]) ,所以我們直接把類型名稱 MySlice[T] 寫入了receiver中 然后方法的返回參數(shù)我們使用了類型形參 T **(實(shí)際上如果有需要的話,方法的接收參數(shù)也可以實(shí)用類型形參) 在方法的定義中,我們也可以使用類型形參 T (在這個(gè)例子里,我們通過(guò) var sum T 定義了一個(gè)新的變量 sum ) 對(duì)于這個(gè)泛型類型 MySlice[T] 我們?cè)撊绾问褂茫窟€記不記得之前強(qiáng)調(diào)過(guò)很多次的,泛型類型無(wú)論如何都需要先用類型實(shí)參實(shí)例化,所以用法如下:

var?s?MySlice[int]?=?[]int{1,?2,?3,?4}
fmt.Println(s.Sum())?//?輸出:10

var?s2?MySlice[float32]?=?[]float32{1.0,?2.0,?3.0,?4.0}
fmt.Println(s2.Sum())?//?輸出:10.0

該如何理解上面的實(shí)例化?首先我們用類型實(shí)參 int 實(shí)例化了泛型類型 MySlice[T],所以泛型類型定義中的所有 T 都被替換為 int,最終我們可以把代碼看作下面這樣:

type?MySlice[int]?[]int?//?實(shí)例化后的類型名叫?MyIntSlice[int]

//?方法中所有類型形參?T?都被替換為類型實(shí)參?int
func?(s?MySlice[int])?Sum()?int?{
????var?sum?int?
????for?_,?value?:=?range?s?{
????????sum?+=?value
????}
????return?sum
}

用 float32 實(shí)例化和用 int 實(shí)例化同理,此處不再贅述。

通過(guò)泛型receiver,泛型的實(shí)用性一下子得到了巨大的擴(kuò)展。在沒(méi)有泛型之前如果想實(shí)現(xiàn)通用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),諸如:堆、棧、隊(duì)列、鏈表之類的話,我們的選擇只有兩個(gè):

為每種類型寫一個(gè)實(shí)現(xiàn)

1、使用 接口+反射

2、而有了泛型之后,我們就能非常簡(jiǎn)單地創(chuàng)建通用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)了。接下來(lái)用一個(gè)更加實(shí)用的例子 —— 隊(duì)列 來(lái)講解。

4.1 基于泛型的隊(duì)列

隊(duì)列是一種先入先出的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),它和現(xiàn)實(shí)中排隊(duì)一樣,數(shù)據(jù)只能從隊(duì)尾放入、從隊(duì)首取出,先放入的數(shù)據(jù)優(yōu)先被取出來(lái)

//?這里類型約束使用了空接口,代表的意思是所有類型都可以用來(lái)實(shí)例化泛型類型?Queue[T]?(關(guān)于接口在后半部分會(huì)詳細(xì)介紹)
type?Queue[T?interface{}]?struct?{
????elements?[]T
}

//?將數(shù)據(jù)放入隊(duì)列尾部
func?(q?*Queue[T])?Put(value?T)?{
????q.elements?=?append(q.elements,?value)
}

//?從隊(duì)列頭部取出并從頭部刪除對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)
func?(q?*Queue[T])?Pop()?(T,?bool)?{
????var?value?T
????if?len(q.elements)?==?0?{
????????return?value,?true
????}

????value?=?q.elements[0]
????q.elements?=?q.elements[1:]
????return?value,?len(q.elements)?==?0
}

//?隊(duì)列大小
func?(q?Queue[T])?Size()?int?{
????return?len(q.elements)
}

為了方便說(shuō)明,上面是隊(duì)列非常簡(jiǎn)單的一種實(shí)現(xiàn)方法,沒(méi)有考慮線程安全等很多問(wèn)題 Queue[T] 因?yàn)槭欠盒皖愋?,所以要使用的話必須?shí)例化,實(shí)例化與使用方法如下所示:

var?q1?Queue[int]??//?可存放int類型數(shù)據(jù)的隊(duì)列
q1.Put(1)
q1.Put(2)
q1.Put(3)
q1.Pop()?//?1
q1.Pop()?//?2
q1.Pop()?//?3

var?q2?Queue[string]??//?可存放string類型數(shù)據(jù)的隊(duì)列
q2.Put("A")
q2.Put("B")
q2.Put("C")
q2.Pop()?//?"A"
q2.Pop()?//?"B"
q2.Pop()?//?"C"

var?q3?Queue[struct{Name?string}]?
var?q4?Queue[[]int]?//?可存放[]int切片的隊(duì)列
var?q5?Queue[chan?int]?//?可存放int通道的隊(duì)列
var?q6?Queue[io.Reader]?//?可存放接口的隊(duì)列
//?......

