Go-知识泛型

泛型是程序设计语言的一种风格或范式，允许程序员在编写代码时使用一些以后才指定的类型，在实例化时作为参数指明这些类型。
Java,C++等多种编程语言都支持泛型，Go语言从1.18版本起也开始支持泛型。

1. 认识泛型

1.1 不使用泛型

实现两个函数对map的value值进行累加，一个是int64类型的值，一个是float64类型的值

func SumInt64(m map[string]int64) int64 {var sum int64for _, v := range m {sum += v}return sum
}func SumFloat64(m map[string]float64) float64 {var sum float64for _, v := range m {sum += v}return sum
}

接着使用两个函数

func TestSum(t *testing.T) {ints := map[string]int64{"one":   234,"two":   6755,"three": 78675,}floats := map[string]float64{"one":   123.456,"two":   7865.9658,"three": 87906.865,}t.Logf("sum ints : %v , floats : %v", SumInt64(ints), SumFloat64(floats))
}

执行如下：

实现同样的功能，就因为处理的数据类型不一样，就需要为每种类型编写类似的重复代码。

1.2 使用泛型

泛型函数，就是吧函数的参数和返回值“泛化”，使逻辑通用。 通用并不是对所有类型都使用，所以在声明泛型函数时，需要声明适用的“参数类型”(类型约束).

func SumValue[K comparable, V int64 | float64](m map[K]V) V {var sum Vfor _, v := range m {sum += v}return sum
}

SumValue泛型函数通过[K comparable, V int64|fload64]声明了两个类型参数K,V，供函数参数和返回值使用。
类型参数K的类型必须为comparable类型，因为被用作map的key值，在Go语言中map的key值必须是可比较的类型。
类型参数V的类型可以是int64或float64，在声明时使用|组合支持的类型。
普通参数m 表示一个泛化的map，相应的返回值也是一个泛化的类型。
使用：

func TestSumValue(t *testing.T) {ints := map[string]int64{"one":   234,"two":   6755,"three": 78675,}floats := map[string]float64{"one":   123.456,"two":   7865.9658,"three": 87906.865,}t.Logf("sum ints : %v , floats : %v", SumValue(ints), SumValue[string, float64](floats))
}

执行结果

在调用泛型函数的地方，编译器会将泛型函数实例化，即使用真实的类型来替换类型参数，在调用时有两种方式：

• 隐式调用： 调用泛型函数时使用缺省类型参数，让编译器根据实际的参数进行推导。(SumValue(ints))
• 显示调用： 调用泛型函数时显式的指明类型参数。(SumValuestring, float64)

需要注意的是，编译器之所以能够推导出参数类型是因为函数存在入参，编译器通过传入的变量和函数的参数声明可以推导出参数类型，但对于没有函数参数的泛型函数来说，编译器
无法进行推导，也就无法实例化泛型函数，此时必须显式地调用并指定类型参数。
比如：

就无法推导出来返回值的类型了
而且显式调用，必须全部指定，不能指定部分类型

2. 泛型的特点

泛型的英文表述为generic，即一般化，泛化，具体来讲就是函数和类型的泛化。在泛型被引入之前一个函数所能接收的参数类型及
所能处理的数据类型是确定的，但泛型函数却能接受和处理多种类型，对于类型也是同样的道理。
泛型主要包含三方面的内容：

1. 函数的泛化
2. 类型的泛化
3. 接口的扩展

2.1 函数泛化

为了支持泛型，Go语言函数扩展为可以接受一个使用方括弧表示的类型参数；
func SumValue1[K comparable, V int64 | float64, T int64 | float64](m map[K]V) T
同普通的函数参数类似，类型参数中的每个参数也有一个类型，比如参数K,V的类型分别为 comparable(伴随泛型而引入的内置interface类型，表示可比类型)
和int64|float64(表示int64或float64)。
函数中的类型参数是可选的，没有类型参数的函数是传统的函数，带有类型参数的函数则是泛型函数。
即便Go 1.18 引入了泛型并且扩展了函数，但仍然保持兼容(在这里小小的谴责一下 python 和 scala )。
类型参数中的类型正式的名称是类型约束，用来约束类型的范围。 上面额函数可以接受多种类型的map为参数，考虑到所有的map的key的类型都是comparable类型，
那么只要一个map的值类型是int64或float64就能调用泛型函数。
比如： map[int]int64,map[int64]int64,map[float64]float64,...

