go基础-泛型

概述

在强类型变成语言中，类型是确定不可变，如函数入参是确定类型、链表元素是确定类型，这极大限制了函数功能。也有些解决方案，为每种类型都实现一版函数，会导致大量重复代码；使用类型转换，使用特殊形参（如Object、any），在函数内部判断并转换类型后再执行逻辑，导致大量类型转换的代码，结构混乱，Java 未支持泛型之前就使用这个套路。最优解决方案是泛型，即类型参数化，编写函数暂时不确定类型，使用占位符代替，调用时候类型也是通过参数传递进去，替换占位符。主流强类型语言都支持泛型，Java、C++、C#等。

千呼万唤始出来，1.18版本正式增加泛型支持，但是体感貌似一般，使用场景并没有那么广泛，特别是泛型约束能力，相比Java、C++弱了很多。更多是对函数式编程的支持，如slice、map、func等，在面向对象编程支持不够。不确定后期是否会继续演变，Go对兼容性保持还算可以，后续演变也不用过分担忧。

基本使用

Go 语言不是主流的面向对象，泛型支持上也有所区别，如Java一切皆为对象，只要确定对象泛型即可统一的泛型模式。Go的每种类型都有区别，可简单分为两类，类型泛型：切片泛型、哈希泛型、结构体泛型、基础类型泛型等；函数泛型：函数泛型、方法泛型等。另外泛型语法不是主流的<>尖括号，而使用的[]中括号，这不重要，思路都是相似的

类型泛型，风格基本一致，使用type定义别名，名称后面紧跟泛型定义，然后是基础类型。

type MyGen[T any] int

函数泛型，语法也比较类似，函数名称后面紧跟泛型定义

func MyFun[T any](x T, n int) {
    ...
}

切片泛型

定义切片泛型。使用type定了名称为genSlice的新类型，底层类型是个切片。紧跟在名称后面的[T any]就是泛型定义，T表示泛型占位符，any表示泛型约束，可以看到切片的元素类型也使用了T占位符

type genSlice[T any] []T

any是标准库提供的特殊类型，表示任意类型，其本质是个空接口 type any = interface{}，类似Java中的Object类型。更多泛型约束信息独立章节介绍

使用泛型切片，与普通切片几乎一模一样。唯一区别，创建时需要传递参数类型，这就是所谓的类型参数化。

arr := make(genSlice[int], 0)
arr2 := genSlice[float64]{1.1, 1.2, 2.1}
var arr3 = genSlice[string]{"a", "b", "cd"}

创建了三个切片，相比普通切片多了个参数，使用大括号传递的类型参数，在底层会替换占位符T，三个切片的元素类型分别是int、float64、string。仅此而已，再无其他区别。访问切片

arr = append(arr, 10)
arr = append(arr, 20)

for _, i := range arr {
    fmt.Printf("%T=%v\n", i, i)
}

输出如下

int=10
int=20

哈希泛型

也就是map切片，map有两个参数，可以定一个或两个泛型，其他方面与切片泛型几乎一样

type genMap1[V any] map[string]V				// 一个泛型, key 是字符串, value是泛型, 创建时传入
type genMap2[K string|int, V any] map[K]V		// 两个泛型, key 是泛型且限定为字符串或整数, value是泛型且没有限定

创建实例

m1 := genMap1[int]{"k1": 1}
m2 := genMap2[string, string]{"k1": "v1"}

管道泛型

泛型定义

type genChan[T any] chan T

创建实例

chan1 := make(genChan[int])
var chan2 genChan[string]		// nil, 引用类型需要初始化

基础类型泛型

相比容器类型有一些区别。基础类型不能只有类型形参，如下缺乏原始类型。

type CommonType[T int|string|float32] T		// err

正确定义，给出原始类型int

type CommonType[T int | string | float32] int

由于原始类型是int，导致泛型约束无效，原始类型限定更强

var v1 CommonType[int] = 10				// ok
var v2 CommonType[string] = "test"		// err

函数泛型

定义泛型函数

func add[T int|string](x, y T) T {
	return x+y
}

调用泛型函数，一样的套路，调用时多个传递一个参数，表示类型

n := add[int](1, 2)
fmt.Println(n)