4.2 動(dòng)態(tài)判斷變量的類型

使用接口的時(shí)候經(jīng)常會(huì)用到類型斷言或 type swith 來(lái)確定接口具體的類型,然后對(duì)不同類型做出不同的處理,如:

var?i?interface{}?=?123
i.(int)?//?類型斷言

//?type?switch
switch?i.(type)?{
????case?int:
????????//?do?something
????case?string:
????????//?do?something
????default:
????????//?do?something
????}
}

那么你一定會(huì)想到,對(duì)于 valut T 這樣通過(guò)類型形參定義的變量,我們能不能判斷具體類型然后對(duì)不同類型做出不同處理呢?答案是不允許的,如下:

func?(q?*Queue[T])?Put(value?T)?{
????value.(int)?//?錯(cuò)誤。泛型類型定義的變量不能使用類型斷言

????//?錯(cuò)誤。不允許使用type?switch?來(lái)判斷?value?的具體類型
????switch?value.(type)?{
????case?int:
????????//?do?something
????case?string:
????????//?do?something
????default:
????????//?do?something
????}
????
????//?...
}

雖然type switch和類型斷言不能用,但我們可通過(guò)反射機(jī)制達(dá)到目的:

func?(receiver?Queue[T])?Put(value?T)?{
????//?Printf()?可輸出變量value的類型(底層就是通過(guò)反射實(shí)現(xiàn)的)
????fmt.Printf("%T",?value)?

????//?通過(guò)反射可以動(dòng)態(tài)獲得變量value的類型從而分情況處理
????v?:=?reflect.ValueOf(value)

????switch?v.Kind()?{
????case?reflect.Int:
????????//?do?something
????case?reflect.String:
????????//?do?something
????}

????//?...
}

這看起來(lái)達(dá)到了我們的目的,可是當(dāng)你寫出上面這樣的代碼時(shí)候就出現(xiàn)了一個(gè)問(wèn)題:

你為了避免使用反射而選擇了泛型,結(jié)果到頭來(lái)又為了一些功能在在泛型中使用反射 當(dāng)出現(xiàn)這種情況的時(shí)候你可能需要重新思考一下,自己的需求是不是真的需要用泛型(畢竟泛型機(jī)制本身就很復(fù)雜了,再加上反射的復(fù)雜度,增加的復(fù)雜度并不一定值得)

當(dāng)然,這一切選擇權(quán)都在你自己的手里,根據(jù)具體情況斟酌。

5. 泛型函數(shù)

在介紹完泛型類型和泛型receiver之后,我們來(lái)介紹最后一個(gè)可以使用泛型的地方——泛型函數(shù)。有了上面的知識(shí),寫泛型函數(shù)也十分簡(jiǎn)單。假設(shè)我們想要寫一個(gè)計(jì)算兩個(gè)數(shù)之和的函數(shù):

func?Add(a?int,?b?int)?int?{
????return?a?+?b
}

這個(gè)函數(shù)理所當(dāng)然只能計(jì)算int的和,而浮點(diǎn)的計(jì)算是不支持的。這時(shí)候我們可以像下面這樣定義一個(gè)泛型函數(shù):

func?Add[T?int?|?float32?|?float64](a?T,?b?T)?T?{
????return?a?+?b
}

上面就是泛型函數(shù)的定義。

這種帶類型形參的函數(shù)被稱為泛型函數(shù) 它和普通函數(shù)的點(diǎn)不同在于函數(shù)名之后帶了類型形參。這里的類型形參的意義、寫法和用法因?yàn)榕c泛型類型是一模一樣的,就不再贅述了。

和泛型類型一樣,泛型函數(shù)也是不能直接調(diào)用的,要使用泛型函數(shù)的話必須傳入類型實(shí)參之后才能調(diào)用。

Add[int](1,2)?//?傳入類型實(shí)參int,計(jì)算結(jié)果為?3
Add[float32](1.0,?2.0)?//?傳入類型實(shí)參float32,?計(jì)算結(jié)果為?3.0

Add[string]("hello",?"world")?//?錯(cuò)誤。因?yàn)榉盒秃瘮?shù)Add的類型約束中并不包含string
或許你會(huì)覺(jué)得這樣每次都要手動(dòng)指定類型實(shí)參太不方便了。所以Go還支持類型實(shí)參的自動(dòng)推導(dǎo):

Add(1,?2)??//?1,2是int類型,編譯請(qǐng)自動(dòng)推導(dǎo)出類型實(shí)參T是int
Add(1.0,?2.0)?//?1.0,?2.0?是浮點(diǎn),編譯請(qǐng)自動(dòng)推導(dǎo)出類型實(shí)參T是float32

自動(dòng)推導(dǎo)的寫法就好像免去了傳入實(shí)參的步驟一樣,但請(qǐng)記住這僅僅只是編譯器幫我們推導(dǎo)出了類型實(shí)參,實(shí)際上傳入實(shí)參步驟還是發(fā)生了的。

5.1 匿名函數(shù)不支持泛型

在Go中我們經(jīng)常會(huì)使用匿名函數(shù),如:

fn?:=?func(a,?b?int)?int?{
????return?a?+?b?
}??//?定義了一個(gè)匿名函數(shù)并賦值給?fn?

fmt.Println(fn(1,?2))?//?輸出:?3

那么Go支不支持匿名泛型函數(shù)呢?答案是不能——匿名函數(shù)不能自己定義類型形參:

//?錯(cuò)誤,匿名函數(shù)不能自己定義類型實(shí)參
fnGeneric?:=?func[T?int?|?float32](a,?b?T)?T?{
????????return?a?+?b
}?

fmt.Println(fnGeneric(1,?2))

