一、環(huán)境

Go 1.20.2

二、沒(méi)有泛型的Go

假設(shè)現(xiàn)在我們需要寫(xiě)一個(gè)函數(shù)，實(shí)現(xiàn)：

1）輸入一個(gè)切片參數(shù)，切片類(lèi)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(lèi)型；如果是float64切片，返回float64類(lèi)型

當(dāng)然，最簡(jiǎn)單的方法是寫(xiě)兩個(gè)函數(shù)SumSliceInt(s []int)、SumSliceFloat64(s []float64)來(lái)分別支持不同類(lèi)型的切片，但是這樣會(huì)導(dǎo)致大部分代碼重復(fù)冗余，不是很優(yōu)雅。那么有沒(méi)有辦法只寫(xiě)一個(gè)函數(shù)呢？

我們知道，在Go中所有的類(lèi)型都實(shí)現(xiàn)了interface{}接口，所以如果想讓一個(gè)變量支持多種數(shù)據(jù)類(lèi)型，我們可以將這個(gè)變量聲明為interface{}類(lèi)型，例如var slice interface{}，然后使用類(lèi)型斷言（.(type)）來(lái)判斷這個(gè)變量的類(lèi)型。

interface{} + 類(lèi)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(jiàn)，雖然使用interface{}類(lèi)型可以實(shí)現(xiàn)在同一個(gè)函數(shù)內(nèi)支持兩種不同切片類(lèi)型，但是每個(gè)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(wèn)題沒(méi)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(kāi)始支持了泛型（Generics），我們可以使用泛型來(lái)解決這個(gè)問(wèn)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(jiǎn)潔了很多？而且，泛型相比interface{}還有以下優(yōu)勢(shì)：

• 可復(fù)用性：提高了代碼的可復(fù)用性，減少代碼冗余。
• 類(lèi)型安全性：泛型在編譯時(shí)就會(huì)進(jìn)行類(lèi)型安全檢查，可以確保編譯出來(lái)的代碼就是類(lèi)型安全的；而interface{}是在運(yùn)行時(shí)才進(jìn)行類(lèi)型判斷，如果編寫(xiě)的代碼在類(lèi)型判斷上有bug或缺漏，就會(huì)導(dǎo)致Go在運(yùn)行過(guò)程中報(bào)錯(cuò)。
• 性能：不同類(lèi)型的數(shù)據(jù)在賦值給interface{}變量時(shí)，會(huì)有一個(gè)隱式的裝箱操作，從interface{}取數(shù)據(jù)時(shí)也會(huì)有一個(gè)隱式的拆箱操作，而泛型就不存在裝箱拆箱過(guò)程，沒(méi)有額外的性能開(kāi)銷(xiāo)。

四、理解泛型

（一）泛型函數(shù)（Generic function）

1）定義

編寫(xiě)一個(gè)函數(shù)，輸入a、b兩個(gè)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(lèi)的都可以，只是一般比較常用的是T
// 這是一個(gè)不完整的錯(cuò)誤例子
func Sum(a, b T) T {
	return a + b
}

大寫(xiě)字母T的名字叫類(lèi)型形參（Type parameter），代表a、b參數(shù)是泛型，可以接受多種類(lèi)型，但具體可以接受哪些類(lèi)型呢？在上面的定義中并沒(méi)有給出這部分信息，要知道，并不是所有的類(lèi)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(duì)T可以接受的類(lèi)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(hào)[]之間的空間用于定義類(lèi)型形參，支持定義一個(gè)或多個(gè)

• T：類(lèi)型形參的名字
• interface{ int | float64 }：對(duì)T的類(lèi)型約束（Type Constraint），必須是一個(gè)接口，約束T只可以是int或float64

為了簡(jiǎn)化寫(xiě)法，類(lèi)型約束中的interface{}在某些情況下是可以省略的，所以可以簡(jiǎn)寫(xiě)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(shí)，不能省略
func Contains[T interface{ Equal() bool }](num T) {
}

可以定義多個(gè)類(lèi)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(xiě)法為：

Sum[int](1, 2)
Sum[float64](1.1, 2.2)