2.2 类型泛化

泛型同样扩展了类型的表示方法，允许在创建自定义类型时也能接受一个使用方括弧表示的类型参数。
type arr[T int|int64] []T
声明arr类型，可以容纳int或者int64的切片。
这种声明中带有类型参数的类型被称为泛型类型。
泛型类型必须通过类型参数实例化后才可以使用。
var arrInt arr[int]
var arrInt64 arr[int64]
但是当实例化允许范围之外的类型时，会编译异常

在实例化一个泛型类型时，必须指定类型参数(编译器无法自动推导)

泛型类型同普通类型一样，同样允许定义方法，但是其类型必须带上类型参数：

func (a *arr[T]) add(x T) {*a = append(*a, x)
}
func TestArrAdd(t *testing.T) {var a arr[int]a.add(3)a.add(4)t.Logf("res : %v", a)
}

执行结果

未泛型类型定义方法时，必须指定类型参数，但参数名可以与泛型类型声明不同。

func (a *arr[X]) add1(x X) {*a = append(*a, x)
}

定义时使用T，但是在使用的时候，可以与声明时的名字不同。
如果方法体中并未使用类型参数，甚至可以使用_省略

func (a *arr[_]) add2(x _) {*a = append(*a, x)
}

但是不管是换个名字还是使用_并没有任何好处，反而降低了可读性。

3. 类型约束

无论函数和类型如何泛化，都需要类型参数来限定其泛化的范围，类型参数使用类型的集合表示范围。

3.1 类型集合

func SumValue1[K comparable, V int64 | float64, T int64 | float64](m map[K]V) T
该函数的类型参数中K的类型限定为comparable，V 的类型限定为int64或float64。
comparable是interface类型，int64|float64是组合类型，都代表一个类型集合，用于约束泛化的范围。
使用|来组合多个类型，从而形成一个类型集合。

3.2 interface 类型集合

在泛型特性被引入之前，interface仅表示一个方法集合，实现了该方法结合的所有类型都可认为实现了这个interface。
在泛型的设计中，对interface进行了扩展，interface将不在仅仅表示方法集合，它还可用于表示类型集合，同理，集合内所有类型都可认为实现了这个interface。

3.2.1 内置interface类型集合

comparable就是跟随泛型被引入的内置interface类型

除了comparable还有any。
comparable表示可比较类型的集合，仅能用于类型参数中。
any不仅在类型参数中表示任意类型的集合，还可以在非泛型场景中作为interface{}的别名使用。

3.2.2 自定义interface类型集合

除了内置的comparable和any两种类型可作为类型约束使用，用户还可以使用interface来定义类型集合。
在泛型之前，interface类型中仅允许包含方法或内嵌interface两种元素，引入泛型后，interface类型将允许使用另外三种元素以表示一个类型集合：

1. 任意类型元素(如 int)
2. 近似类型元素(使用_{表示法，如}int)
3. 联合类型元素(使用|表示法，如_int|int64)

需要注意的是，如果interface类型中使用了这三种元素的任意一种，那么这个interface只能用于泛型的类型参数

3.2.2.1 任意类型元素

任意类型(包含interface类型)都可以出现在一个新的interface类型中，用于表示一个仅用于类型参数的集合

type Mint interface {int
}func addMint[M Mint](m1, m2 M) M {return m1 + m2
}
func TestMint(t *testing.T) {t.Log(addMint(3, 4))
}

此时该interface表示的数据集仅包含一种类型，且仅能用于泛型场景中的类型参数中。
interface类型和自定义类型都可以出现在interface中从而表示一个类型集合。
可以定义新的泛型interface，不能使用泛型interface定义interface 方法集合
interface泛型用于interface

但是不能将interface泛型用于interface方法集合

但是如果显式的声明了泛型，那么就可以使用

并且该interface的方法集合也能像之前一样实现

因为在定义interface泛型的时候，限定是int，所以只有int类型才算是实现了方法

这样来看，使用interface泛型类型，可以限定什么样的方法算是实现。

如果将float64加入到interface泛型中，那么float64的方法也算是实现

3.2.2.2 近似类型元素

在使用 interface声明类型集合时，可以使用~<type>来制定一组类型，只要其底层类型为同一类型即包含在这个集合中。
因为在Go中，可以通过type取别名，而泛型又时通用这个含义。
比如创建一个string的泛型函数，但是因为使用了type对string取了别名，结果别名类型就无法使用泛型函数。
近似类型元素就是可以让type取了别名的类型也能使用
不使用近似类型

使用近似类型

只要底层类型相同，就能使用泛型函数

需要注意的是，~之后的类型必须是某个底层类型，换句话说，一个类型的底层类型不是自身就不能使用~。

另外，interface 自身也不能用于定义近似类型集合，因为interface的底层类型并不确定。

3.2.2.3 联合类型元素

前面使用~定义的元素集合仅能包括一组底层类型一致的类型，又是可能需要联合多种类型，甚至联合多种底层类型一致的类型，此时可以用
|定义一个更宽泛的类型集合

type MInteger interface {int | int8 | int16 | int32 | int64
}

但是上述定义仅能支持底层类型，不支持别名
更进一步，可以把所有底层类型也包含进来

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

这样即使是别名类型，也能支持。

3.2.3 interface类型集合运算

前面使用interface声明类型集合时，均使用一行代码制定一个集合(一个子集)，事实上interface支持按行制定多个自己和，这些自己和取交集形成最终的集合

type NewString interface {~stringstring
}

NewString的类型集合由两个子集组成，一个是所有底层类型为string的集合，另一个是string单一类型，两个子集取交集，最终的类型集合将只包含string单一类型