但是匿名函數(shù)可以使用別處定義好的類型實(shí)參,如:

func?MyFunc[T?int?|?float32?|?float64](a,?b?T)?{

????//?匿名函數(shù)可使用已經(jīng)定義好的類型形參
????fn2?:=?func(i?T,?j?T)?T?{
????????return?i*2?-?j*2
????}

????fn2(a,?b)
}

5.2 既然支持泛型函數(shù),那么泛型方法呢

既然函數(shù)都支持泛型了,那你應(yīng)該自然會(huì)想到,方法支不支持泛型?很不幸,目前Go的方法并不支持泛型,如下:

type?A?struct?{
}

//?不支持泛型方法
func?(receiver?A)?Add[T?int?|?float32?|?float64](a?T,?b?T)?T?{
????return?a?+?b
}
//但是因?yàn)閞eceiver支持泛型,?所以如果想在方法中使用泛型的話,目前唯一的辦法就是曲線救國(guó),迂回地通過(guò)receiver使用類型形參:

type?A[T?int?|?float32?|?float64]?struct?{
}

//?方法可以使用類型定義中的形參?T?
func?(receiver?A[T])?Add(a?T,?b?T)?T?{
????return?a?+?b
}

//?用法:
var?a?A[int]
a.Add(1,?2)

var?aa?A[float32]
aa.Add(1.0,?2.0)

前半小結(jié)

講完了泛型類型、泛型receiver、泛型函數(shù)后,Go的泛型算是介紹完一半多了。在這里我們做一個(gè)概念的小結(jié):

1、Go的泛型(或者或類型形參)目前可使用在3個(gè)地方

  • 泛型類型 - 類型定義中帶類型形參的類型
  • 泛型receiver - 泛型類型的receiver
  • 泛型函數(shù) - 帶類型形參的函數(shù)

2、為了實(shí)現(xiàn)泛型,Go引入了一些新的概念:

  • 類型形參
  • 類型形參列表
  • 類型實(shí)參
  • 類型約束
  • 實(shí)例化 - 泛型類型不能直接使用,要使用的話必須傳入類型實(shí)參進(jìn)行實(shí)例化

什么,這文章已經(jīng)很長(zhǎng)很復(fù)雜了,才講了一半?是的,Go這次1.18引入泛型為語(yǔ)言增加了較大的復(fù)雜度,目前還只是新概念的介紹,下面后半段將介紹Go引入泛型后對(duì)接口 做出的重大調(diào)整。那么做好心理準(zhǔn)備,我們出發(fā)吧。

6. 變得復(fù)雜的接口

有時(shí)候使用泛型編程時(shí),我們會(huì)書寫長(zhǎng)長(zhǎng)的類型約束,如下:

//?一個(gè)可以容納所有int,uint以及浮點(diǎn)類型的泛型切片
type?Slice[T?int?|?int8?|?int16?|?int32?|?int64?|?uint?|?uint8?|?uint16?|?uint32?|?uint64?|?float32?|?float64]?[]T

理所當(dāng)然,這種寫法是我們無(wú)法忍受也難以維護(hù)的,而Go支持將類型約束單獨(dú)拿出來(lái)定義到接口中,從而讓代碼更容易維護(hù):

type?IntUintFloat?interface?{
????int?|?int8?|?int16?|?int32?|?int64?|?uint?|?uint8?|?uint16?|?uint32?|?uint64?|?float32?|?float64
}

type?Slice[T?IntUintFloat]?[]T

這段代碼把類型約束給單獨(dú)拿出來(lái),寫入了接口類型 IntUintFloat 當(dāng)中。需要指定類型約束的時(shí)候直接使用接口 IntUintFloat即可。

不過(guò)這樣的代碼依舊不好維護(hù),而接口和接口、接口和普通類型之間也是可以通過(guò) | 進(jìn)行組合:

type?Int?interface?{
????int?|?int8?|?int16?|?int32?|?int64
}

type?Uint?interface?{
????uint?|?uint8?|?uint16?|?uint32
}

type?Float?interface?{
????float32?|?float64
}

type?Slice[T?Int?|?Uint?|?Float]?[]T??//?使用?'|'?將多個(gè)接口類型組合

上面的代碼中,我們分別定義了 Int, Uint, Float 三個(gè)接口類型,并最終在 Slice[T] 的類型約束中通過(guò)使用 | 將它們組合到一起。

同時(shí),在接口里也能直接組合其他接口,所以還可以像下面這樣:

type?SliceElement?interface?{
????Int?|?Uint?|?Float?|?string?//?組合了三個(gè)接口類型并額外增加了一個(gè)?string?類型
}

type?Slice[T?SliceElement]?[]T?