[]之間的內(nèi)容稱(chēng)為類(lèi)型實(shí)參（Type argument），是函數(shù)定義中的類(lèi)型形參T的實(shí)際值，例如傳int過(guò)去，那么T的實(shí)際值就是int。

類(lèi)型形參確定為具體類(lèi)型的過(guò)程稱(chēng)為實(shí)例化（Instantiations），可以簡(jiǎn)單理解為將函數(shù)定義中的T替換為具體類(lèi)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(shí)候，編譯器都可以自動(dòng)推導(dǎo)出該具體類(lèi)型，無(wú)需我們主動(dòng)告知，這個(gè)功能叫函數(shù)實(shí)參類(lèi)型推導(dǎo)（Function argument type inference）。所以可以簡(jiǎn)寫(xiě)成：

// 簡(jiǎn)寫(xiě)，跟調(diào)用普通函數(shù)一樣的寫(xiě)法
Sum(1, 2)
Sum(1.1, 2.2)

需要注意的是，在調(diào)用這個(gè)函數(shù)時(shí)，a、b兩個(gè)參數(shù)的類(lèi)型必須一致，要么兩個(gè)都是int，要么都是float64，不能一個(gè)是int一個(gè)是float64：

Sum(1, 2.3) // 編譯會(huì)報(bào)錯(cuò)

什么時(shí)候不能簡(jiǎn)寫(xiě)？

// 當(dāng)類(lèi)型形參T僅用在返回值，沒(méi)有用在函數(shù)參數(shù)列表時(shí)
func Foo[T int | float64]() T {
	return 1
}
Foo() // 報(bào)錯(cuò)：cannot infer T
Foo[int]() // OK
Foo[float64]() // OK

（二）類(lèi)型約束（Type constraint）

1）接口與約束

Go 使用interface定義類(lèi)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(chēng)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(lèi)型，除了方法、接口以外，還可以是基本類(lèi)型，甚至struct結(jié)構(gòu)體都可以，接口里的這些元素稱(chēng)為類(lèi)型集（Type set）：

// 基本類(lèi)型約束
type MyInt interface {
	int
}

// 結(jié)構(gòu)體類(lèi)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(lèi)型約束，不同類(lèi)型元素之間是“或”的關(guān)系
// 如果元素是一個(gè)接口，這個(gè)接口不能包含任何方法！
type MyFloat interface {
	float32 | float64
}

有了豐富的類(lèi)型集支持，我們就可以更加方便的使用接口對(duì)類(lèi)型形參T的類(lèi)型作出約束，既可以約束為基本類(lèi)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(xiě)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(lèi)型約束

Go 還允許我們使用復(fù)合類(lèi)型字面量來(lái)定義約束。例如，我們可以定義一個(gè)約束，類(lèi)型元素是一個(gè)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(xiě)受此類(lèi)結(jié)構(gòu)體類(lèi)型約束的泛型函數(shù)，但在當(dāng)前版本的 Go 中，函數(shù)無(wú)法訪問(wèn)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(lèi)型近似（Type approximations）

我們知道，在Go中可以創(chuàng)建新的類(lèi)型，例如：

type MyString string

MyString是一個(gè)新的類(lèi)型，底層類(lèi)型是string。

在類(lèi)型約束中，有時(shí)候我們可能并不關(guān)心上層類(lèi)型，只要底層類(lèi)型符合要求就可以，這時(shí)候就可以使用類(lèi)型近似符號(hào)：~。

// 創(chuàng)建新類(lèi)型
type MyString string

// 定義類(lèi)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(lèi)型，但也可以通過(guò)泛型函數(shù)的類(lèi)型約束檢查
}

需要注意的是，類(lèi)型近似中的類(lèi)型，必須是底層類(lèi)型，而且不能是接口類(lèi)型：

type MyInt int

type I0 interface {
	~MyInt // 錯(cuò)誤! MyInt不是底層類(lèi)型, int才是
	~error // 錯(cuò)誤! error是接口
}

（三）泛型類(lèi)型（Generic type）

1）泛型切片

假設(shè)現(xiàn)在有一個(gè)IntSlice類(lèi)型：

type IntSlice []int

var s1 IntSlice = []int{1, 2, 3} // 正常
var s2 IntSlice = []string{"a", "b", "c"} // 報(bào)錯(cuò)，因?yàn)镮ntSlice底層類(lèi)型是[]int，字符串無(wú)法賦值

很顯然，因?yàn)轭?lèi)型不一致，s2是無(wú)法賦值的，如果想要支持其它類(lèi)型，需要定義新類(lèi)型：

type StringSlice []string
type Float32Slice []float32
type Float64Slice []float64
// ...

