Golang泛型與類型約束的用法詳解
一、環(huán)境
Go 1.20.2
二、沒有泛型的Go
假設(shè)現(xiàn)在我們需要寫一個函數(shù)，實(shí)現(xiàn)：
1）輸入一個切片參數(shù)，切片類型可以是[]int或[]float64，然后將所有元素相加的“和”返回
2）如果是int切片，返回int類型；如果是float64切片，返回float64類型
當(dāng)然，最簡單的方法是寫兩個函數(shù)SumSliceInt(s []int)、SumSliceFloat64(s []float64)來分別支持不同類型的切片，但是這樣會導(dǎo)致大部分代碼重復(fù)冗余，不是很優(yōu)雅。那么有沒有辦法只寫一個函數(shù)呢？
我們知道，在Go中所有的類型都實(shí)現(xiàn)了interface{}接口，所以如果想讓一個變量支持多種數(shù)據(jù)類型，我們可以將這個變量聲明為interface{}類型，例如var slice interface{}，然后使用類型斷言（.(type)）來判斷這個變量的類型。
interface{} + 類型斷言：
// any是inerface{}的別名，兩者是完全相同的：type any = interface{}
func SumSlice(slice any) (any, error) {
switch s := slice.(type) {
case []int:
sum := 0
for _, v := range s {
sum += v
}
return sum, nil
case []float64:
sum := float64(0)
for _, v := range s {
sum += v
}
return sum, nil
default:
return nil, fmt.Errorf("unsupported slice type: %T", slice)
}
}從上述代碼可見，雖然使用interface{}類型可以實(shí)現(xiàn)在同一個函數(shù)內(nèi)支持兩種不同切片類型，但是每個case塊內(nèi)的代碼仍然是高度相似和重復(fù)的，代碼冗余的問題沒有得到根本的解決。
三、泛型的優(yōu)點(diǎn)
幸運(yùn)的是，在Go 1.18之后開始支持了泛型（Generics），我們可以使用泛型來解決這個問題：
func SumSlice[T interface{ int | float64 }](slice []T) T {
var sum T = 0
for _, v := range slice {
sum += v
}
return sum
}是不是簡潔了很多？而且，泛型相比interface{}還有以下優(yōu)勢：
- 可復(fù)用性：提高了代碼的可復(fù)用性，減少代碼冗余。
- 類型安全性：泛型在編譯時就會進(jìn)行類型安全檢查，可以確保編譯出來的代碼就是類型安全的；而
interface{}是在運(yùn)行時才進(jìn)行類型判斷，如果編寫的代碼在類型判斷上有bug或缺漏，就會導(dǎo)致Go在運(yùn)行過程中報錯。 - 性能：不同類型的數(shù)據(jù)在賦值給
interface{}變量時，會有一個隱式的裝箱操作，從interface{}取數(shù)據(jù)時也會有一個隱式的拆箱操作，而泛型就不存在裝箱拆箱過程，沒有額外的性能開銷。
四、理解泛型
（一）泛型函數(shù)（Generic function）
1）定義
編寫一個函數(shù)，輸入a、b兩個泛型參數(shù)，返回它們的和：
// T的名字可以更改，改成K、V、MM之類的都可以，只是一般比較常用的是T
// 這是一個不完整的錯誤例子
func Sum(a, b T) T {
return a + b
}大寫字母T的名字叫類型形參（Type parameter），代表a、b參數(shù)是泛型，可以接受多種類型，但具體可以接受哪些類型呢？在上面的定義中并沒有給出這部分信息，要知道，并不是所有的類型都可以相加的，因此這里就引出了約束的概念，我們需要對T可以接受的類型范圍作出約束：
// 正確例子
func Sum[T interface{ int | float64 }](a, b T) T {
return a + b
}中括號[]之間的空間用于定義類型形參，支持定義一個或多個
T：類型形參的名字interface{ int | float64 }：對T的類型約束（Type Constraint），必須是一個接口，約束T只可以是int或float64
為了簡化寫法，類型約束中的interface{}在某些情況下是可以省略的，所以可以簡寫成：
func Sum[T int | float64](a, b T) T {
return a + b
}interface{}不能省略的一些情況：
// 當(dāng)接口中包含方法時，不能省略
func Contains[T interface{ Equal() bool }](num T) {
}可以定義多個類型形參：
func Add[T int, E float64](a T, b E) E {
return E(a) + b
}2）調(diào)用
以上面的Sum泛型函數(shù)為例，完整的調(diào)用寫法為：
Sum[int](1, 2) Sum[float64](1.1, 2.2)
[]之間的內(nèi)容稱為類型實(shí)參（Type argument），是函數(shù)定義中的類型形參T的實(shí)際值，例如傳int過去，那么T的實(shí)際值就是int。
類型形參確定為具體類型的過程稱為實(shí)例化（Instantiations），可以簡單理解為將函數(shù)定義中的T替換為具體類型：
泛型函數(shù)實(shí)例化后，就可以像普通函數(shù)那樣調(diào)用了。