6.1 ~ : 指定底層類型

上面定義的 Slie[T] 雖然可以達(dá)到目的,但是有一個(gè)缺點(diǎn):

var?s1?Slice[int]?//?正確?

type?MyInt?int
var?s2?Slice[MyInt]?//???錯(cuò)誤。MyInt類型底層類型是int但并不是int類型,不符合?Slice[T]?的類型約束

這里發(fā)生錯(cuò)誤的原因是,泛型類型 Slice[T] 允許的是 int 作為類型實(shí)參,而不是 MyInt (雖然 MyInt 類型底層類型是 int ,但它依舊不是 int 類型)。

為了從根本上解決這個(gè)問(wèn)題,Go新增了一個(gè)符號(hào) ~ ,在類型約束中使用類似 ~int 這種寫法的話,就代表著不光是 int ,所有以 int 為底層類型的類型也都可用于實(shí)例化。

使用 ~ 對(duì)代碼進(jìn)行改寫之后如下:

type?Int?interface?{
????~int?|?~int8?|?~int16?|?~int32?|?~int64
}

type?Uint?interface?{
????~uint?|?~uint8?|?~uint16?|?~uint32
}
type?Float?interface?{
????~float32?|?~float64
}

type?Slice[T?Int?|?Uint?|?Float]?[]T?

var?s?Slice[int]?//?正確

type?MyInt?int
var?s2?Slice[MyInt]??//?MyInt底層類型是int,所以可以用于實(shí)例化

type?MyMyInt?MyInt
var?s3?Slice[MyMyInt]??//?正確。MyMyInt?雖然基于?MyInt?,但底層類型也是int,所以也能用于實(shí)例化

type?MyFloat32?float32??//?正確
var?s4?Slice[MyFloat32]

限制:使用 ~ 時(shí)有一定的限制:

1、~后面的類型不能為接口

2、~后面的類型必須為基本類型

type?MyInt?int

type?_?interface?{
????~[]byte??//?正確
????~MyInt???//?錯(cuò)誤,~后的類型必須為基本類型
????~error???//?錯(cuò)誤,~后的類型不能為接口
}

6.2 從方法集(Method set)到類型集(Type set)

上面的例子中,我們學(xué)習(xí)到了一種接口的全新寫法,而這種寫法在Go1.18之前是不存在的。如果你比較敏銳的話,一定會(huì)隱約認(rèn)識(shí)到這種寫法的改變這也一定意味著Go語(yǔ)言中 接口(interface) 這個(gè)概念發(fā)生了非常大的變化。

是的,在Go1.18之前,Go官方對(duì) 接口(interface) 的定義是:接口是一個(gè)方法集(method set)

An interface type specifies a method set called its interface

就如下面這個(gè)代碼一樣, ReadWriter 接口定義了一個(gè)接口(方法集),這個(gè)集合中包含了 Read() 和 Write() 這兩個(gè)方法。所有同時(shí)定義了這兩種方法的類型被視為實(shí)現(xiàn)了這一接口。

type?ReadWriter?interface?{
????Read(p?[]byte)?(n?int,?err?error)
????Write(p?[]byte)?(n?int,?err?error)
}

但是,我們?nèi)绻麚Q一個(gè)角度來(lái)重新思考上面這個(gè)接口的話,會(huì)發(fā)現(xiàn)接口的定義實(shí)際上還能這樣理解:

我們可以把 ReaderWriter 接口看成代表了一個(gè) 類型的集合,所有實(shí)現(xiàn)了 Read() Writer() 這兩個(gè)方法的類型都在接口代表的類型集合當(dāng)中。

通過(guò)換個(gè)角度看待接口,在我們眼中接口的定義就從 方法集(method set) 變?yōu)榱?nbsp;類型集(type set)。而Go1.18開(kāi)始就是依據(jù)這一點(diǎn)將接口的定義正式更改為了 **類型集(Type set)**。

你或許會(huì)覺(jué)得,這不就是改了下概念上的定義實(shí)際上沒(méi)什么用嗎?是的,如果接口功能沒(méi)變化的話確實(shí)如此。但是還記得下面這種用接口來(lái)簡(jiǎn)化類型約束的寫法嗎:

type?Float?interface?{
????~float32?|?~float64
}

type?Slice[T?Float]?[]T?

這就體現(xiàn)出了為什么要更改接口的定義了。用 類型集 的概念重新理解上面的代碼的話就是:

接口類型 Float 代表了一個(gè) 類型集合, 所有以 float32 或 float64 為底層類型的類型,都在這一類型集之中

而 type Slice[T Float] []T 中, 類型約束 的真正意思是:

類型約束 指定了類型形參可接受的類型集合,只有屬于這個(gè)集合中的類型才能替換形參用于實(shí)例化 如:

var?s?Slice[int]??????//?int?屬于類型集?Float?,所以int可以作為類型實(shí)參
var?s?Slice[chan?int]?//?chan?int?類型不在類型集?Float?中,所以錯(cuò)誤

6.2.1 接口實(shí)現(xiàn)(implement)定義的變化

既然接口定義發(fā)生了變化,那么從Go1.18開(kāi)始 接口實(shí)現(xiàn)(implement) 的定義自然也發(fā)生了變化:

當(dāng)滿足以下條件時(shí),我們可以說(shuō) 類型 T 實(shí)現(xiàn)了接口 I ( type T implements interface I):

1、T 不是接口時(shí):類型 T 是接口 I 代表的類型集中的一個(gè)成員 (T is an element of the type set of I)。

2、T 是接口時(shí): T 接口代表的類型集是 I 代表的類型集的子集(Type set of T is a subset of the type set of I)。

