Go 的泛型：编写适用于多种类型的更智能的代码

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发布时间：2024-11-23 08:24:40

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go 的泛型：编写适用于多种类型的更智能的代码

泛型即将进入 go，这是一件大事。我一直在深入研究 go 2 的拟议更改，并且很高兴分享我对这一强大新功能的了解。

从本质上讲，泛型允许我们编写适用于多种类型的代码。我们可以编写一个通用函数来处理所有这些类型，而不是为整数、字符串和自定义类型编写单独的函数。这会带来更灵活和可重用的代码。

让我们从一个基本示例开始。以下是我们编写通用“max”函数的方法：

func max[t constraints.ordered](a, b t) t {
    if a > b {
        return a
    }
    return b
}

此函数适用于任何满足 ordered 约束的类型 t。我们可以将它与整数、浮点数、字符串或任何实现比较运算符的自定义类型一起使用。

类型约束是 go 泛型实现的关键部分。它们允许我们指定泛型类型必须支持哪些操作。约束包提供了几个预定义的约束，但我们也可以创建自己的约束。

例如，我们可以为可以转换为字符串的类型定义一个约束：

type stringer interface {
    string() string
}

现在我们可以编写适用于任何可以转换为字符串的类型的函数：

func printanything[t stringer](value t) {
    fmt.println(value.string())
}

go 泛型最酷的事情之一就是类型推断。很多情况下，我们在调用泛型函数时不需要显式指定类型参数。编译器可以计算出来：

result := max(5, 10) // type inferred as int

这使我们的代码保持干净和可读，同时仍然提供泛型的好处。

让我们进入一些更高级的领域。类型参数列表允许我们指定多个类型参数之间的关系。以下是在两种类型之间进行转换的函数示例：

func convert[from, to any](value from, converter func(from) to) to {
    return converter(value)
}

这个函数接受任何类型的值，一个转换器函数，并返回转换后的值。它非常灵活，可以在许多不同的场景中使用。

泛型在数据结构方面确实很出色。让我们实现一个简单的通用堆栈：

type stack[t any] struct {
    items []t
}

func (s *stack[t]) push(item t) {
    s.items = append(s.items, item)
}

func (s *stack[t]) pop() (t, bool) {
    if len(s.items) == 0 {
        var zero t
        return zero, false
    }
    item := s.items[len(s.items)-1]
    s.items = s.items[:len(s.items)-1]
    return item, true
}

这个堆栈可以容纳任何类型的物品。我们可以使用相同的代码创建整数、字符串或自定义结构的堆栈。

泛型还为 go 中的设计模式开辟了新的可能性。例如，我们可以实现一个通用的观察者模式：

type observable[t any] struct {
    observers []func(t)
}

func (o *observable[t]) subscribe(f func(t)) {
    o.observers = append(o.observers, f)
}

func (o *observable[t]) notify(data t) {
    for _, f := range o.observers {
        f(data)
    }
}

这使我们能够为任何类型的数据创建可观察的对象，从而轻松实现事件驱动的架构。

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在重构现有 go 代码以使用泛型时，保持平衡很重要。虽然泛型可以使我们的代码更加灵活和可重用，但它们也可以使其变得更加复杂和难以理解。我发现通常最好从具体实现开始，只有当我们看到清晰的重复模式时才引入泛型。

例如，如果我们发现自己为不同类型编写类似的函数，那么这是泛化的一个很好的候选者。但如果一个函数仅用于一种类型，最好保持原样。

泛型真正发挥作用的一个领域是实现算法。让我们看一下通用的快速排序实现：

func quicksort[t constraints.ordered](slice []t) {
    if len(slice) < 2 {
        return
    }
    pivot := slice[0]
    left, right := 1, len(slice)-1
    for left <= right {
        if slice[left] <= pivot {
            left++
        } else if slice[right] > pivot {
            right--
        } else {
            slice[left], slice[right] = slice[right], slice[left]
        }
    }
    slice[0], slice[right] = slice[right], slice[0]
    quicksort(slice[:right])
    quicksort(slice[right+1:])
}

该函数可以对任何有序类型的切片进行排序。我们可以使用它对整数、浮点数、字符串或任何实现比较运算符的自定义类型进行排序。

在大型项目中使用泛型时，考虑灵活性和编译时类型检查之间的权衡至关重要。虽然泛型允许我们编写更灵活的代码，但如果我们不小心，它们也可能更容易引入运行时错误。

我发现有用的一个策略是对内部库代码使用泛型，但在公共 api 中公开具体类型。这为我们带来了内部代码重用的好处，同时仍然为我们库的用户提供了清晰的、类型安全的界面。

另一个重要的考虑因素是性能。虽然 go 的泛型实现被设计得非常高效，但与具体类型相比，仍然存在一些运行时开销。在性能关键型代码中，可能值得对通用实现与非通用实现进行基准测试，看看是否存在显着差异。

泛型还为 go 中的元编程开辟了新的可能性。我们可以编写对类型本身进行操作的函数，而不是对值进行操作。例如，我们可以编写一个在运行时生成新结构类型的函数：

func MakeStruct[T any](fields ...string) (reflect.Type, error) {
    var structFields []reflect.StructField
    for _, field := range fields {
        structFields = append(structFields, reflect.StructField{
            Name: field,
            Type: reflect.TypeOf((*T)(nil)).Elem(),
        })
    }
    return reflect.StructOf(structFields), nil
}

该函数创建一个新的结构类型，其中字段类型为 t。它是在运行时创建动态数据结构的强大工具。

在我们结束时，值得注意的是，虽然泛型是一个强大的功能，但它们并不总是最好的解决方案。有时，简单的接口或具体的类型更合适。关键是明智地使用泛型，它们在代码重用和类型安全方面提供了明显的好处。

go 2 中的泛型代表了该语言的重大演变。它们提供了新的工具来编写灵活、可重用的代码，同时保持 go 对简单性和可读性的重视。随着我们继续探索和试验此功能，我很高兴看到它将如何塑造 go 编程的未来。