但大多數(shù)時候，編譯器都可以自動推導(dǎo)出該具體類型，無需我們主動告知，這個功能叫函數(shù)實(shí)參類型推導(dǎo)（Function argument type inference）。所以可以簡寫成：
// 簡寫，跟調(diào)用普通函數(shù)一樣的寫法 Sum(1, 2) Sum(1.1, 2.2)
需要注意的是，在調(diào)用這個函數(shù)時，a、b兩個參數(shù)的類型必須一致，要么兩個都是int，要么都是float64，不能一個是int一個是float64：
Sum(1, 2.3) // 編譯會報錯
什么時候不能簡寫？
// 當(dāng)類型形參T僅用在返回值，沒有用在函數(shù)參數(shù)列表時
func Foo[T int | float64]() T {
return 1
}
Foo() // 報錯：cannot infer T
Foo[int]() // OK
Foo[float64]() // OK（二）類型約束（Type constraint）
1）接口與約束
Go 使用interface定義類型約束。我們知道，在引入泛型之前，interface中只可以聲明一組未實(shí)現(xiàn)的方法，或者內(nèi)嵌其它interface，例如：
// 普通接口
type Driver interface {
SetName(name string) (int, error)
GetName() string
}
// 內(nèi)嵌接口
type ReaderStringer interface {
io.Reader
fmt.Stringer
}接口里的所有方法稱之為方法集（Method set）。
引入泛型之后，interface里面可以聲明的元素豐富了很多，可以是任何 Go 類型，除了方法、接口以外，還可以是基本類型，甚至struct結(jié)構(gòu)體都可以，接口里的這些元素稱為類型集（Type set）：
// 基本類型約束
type MyInt interface {
int
}
// 結(jié)構(gòu)體類型約束
type Point interface {
struct{ X, Y int }
}
// 內(nèi)嵌其它約束
type MyNumber interface {
MyInt
}
// 聯(lián)合（Unions）類型約束，不同類型元素之間是“或”的關(guān)系
// 如果元素是一個接口，這個接口不能包含任何方法！
type MyFloat interface {
float32 | float64
}有了豐富的類型集支持，我們就可以更加方便的使用接口對類型形參T的類型作出約束，既可以約束為基本類型（int、float32、string…），也可以約束它必須實(shí)現(xiàn)一組方法，靈活性大大增加。
因此前面的Sum函數(shù)還可以改寫成：
// 原始例子：
// func Sum[T int | float64](a, b T) T {
// return a + b
// }
type MyNumber interface {
int | float64
}
func Sum[T MyNumber](a, b T) T {
return a + b
}2）結(jié)構(gòu)體類型約束
Go 還允許我們使用復(fù)合類型字面量來定義約束。例如，我們可以定義一個約束，類型元素是一個具有特定結(jié)構(gòu)的struct：
type Point interface {
struct{ X, Y int }
}然而，需要注意的是，雖然我們可以編寫受此類結(jié)構(gòu)體類型約束的泛型函數(shù)，但在當(dāng)前版本的 Go 中，函數(shù)無法訪問結(jié)構(gòu)體的字段，例如：
func GetX[T Point](p T) int {
return p.X // p.X undefined (type T has no field or method X)
}3）類型近似（Type approximations）
我們知道，在Go中可以創(chuàng)建新的類型，例如：
type MyString string
MyString是一個新的類型，底層類型是string。
在類型約束中，有時候我們可能并不關(guān)心上層類型，只要底層類型符合要求就可以，這時候就可以使用類型近似符號：~。
// 創(chuàng)建新類型
type MyString string
// 定義類型約束
type AnyStr interface {
~string
}
// 定義泛型函數(shù)
func Foo[T AnyStr](param T) T {
return param
}
func main() {
var p1 string = "aaa"
var p2 MyString = "bbb"
Foo(p1)
Foo(p2) // 雖然p2是MyString類型，但也可以通過泛型函數(shù)的類型約束檢查
}需要注意的是，類型近似中的類型，必須是底層類型，而且不能是接口類型：
type MyInt int
type I0 interface {
~MyInt // 錯誤! MyInt不是底層類型, int才是
~error // 錯誤! error是接口
}（三）泛型類型（Generic type）
1）泛型切片
假設(shè)現(xiàn)在有一個IntSlice類型：
type IntSlice []int
var s1 IntSlice = []int{1, 2, 3} // 正常
var s2 IntSlice = []string{"a", "b", "c"} // 報錯，因?yàn)镮ntSlice底層類型是[]int，字符串無法賦值很顯然，因?yàn)轭愋筒灰恢拢?code>s2是無法賦值的，如果想要支持其它類型，需要定義新類型：
type StringSlice []string type Float32Slice []float32 type Float64Slice []float64 // ...