6.2.2 類型的并集

并集我們已經(jīng)很熟悉了,之前一直使用的 | 符號(hào)就是求類型的并集( union )

type?Uint?interface?{??//?類型集?Uint?是?~uint?和?~uint8?等類型的并集
????~uint?|?~uint8?|?~uint16?|?~uint32?|?~uint64
}

6.2.3 類型的交集

接口可以不止書寫一行,如果一個(gè)接口有多行類型定義,那么取它們之間的 交集。

type?AllInt?interface?{
????~int?|?~int8?|?~int16?|?~int32?|?~int64?|?~uint?|?~uint8?|?~uint16?|?~uint32?|?~uint32
}

type?Uint?interface?{
????~uint?|?~uint8?|?~uint16?|?~uint32?|?~uint64
}

type?A?interface?{?//?接口A代表的類型集是?AllInt?和?Uint?的交集
????AllInt
????Uint
}

type?B?interface?{?//?接口B代表的類型集是?AllInt?和?~int?的交集
????AllInt
????~int
}

上面這個(gè)例子中

1、接口 A 代表的是 AllInt 與 Uint 的 交集,即 ~uint | ~uint8 | ~uint16 | ~uint32 | ~uint64。

2、接口 B 代表的則是 AllInt 和 ~int 的交集,即 ~int。

除了上面的交集,下面也是一種交集:

type?C?interface?{
????~int
????int
}

很顯然,~int 和 int 的交集只有int一種類型,所以接口C代表的類型集中只有int一種類型。

6.2.4 空集

當(dāng)多個(gè)類型的交集如下面 Bad 這樣為空的時(shí)候, Bad 這個(gè)接口代表的類型集為一個(gè)空集:

type?Bad?interface?{
????int
????float32?
}?//?類型?int?和?float32?沒(méi)有相交的類型,所以接口?Bad?代表的類型集為空

沒(méi)有任何一種類型屬于空集。雖然 Bad 這樣的寫法是可以編譯的,但實(shí)際上并沒(méi)有什么意義。

6.2.5 空接口和 any

上面說(shuō)了空集,接下來(lái)說(shuō)一個(gè)特殊的類型集——空接口 interface{} 。因?yàn)?,Go1.18開(kāi)始接口的定義發(fā)生了改變,所以 interface{} 的定義也發(fā)生了一些變更:

空接口代表了所有類型的集合

所以,對(duì)于Go1.18之后的空接口應(yīng)該這樣理解:

1、雖然空接口內(nèi)沒(méi)有寫入任何的類型,但它代表的是所有類型的集合,而非一個(gè)空集

2、類型約束中指定 空接口 的意思是指定了一個(gè)包含所有類型的類型集,并不是類型約束限定了只能使用 空接口 來(lái)做類型形參。

//?空接口代表所有類型的集合。寫入類型約束意味著所有類型都可拿來(lái)做類型實(shí)參
type?Slice[T?interface{}]?[]T

var?s1?Slice[int]????//?正確
var?s2?Slice[map[string]string]??//?正確
var?s3?Slice[chan?int]??//?正確
var?s4?Slice[interface{}]??//?正確

因?yàn)榭战涌谑且粋€(gè)包含了所有類型的類型集,所以我們經(jīng)常會(huì)用到它。于是,Go1.18開(kāi)始提供了一個(gè)和空接口 interface{} 等價(jià)的新關(guān)鍵詞 any ,用來(lái)使代碼更簡(jiǎn)單:

type?Slice[T?any]?[]T?//?代碼等價(jià)于?type?Slice[T?interface{}]?[]T

實(shí)際上 any 的定義就位于Go語(yǔ)言的 builtin.go 文件中(參考如下), any 實(shí)際上就是 interaface{} 的別名(alias),兩者完全等價(jià)。

//?any?is?an?alias?for?interface{}?and?is?equivalent?to?interface{}?in?all?ways.
type?any?=?interface{}?

所以從 Go 1.18 開(kāi)始,所有可以用到空接口的地方其實(shí)都可以直接替換為any,如:

var?s?[]any?//?等價(jià)于?var?s?[]interface{}
var?m?map[string]any?//?等價(jià)于?var?m?map[string]interface{}

func?MyPrint(value?any){
????fmt.Println(value)
}

如果你高興的話,項(xiàng)目遷移到 Go1.18 之后可以使用下面這行命令直接把整個(gè)項(xiàng)目中的空接口全都替換成 any。當(dāng)然因?yàn)椴⒉粡?qiáng)制,所以到底是用 interface{} 還是 any 全看自己喜好。

gofmt?-w?-r?'interface{}?->?any'?./...

Go語(yǔ)言項(xiàng)目中就曾經(jīng)有人提出過(guò)把Go語(yǔ)言中所有 interface{ }替換成 any 的 issue,然后因?yàn)橛绊懛秶^(guò)大過(guò)而且影響因素不確定,理所當(dāng)然被駁回了。

6.2.6 comparable(可比較) 和 可排序(ordered)

對(duì)于一些數(shù)據(jù)類型,我們需要在類型約束中限制只接受能 != 和 == 對(duì)比的類型,如map:

//?錯(cuò)誤。因?yàn)?map?中鍵的類型必須是可進(jìn)行?!=?和?==?比較的類型
type?MyMap[KEY?any,?VALUE?any]?map[KEY]VALUE?