但是這樣做的問(wèn)題也顯而易見(jiàn)，它們結(jié)構(gòu)都是一樣的，只是元素類(lèi)型不同就需要重新定義這么多新類(lèi)型，導(dǎo)致代碼復(fù)雜度增加。

這時(shí)候就可以用泛型類(lèi)型來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題：

// 只需定義一種新類(lèi)型，就可以同時(shí)支持[]int/[]string/[]float32多種切片類(lèi)型
// 新類(lèi)型的名字叫 MySlice[T]
type MySlice[T int|string|float32] []T

類(lèi)型定義中帶 類(lèi)型形參 的類(lèi)型，稱(chēng)之為泛型類(lèi)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(jiǎn)寫(xiě)

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(xiě)法
m2 := MyMap[int, string]{1: "a", 2: "b"} // 簡(jiǎn)寫(xiě)

// 泛型通道
type MyChan[T int | float32] chan T

var c1 MyChan[int] = make(MyChan[int]) // 完整寫(xiě)法
c2 := make(MyChan[float32]) // 簡(jiǎn)寫(xiě)

2）泛型結(jié)構(gòu)體

假設(shè)現(xiàn)在要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)struct結(jié)構(gòu)體，里面含有一個(gè)data泛型屬性，類(lèi)型是一個(gè)int或float64的切片：

type List[T int | float64] struct {
	data []T
}

給這個(gè)結(jié)構(gòu)體增加一個(gè)Sum方法，用于對(duì)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(xiě)法
list := &List[int]{data: []int{1, 2, 3}}
sum := list.Sum()
fmt.Println(sum) // 輸出：6

3）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(gè)結(jié)構(gòu)體，它們都有GetWeight()方法，哪個(gè)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(gè)GetWeight()方法的返回值類(lèi)型，因?yàn)槲覀冊(cè)?code>Human[T]接口中約束了T的類(lèi)型只能是float32，而只有Person1結(jié)構(gòu)體的返回值類(lèi)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(bào)錯(cuò)，因?yàn)镻erson2沒(méi)有實(shí)現(xiàn)接口

（五）一些錯(cuò)誤示例

下面列出一些錯(cuò)誤使用泛型的例子。

1）聯(lián)合約束中的類(lèi)型元素限制

聯(lián)合約束中的類(lèi)型元素不能是包含方法的接口：

// 錯(cuò)誤
type ReaderStringer interface {
	io.Reader | fmt.Stringer // 錯(cuò)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(méi)有包含方法
}

聯(lián)合約束中的類(lèi)型元素不能含有comparable接口：

type Number interface {
	comparable | int // 含有comparable，報(bào)錯(cuò)
}

2）一般接口只能用于泛型的類(lèi)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(lèi)型：

• 基本接口（Basic interface）
• 只包含方法的接口，稱(chēng)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(gè)接口里含有除了方法以外的元素，那么這個(gè)接口就稱(chēng)為一般接口。

一般接口只能用于泛型的類(lèi)型約束，不能用于變量、函數(shù)參數(shù)、返回值的類(lèi)型聲明，而基本接口則沒(méi)有此限制：

type NoMethods interface {
	int
}

// 錯(cuò)誤，不能用于函數(shù)參數(shù)列表、返回值
func Foo(param NoMethods) NoMethods {
	return param
}

// 錯(cuò)誤，不能用來(lái)聲明變量的類(lèi)型
var param NoMethods

// 正確
func Foo[T NoMethods](param T) T {
	return param
}

總結(jié)

以上為個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，希望能給大家一個(gè)參考，也希望大家多多支持腳本之家。

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