3.2.4 基于操作的类型集合

假设顶一个泛型函数来比较元素大小

type Ordered interface {~int|~int8|~int16|~int32|~int64|~uint|~uint8|~uint16|~uint32|~uint64|~float32|~float64|~string
}func Equals[T Ordered](a, b T) bool {if a == b {return true}return false
}

定义的Ordered泛型类型是全部可以使用==比较的底层类型，并且包含别名类型，泛型函数限定了Ordered泛型类型。
copmarable和Ordered类似，范围更大。

4. 小例子

4.1 map.Keys 获取map的全部key

将map中的所有key取出来，然后存入切片中返回

func Keys[K comparable, V any](m map[K]V) []K {res := make([]K, 0, len(m))for k, _ := range m {res = append(res, k)}return res
}

类型参数K被用于声明了一个泛型的切片，然后把遍历到的key添加到切片中并返回。
任意的map都能使用Keys泛型函数

func TestKeys(t *testing.T) {t.Log(Keys(map[string]struct{}{"one":   {},"tow":   {},"three": {},}))t.Log(Keys(map[int]int{1: 1,2: 2,3: 3,}))
}

4.2 Set

Set可以存储一组不重复的数据，广泛用于需要去重的场景。很多编程语言比如Java,C++都提供了相应的实现，但是在Go语言中并没有Set类型。
有了泛型可以自己实现了

// 定义 Set
type Set[T comparable] map[T]struct{}// 创建 Set
func MakeSet[T comparable]() Set[T] {return make(Set[T])
}// 添加元素
func (s Set[T]) Add(k T) {s[k] = struct{}{}
}// 删除元素
func (s Set[T]) Delete(k T) {delete(s, k)
}// 判断是否包含
func (s Set[T]) Contains(k T) bool {_, ok := s[k]return ok
}// 返回长度
func (s Set[T]) Len() int {return len(s)
}// 遍历
func (s Set[T]) Iterate(f func(T)) {for k := range s {f(k)}
}func TestSet(t *testing.T) {set := MakeSet[int]()set.Add(1)set.Add(2)set.Add(1)set.Add(3)t.Log(set.Len()) // 预期 3t.Log(set.Contains(2)) // 预期 trueset.Delete(1) t.Log(set.Len()) // 预期 2t.Log(set.Contains(1)) // 预期 falsesum := 0set.Iterate(func(i int) {sum += i})t.Log(sum) // 预期 5
}

使用泛型实现的Set可适用于任意的可比较类型，行为与其他语言实现的Set基本类似，但是只能函数调用，不能使用下标操作访问元素。
上面实现的Set底层使用一个map实现，并不是线程安全的，还可以进一步使用自定义扩展

type SyncSet[C comparable] struct {l sync.RWMutexm map[C]struct{}
}

在读操作的时候，加读锁，在写操作的时候加写锁。

4.3 排序 Sort

要对切片中的元素进行排序，在标准库提供sort.Slice之前，每种类型的切片都需要实现sort.Interface接口中的三个方法

然后使用sort.Sort方法进行排序，即便后来标准库中引入了sort.Slice，但是使用时仍然需要提供一个排序函数。
使用泛型实现一个针对切片的通用排序函数

type Ordered interface {~int | ~int8 | ~int16 | ~int32 | ~int64 |~uint | ~uint8 | ~uint16 | ~uint32 | ~uint64 |~float32 | ~float64 |~string
}type orderSlice[O Ordered] []Ofunc (o orderSlice[O]) Len() int {return len(o)
}
func (o orderSlice[O]) Less(i, j int) bool {return o[i] < o[j]
}
func (o orderSlice[O]) Swap(i, j int) {o[i], o[j] = o[j], o[i]
}
func OrderSlice[O Ordered](s []O) {// s 被转换为 []Ordered 类型，也就是 orderSlice，然后排序// 因为 orderSlice已经实现了排序的接口，不需要额外实现了sort.Sort(orderSlice[O](s))
}
func TestOrder(t *testing.T) {is := []int{3, 4, 5, 1, 2}OrderSlice(is)t.Log(is)ss := []string{"he", "ww", "ss"}OrderSlice(ss)t.Log(ss)
}

使用泛型实现排序幻术也有一定的局限性，因为不容易处理复杂的符合类型，比如自定义的struct类型。

5. 总结

反形式衡量编程语言技术完备度的一个重要参考指标，但是也是一个比较争议的技术。
泛型的缺失导致开发者不得不编写重复的代码，或者编写相对通用但缺少类型安全的代码，甚至有些项目使用代码自动生成技术来摆脱编写
重复代码的烦恼，从这方面来看，Go确实需要泛型。
但是引入泛型也是有一定成本的，比如泛型的三个困局：

• 没有泛型(C语言)会降低程序员的生产力，但不会增加语言的复杂度
• 泛型会增加编译器的负担(C++)，可能会编译出很多冗余的代码，进而拖慢编译时间
• 泛型会降低运行时的性能(Java)，避免编译大量冗余代码的后果是增加运行时的开销

Go语言早在1.17版本时就推出了试用版本，但在1.18中还是用了极大的篇幅说明泛型的种种风险。
https://golang.google.cn/doc/go1.18#generics