所以Go直接內(nèi)置了一個(gè)叫 comparable 的接口,它代表了所有可用 != 以及 == 對(duì)比的類型:

type?MyMap[KEY?comparable,?VALUE?any]?map[KEY]VALUE?//?正確

comparable 比較容易引起誤解的一點(diǎn)是很多人容易把他與可排序搞混淆。可比較指的是 可以執(zhí)行 != == 操作的類型,并沒(méi)確保這個(gè)類型可以執(zhí)行大小比較( >,<,<=,>= )。如下:

type?OhMyStruct?struct?{
????a?int
}

var?a,?b?OhMyStruct

a?==?b?//?正確。結(jié)構(gòu)體可使用?==?進(jìn)行比較
a?!=?b?//?正確

a?>?b?//?錯(cuò)誤。結(jié)構(gòu)體不可比大小

而可進(jìn)行大小比較的類型被稱為 Orderd 。目前Go語(yǔ)言并沒(méi)有像 comparable 這樣直接內(nèi)置對(duì)應(yīng)的關(guān)鍵詞,所以想要的話需要自己來(lái)定義相關(guān)接口,比如我們可以參考Go官方包 golang.org/x/exp/constraints 如何定義:

//?Ordered?代表所有可比大小排序的類型
type?Ordered?interface?{
????Integer?|?Float?|?~string
}

type?Integer?interface?{
????Signed?|?Unsigned
}

type?Signed?interface?{
????~int?|?~int8?|?~int16?|?~int32?|?~int64
}

type?Unsigned?interface?{
????~uint?|?~uint8?|?~uint16?|?~uint32?|?~uint64?|?~uintptr
}

type?Float?interface?{
????~float32?|?~float64
}

這里雖然可以直接使用官方包 golang.org/x/exp/constraints ,但因?yàn)檫@個(gè)包屬于實(shí)驗(yàn)性質(zhì)的 x 包,今后可能會(huì)發(fā)生非常大變動(dòng),所以并不推薦直接使用

6.3 接口兩種類型

我們接下來(lái)再觀察一個(gè)例子,這個(gè)例子是闡述接口是類型集最好的例子:

type?ReadWriter?interface?{
????~string?|?~[]rune

????Read(p?[]byte)?(n?int,?err?error)
????Write(p?[]byte)?(n?int,?err?error)
}

最開(kāi)始看到這一例子你一定有點(diǎn)懵不太理解它代表的意思,但是沒(méi)關(guān)系,我們用類型集的概念就能比較輕松理解這個(gè)接口的意思:

接口類型 ReadWriter 代表了一個(gè)類型集合,所有以 string 或 []rune 為底層類型,并且實(shí)現(xiàn)了 Read() Write() 這兩個(gè)方法的類型都在 ReadWriter 代表的類型集當(dāng)中。

如下面代碼中,StringReadWriter 存在于接口 ReadWriter 代表的類型集中,而 BytesReadWriter 因?yàn)榈讓宇愋褪?[]byte(既不是string也是不[]rune) ,所以它不屬于 ReadWriter 代表的類型集

//?類型?StringReadWriter?實(shí)現(xiàn)了接口?Readwriter
type?StringReadWriter?string?

func?(s?StringReadWriter)?Read(p?[]byte)?(n?int,?err?error)?{
????//?...
}

func?(s?StringReadWriter)?Write(p?[]byte)?(n?int,?err?error)?{
?//?...
}

//??類型BytesReadWriter?沒(méi)有實(shí)現(xiàn)接口?Readwriter
type?BytesReadWriter?[]byte?

func?(s?BytesReadWriter)?Read(p?[]byte)?(n?int,?err?error)?{
?...
}

func?(s?BytesReadWriter)?Write(p?[]byte)?(n?int,?err?error)?{
?...
}

你一定會(huì)說(shuō),啊等等,這接口也變得太復(fù)雜了把,那我定義一個(gè) ReadWriter 類型的接口變量,然后接口變量賦值的時(shí)候不光要考慮到方法的實(shí)現(xiàn),還必須考慮到具體底層類型?心智負(fù)擔(dān)也太大了吧。是的,為了解決這個(gè)問(wèn)題也為了保持Go語(yǔ)言的兼容性,Go1.18開(kāi)始將接口分為了兩種類型。

1、 基本接口(Basic interface)

2、一般接口(General interface)

6.3.1 基本接口(Basic interface)

接口定義中如果只有方法的話,那么這種接口被稱為基本接口(Basic interface)。這種接口就是Go1.18之前的接口,用法也基本和Go1.18之前保持一致?;窘涌诖笾驴梢杂糜谌缦聨讉€(gè)地方:

最常用的,定義接口變量并賦值

type?MyError?interface?{?//?接口中只有方法,所以是基本接口
????Error()?string
}

//?用法和?Go1.18之前保持一致
var?err?MyError?=?fmt.Errorf("hello?world")

基本接口因?yàn)橐泊砹艘粋€(gè)類型集,所以也可用在類型約束中

//?io.Reader?和?io.Writer?都是基本接口,也可以用在類型約束中
type?MySlice[T?io.Reader?|?io.Writer]??[]Slice