注意，匿名函数不支持泛型，匿名函数不能定义类型参数，以下案例编译不通过

func[T int | float32](a, b T) T {		// err
        return a+b
}

闭包函数则可以使用泛型，闭包函数是对外部类型的应用，而不是类型参数。

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

结构体泛型

定义泛型结构体

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

创建实例

p1 := genStruct[int]{"xx", 10}
p2 := new(genStruct[string])

注意，匿名结构体目前还不支持泛型，以下代码编译不通过。

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

需要特别注意的是结构体方法，泛型结构体并不代表方法泛型。判断一个方法是否支持泛型，要看是否有定义类型参数，这与Java特性一样。如下setName就是普通方法，因为并没有定义泛型参数。名称前面的(p *person[T]) 是类型绑定，而不是类型参数。setName虽然是普通方法，但是内部可以使用结构体中定义的泛型

type person[T string | int] struct {
	name T
}

func (p *person[T]) setName(name T) T {		// 普通方法
	p.name = name
	return p.name
}

截止目前go 还不支持泛型方法(1.9版本)，如果后续支持，定义方式应该如下，增加了类型参数E

func (p *person[T]) setName[E string](name T, surname E) T {
    ...
}

泛型也支持相互套用

type WowStruct[T int | float32, S []T] struct {
    Data     S		// S是T类型切片
    MaxValue T
    MinValue T
}

看起来有点复杂，只要记住一点：任何泛型类型都必须传入类型实参实例化才可以使用。

var ws WowStruct[int, []int]

接口泛型

接口泛型最为特殊，因为方法不支持泛型，接口定义却支持泛型，看似好像两者冲突了。其实用了个鸡贼的方式实现，绕开了问题根本，本质是类型转换。接口泛型定义如下，看起来没有特别之处

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

实现泛型接口

type CSVProcessor struct {
}

func (c CSVProcessor) Process(oriData string) (newData string) {
	return oriData
}

func (c CSVProcessor) Save(oriData string) error {
	return nil
}

注意：与实现非泛型接口有区别，结构体的方法签名与泛型接口内方法签名不一样，按照规范两者没有实现关系。讨巧就在这里，给泛型传入类型参数，然后类型转换。

func MyFun(E DataProcessor[string]) {					// 形参是泛型接口
	println(E.Process("name"))
}

var processor DataProcessor[string] = CSVProcessor{}	// 类型转换
MyFun(processor)

包装泛型

以下方式也都是错误定义

// 错误, 它认为你要定义一个存放切片的数组，数组长度由 T 乘以 int 计算得到
type NewType [T * int][]T 

//✗ 错误。和上面一样，这里不光*被会认为是乘号，| 还会被认为是按位或操作
type NewType2[T *int|*float64] []T 

//✗ 错误
type NewType2 [T (int)] []T

解决方法也都一样，使用接口包装。在“接口类型约束”章节详细说明

type NewType interface {
    *int | *float64
}

泛型约束

除了类型参数化，泛型有个重要作用：类型约束。简单理解就是限定泛型占位符的范围，比如类型参数只能是数组、字符串、数组、接口、函数等。Java的泛型约束可支持上边界、下边界、或类型等；Go泛型约束弱一些，没有上边界、下边界。主要原因还是Go的特殊面向对象，没有Java完整的类型系统。