但是這樣做的問題也顯而易見，它們結(jié)構(gòu)都是一樣的，只是元素類型不同就需要重新定義這么多新類型，導(dǎo)致代碼復(fù)雜度增加。
這時候就可以用泛型類型來解決這個問題：
// 只需定義一種新類型，就可以同時支持[]int/[]string/[]float32多種切片類型 // 新類型的名字叫 MySlice[T] type MySlice[T int|string|float32] []T
類型定義中帶 類型形參 的類型，稱之為泛型類型(Generic type)
泛型切片的初始化：
var s1 MySlice[int] = MySlice[int]{1, 2, 3}
var s2 MySlice[string] = MySlice[string]{"a", "b", "c"}
s3 := MySlice[string]{"a", "b", "c"} // 簡寫其它一些例子：
// 泛型Map
type MyMap[K int | string, V any] map[K]V
var m1 MyMap[string, int] = MyMap[string, int]{"a": 1, "b": 2} // 完整寫法
m2 := MyMap[int, string]{1: "a", 2: "b"} // 簡寫
// 泛型通道
type MyChan[T int | float32] chan T
var c1 MyChan[int] = make(MyChan[int]) // 完整寫法
c2 := make(MyChan[float32]) // 簡寫2）泛型結(jié)構(gòu)體
假設(shè)現(xiàn)在要創(chuàng)建一個struct結(jié)構(gòu)體，里面含有一個data泛型屬性，類型是一個int或float64的切片：
type List[T int | float64] struct {
data []T
}給這個結(jié)構(gòu)體增加一個Sum方法，用于對切片求和：
func (l *List[T]) Sum() T {
var sum T
for _, v := range l.data {
sum += v
}
return sum
}實(shí)例化結(jié)構(gòu)體，并調(diào)用Sum方法：
// var list *List[int] = &List[int]{data: []int{1, 2, 3}} // 完整寫法
list := &List[int]{data: []int{1, 2, 3}}
sum := list.Sum()
fmt.Println(sum) // 輸出：63）泛型接口
泛型也可以用在接口上：
type Human[T float32] interface {
GetWeight() T
}假設(shè)現(xiàn)在有兩個結(jié)構(gòu)體，它們都有GetWeight()方法，哪個結(jié)構(gòu)體實(shí)現(xiàn)了上面Human[T]接口？
// 結(jié)構(gòu)體1
type Person1 struct {
Name string
}
func (p Person1) GetWeight() float32 {
return 66.6
}
// 結(jié)構(gòu)體2
type Person2 struct {
Name string
}
func (p Person2) GetWeight() int {
return 66
}注意觀察兩個GetWeight()方法的返回值類型，因?yàn)槲覀冊?code>Human[T]接口中約束了T的類型只能是float32，而只有Person1結(jié)構(gòu)體的返回值類型符合約束，所以實(shí)際上只有Person1結(jié)構(gòu)體實(shí)現(xiàn)了Human[T]接口。
p1 := Person1{Name: "Tim"}
var iface1 Human[float32] = p1 // 正常，因?yàn)镻erson1實(shí)現(xiàn)了接口，所以可以賦值成功
p2 := Person2{Name: "Tim"}
var iface2 Human[float32] = p2 // 報錯，因?yàn)镻erson2沒有實(shí)現(xiàn)接口（五）一些錯誤示例
下面列出一些錯誤使用泛型的例子。
1）聯(lián)合約束中的類型元素限制
聯(lián)合約束中的類型元素不能是包含方法的接口：
// 錯誤
type ReaderStringer interface {
io.Reader | fmt.Stringer // 錯誤，io.Reader和fmt.Stringer是包含方法的接口
}
// 正確
type MyInt interface {
int
}
type MyFloat interface {
float32
}
type MyNumber interface {
MyInt | MyFloat // 正確，MyInt和MyFloat接口里面沒有包含方法
}聯(lián)合約束中的類型元素不能含有comparable接口：
type Number interface {
comparable | int // 含有comparable，報錯
}2）一般接口只能用于泛型的類型約束
先解釋下相關(guān)概念，引入泛型后，Go的接口分為兩種類型：
- 基本接口（Basic interface）
- 只包含方法的接口，稱為基本接口，其實(shí)就是引入泛型之前的那種傳統(tǒng)接口。
- 一般接口（General interface）
- 由于引入泛型后，接口可以定義的元素大大豐富，如果一個接口里含有除了方法以外的元素，那么這個接口就稱為一般接口。
一般接口只能用于泛型的類型約束，不能用于變量、函數(shù)參數(shù)、返回值的類型聲明，而基本接口則沒有此限制：
type NoMethods interface {
int
}
// 錯誤，不能用于函數(shù)參數(shù)列表、返回值
func Foo(param NoMethods) NoMethods {
return param
}
// 錯誤，不能用來聲明變量的類型
var param NoMethods
// 正確
func Foo[T NoMethods](param T) T {
return param
}總結(jié)
以上為個人經(jīng)驗(yàn)，希望能給大家一個參考，也希望大家多多支持腳本之家。
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