6.3.2 一般接口(General interface)

如果接口內(nèi)不光只有方法,還有類型的話,這種接口被稱為 一般接口(General interface) ,如下例子都是一般接口:

type?Uint?interface?{?//?接口?Uint?中有類型,所以是一般接口
????~uint?|?~uint8?|?~uint16?|?~uint32?|?~uint64
}

type?ReadWriter?interface?{??//?ReadWriter?接口既有方法也有類型,所以是一般接口
????~string?|?~[]rune

????Read(p?[]byte)?(n?int,?err?error)
????Write(p?[]byte)?(n?int,?err?error)
}

一般接口類型不能用來(lái)定義變量,只能用于泛型的類型約束中。所以以下的用法是錯(cuò)誤的:

type?Uint?interface?{
????~uint?|?~uint8?|?~uint16?|?~uint32?|?~uint64
}

var?uintInf?Uint?//?錯(cuò)誤。Uint是一般接口,只能用于類型約束,不得用于變量定義

這一限制保證了一般接口的使用被限定在了泛型之中,不會(huì)影響到Go1.18之前的代碼,同時(shí)也極大減少了書寫代碼時(shí)的心智負(fù)擔(dān)

6.4 泛型接口

所有類型的定義中都可以使用類型形參,所以接口定義自然也可以使用類型形參,觀察下面這兩個(gè)例子:

type?DataProcessor[T?any]?interface?{
????Process(oriData?T)?(newData?T)
????Save(data?T)?error
}

type?DataProcessor2[T?any]?interface?{
????int?|?~struct{?Data?interface{}?}

????Process(data?T)?(newData?T)
????Save(data?T)?error
}

因?yàn)橐肓祟愋托螀?,所以這兩個(gè)接口是泛型類型。而泛型類型要使用的話必須傳入類型實(shí)參實(shí)例化才有意義。所以我們來(lái)嘗試實(shí)例化一下這兩個(gè)接口。因?yàn)?T 的類型約束是 any,所以可以隨便挑一個(gè)類型來(lái)當(dāng)實(shí)參(比如string):

DataProcessor[string]

//?實(shí)例化之后的接口定義相當(dāng)于如下所示:
type?DataProcessor[string]?interface?{
????Process(oriData?string)?(newData?string)
????Save(data?string)?error
}

經(jīng)過(guò)實(shí)例化之后就好理解了, DataProcessor[string] 因?yàn)橹挥蟹椒?,所以它?shí)際上就是個(gè) 基本接口(Basic interface),這個(gè)接口包含兩個(gè)能處理string類型的方法。像下面這樣實(shí)現(xiàn)了這兩個(gè)能處理string類型的方法就算實(shí)現(xiàn)了這個(gè)接口:

type?CSVProcessor?struct?{
}

//?注意,方法中?oriData?等的類型是?string
func?(c?CSVProcessor)?Process(oriData?string)?(newData?string)?{
????....
}

func?(c?CSVProcessor)?Save(oriData?string)?error?{
????...
}

//?CSVProcessor實(shí)現(xiàn)了接口?DataProcessor[string]?,所以可賦值
var?processor?DataProcessor[string]?=?CSVProcessor{}??
processor.Process("name,age\nbob,12\njack,30")
processor.Save("name,age\nbob,13\njack,31")

//?錯(cuò)誤。CSVProcessor沒(méi)有實(shí)現(xiàn)接口?DataProcessor[int]
var?processor2?DataProcessor[int]?=?CSVProcessor{}

再用同樣的方法實(shí)例化 DataProcessor2[T] :

DataProcessor2[string]

//?實(shí)例化后的接口定義可視為
type?DataProcessor2[T?string]?interface?{
????int?|?~struct{?Data?interface{}?}

????Process(data?string)?(newData?string)
????Save(data?string)?error
}

DataProcessor2[string] 因?yàn)閹в蓄愋筒⒓运?一般接口(General interface),所以實(shí)例化之后的這個(gè)接口代表的意思是:

1、只有實(shí)現(xiàn)了 Process(string) string 和 Save(string) error 這兩個(gè)方法,并且以 int 或 struct{ Data interface{} } 為底層類型的類型才算實(shí)現(xiàn)了這個(gè)接口。

2、一般接口(General interface) 不能用于變量定義只能用于類型約束,所以接口 DataProcessor2[string] 只是定義了一個(gè)用于類型約束的類型集。

//?XMLProcessor?雖然實(shí)現(xiàn)了接口?DataProcessor2[string]?的兩個(gè)方法,但是因?yàn)樗牡讓宇愋褪?[]byte,所以依舊是未實(shí)現(xiàn)?DataProcessor2[string]
type?XMLProcessor?[]byte

func?(c?XMLProcessor)?Process(oriData?string)?(newData?string)?{

}

func?(c?XMLProcessor)?Save(oriData?string)?error?{

}

//?JsonProcessor?實(shí)現(xiàn)了接口?DataProcessor2[string]?的兩個(gè)方法,同時(shí)底層類型是?struct{?Data?interface{}?}。所以實(shí)現(xiàn)了接口?DataProcessor2[string]
type?JsonProcessor?struct?{
????Data?interface{}
}

func?(c?JsonProcessor)?Process(oriData?string)?(newData?string)?{

}

func?(c?JsonProcessor)?Save(oriData?string)?error?{

}

//?錯(cuò)誤。DataProcessor2[string]是一般接口不能用于創(chuàng)建變量
var?processor?DataProcessor2[string]