基本类型约束

泛型约束为int类型

func MyFunc[T int]() T {
	...
}

这种单个基础数据类型约束没有意义，直接使用基础类型效果一样。更多时候会约束一个范围，如下约束范围是所有的整数类型。

func MyFunc[T int|int8|int16|int32|int64|float32|float64]() T {
	...
}

接口类型约束

接口是泛型约束中使用最广泛的类型，这与Java一致。面向接口编程，面向接口约束。

在基本类型约束中有个案例

func MyFunc[T int|int8|int16|int32|int64|float32|float64]() T {
	...
}

这种写法繁琐且不方便复用，如果其他函数有相同的约束需求，需要再写一遍，为此Go 提供特殊的接口定义，专门用于泛型约束。

// 整型
type Int interface {
    int|int8|int16|int32|int64|float32|float64
}

// 无符号整型
type Uint interface {
    uint | uint8 | uint16 | uint32
}

// 浮点
type Float interface {
    float32 | float64
}

接口约束之间也继续组合，约束为所有数值类型

type Number interface {
    Int | Uint | Float
}

使用接口约束，与使用其他约束一样

func MyFunc[T Number]() T {
	...
}

上面接口定义各类型使用|符号分割，是并集关系，也支持交集关系

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

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

// 交集, 接口A代表的类型集是 AllInt 和 Uint 的交集
type A interface {
    AllInt
    Uint
}

// 交集, 接口B代表的类型集是 AllInt 和 ~int 的交集
type B interface {
    AllInt
    ~int
}

空集合， int 和 float32 没有相交的类型，所以接口 Bad 代表的类型集为空，没有任何类型可以匹配，这与any空接口刚好相反，后者可表示任意类型。

type Bad interface {
    int
    float32
}

注意：并集和交集只能用于基本类型，如下定义异常

type A interface{
    funcA()
}

type B interface{
    funcB()
}

type C interface{
    A | B			// err
}

穿透别名，项目中经常使用type定义别名，泛型约束无法穿透别名，如下案例编译不通过

type MyInt int

func MyFunc[T MyInt]() T {
	...
}

MyFunc[int]()		// err，int != MyInt

Go专门为此提供了特殊语法，在类型前面增加~符号，可穿透别名约束到底层类型。

type MyInt interface {
	~int | ~int8 | ~int16 | ~int32 | ~int64
}

func MyFunc[T MyInt]() T {
	...
}

MyFunc[int]()		// ok
MyFunc[MyInt]()		// ok

使用~符号穿透别名约束有一些限制条件：~后面的类型不能为接口，~后面的类型必须为基本类型。

type MyInt int

type _ interface {
    ~int		// ok
    ~[]byte  	// ok
    ~MyInt   	// err，~后的类型必须为基本类型
    ~error   	// err，~后的类型不能为接口
}

接口新语法有更深层次的意义，影响深远，在1.18版本之前接口是一堆函数声明的集合，称为方法集（method set）。如下ReadWriter 定义了一个接口 ，包含了 Read() 和 Write() 两个方法。所有同时定义了这两种方法的类型被视为实现了这一接口。

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

但是如果换一个角度来重新思考，会发现还能这样理解：可以把  ReaderWriter 接口看成代表一个“类型的集合”，所有实现了  Read()  Writer() 这两个方法的类型都在接口代表的类型集合当中。从 1.18 开始接口的定义就从 **方法集(method set)** 变为了 **类型集(type set)**。

以此配合接口增加了新技能，接口不仅可以定义方法声明，也定义底层类型。来个复杂点的案例，接口类型 ReadWriter 代表了一个类型集合，所有以 string 或 []rune 为底层类型，并且实现了 Read()和Write() 这两个方法的类型都在 ReadWriter 代表的类型集当中

type ReadWriter interface {
    ~string | ~[]rune

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

从此接口可分为两种类型：Basic interface基本接口，接口内仅包含方法声明，就是Go1.18 之前的接口。General interface一般接口，接口内有定义原始类型，以及方法声明。以下两个接口都是一般接口，因为内部都有定义原生类型

type Uint interface {
    ~uint | ~uint8 | ~uint16 | ~uint32 | ~uint64	// 原始类型
}

type ReadWriter interface {
    ~string | ~[]rune								// 原始类型

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

容器类型约束

常用的约束

func MyFun[T any](arr []T) {
	for i := range arr {
		log.Println(i)
	}
}

以下两种写法和实现的功能其实是差不多的，实例化之后结构体相同

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

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

但是像下面这种情况的时候，使用前一种写法会更好

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

函数类型约束

也比较常规，就是使用函数签名约束，更多使用接口约束

func MyFunc[T any](arg T) {
    ...
}

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参考

• Go 1.18 泛型全面讲解：一篇讲清泛型的全部