//?正確,實(shí)例化之后的?DataProcessor2[string]?可用于泛型的類型約束
type?ProcessorList[T?DataProcessor2[string]]?[]T

//?正確,接口可以并入其他接口
type?StringProcessor?interface?{
????DataProcessor2[string]

????PrintString()
}

//?錯(cuò)誤,帶方法的一般接口不能作為類型并集的成員(參考6.5?接口定義的種種限制規(guī)則
type?StringProcessor?interface?{
????DataProcessor2[string]?|?DataProcessor2[[]byte]

????PrintString()
}

6.5 接口定義的種種限制規(guī)則

Go1.18從開(kāi)始,在定義類型集(接口)的時(shí)候增加了非常多十分瑣碎的限制規(guī)則,其中很多規(guī)則都在之前的內(nèi)容中介紹過(guò)了,但剩下還有一些規(guī)則因?yàn)檎也坏胶玫牡胤浇榻B,所以在這里統(tǒng)一介紹下:

用 | 連接多個(gè)類型的時(shí)候,類型之間不能有相交的部分(即必須是不交集):

type?MyInt?int

//?錯(cuò)誤,MyInt的底層類型是int,和?~int?有相交的部分
type?_?interface?{
????~int?|?MyInt
}

但是相交的類型中是接口的話,則不受這一限制:

type?MyInt?int

type?_?interface?{
????~int?|?interface{?MyInt?}??//?正確
}

type?_?interface?{
????interface{?~int?}?|?MyInt?//?也正確
}

type?_?interface?{
????interface{?~int?}?|?interface{?MyInt?}??//?也正確
}

類型的并集中不能有類型形參

type?MyInf[T?~int?|?~string]?interface?{
????~float32?|?T??//?錯(cuò)誤。T是類型形參
}

type?MyInf2[T?~int?|?~string]?interface?{
????T??//?錯(cuò)誤
}

接口不能直接或間接地并入自己

type?Bad?interface?{
????Bad?//?錯(cuò)誤,接口不能直接并入自己
}

type?Bad2?interface?{
????Bad1
}
type?Bad1?interface?{
????Bad2?//?錯(cuò)誤,接口Bad1通過(guò)Bad2間接并入了自己
}

type?Bad3?interface?{
????~int?|?~string?|?Bad3?//?錯(cuò)誤,通過(guò)類型的并集并入了自己
}

接口的并集成員個(gè)數(shù)大于一的時(shí)候不能直接或間接并入 comparable 接口

type?OK?interface?{
????comparable?//?正確。只有一個(gè)類型的時(shí)候可以使用?comparable
}

type?Bad1?interface?{
????[]int?|?comparable?//?錯(cuò)誤,類型并集不能直接并入?comparable?接口
}

type?CmpInf?interface?{
????comparable
}
type?Bad2?interface?{
????chan?int?|?CmpInf??//?錯(cuò)誤,類型并集通過(guò)?CmpInf?間接并入了comparable
}
type?Bad3?interface?{
????chan?int?|?interface{comparable}??//?理所當(dāng)然,這樣也是不行的
}

帶方法的接口(無(wú)論是基本接口還是一般接口),都不能寫入接口的并集中:

type?_?interface?{
????~int?|?~string?|?error?//?錯(cuò)誤,error是帶方法的接口(一般接口)?不能寫入并集中
}

type?DataProcessor[T?any]?interface?{
????~string?|?~[]byte

????Process(data?T)?(newData?T)
????Save(data?T)?error
}

//?錯(cuò)誤,實(shí)例化之后的?DataProcessor[string]?是帶方法的一般接口,不能寫入類型并集
type?_?interface?{
????~int?|?~string?|?DataProcessor[string]?
}

type?Bad[T?any]?interface?{
????~int?|?~string?|?DataProcessor[T]??//?也不行
}

7. 總結(jié)

至此,終于是從頭到位把Go1.18的泛型給介紹完畢了。因?yàn)镚o這次引入泛型帶入了挺大的復(fù)雜度,也增加了挺多比較零散瑣碎的規(guī)則限制。所以寫這篇文章斷斷續(xù)續(xù)花了我差不多一星期時(shí)間。泛型雖然很受期待,但實(shí)際上推薦的使用場(chǎng)景也并沒(méi)有那么廣泛,對(duì)于泛型的使用,我們應(yīng)該遵守下面的規(guī)則:

泛型并不取代Go1.18之前用接口+反射實(shí)現(xiàn)的動(dòng)態(tài)類型,在下面情景的時(shí)候非常適合使用泛型:當(dāng)你需要針對(duì)不同類型書寫同樣的邏輯,使用泛型來(lái)簡(jiǎn)化代碼是最好的 (比如你想寫個(gè)隊(duì)列,寫個(gè)鏈表、棧、堆之類的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu))。

到此這篇關(guān)于Go 1.18新特性之泛型的全面講解的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Go泛型內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本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腳本之家! 

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