Go语言如何修复十亿美金的错误（Null）

Null 引用一直是个坏主意，从来没发挥过什么正面作用。
2020 年是 ALGOL 60 的 60 周年诞辰。ALGOL 60 让结构化编程真正落地，并为 Pascal、C 语言、B 语言和 Simula 的出现打下了坚实基础，可以称之为是编程语言们的“祖父”。
Null 的产生是由于 1965 年的一个偶然事件。
托尼·霍尔（Tony Hoare）是快速排序算法的创造者，也是图灵奖（计算机领域的诺贝尔奖）的获得者。他把 Null 添加到了 ALGOL 语言中，因为它看起来很实用而且容易实现。但几十年后，他后悔了。
Tony 表示，1965 年把 Null 引用加进 ALGOL W 时的想法非常简单，“就是因为这很容易实现。”
但如今再次谈到当初的决定时，他表示这是个价值十亿美元的大麻烦：
“ 我称之为我的十亿美元错误……当时，我正在设计第一个全面的类型系统，用于面向对象语言的引用。我的目标是确保所有对引用的使用都是绝对安全的，由编译器自动执行检查。但是我无法拒绝定义一个 Null 引用的诱惑，因为它实在太容易实现了。这导致了无法计数的错误、漏洞和系统崩溃。在过去的四十年里，这些问题可能已经造成了十亿美元的损失。”

这就是这个“十亿美金的错误”的起源。现在有些语言开始解决这个问题。

解决方案
NULL 变得如此普遍以至于很多人认为它是有必要的。NULL 在很多低级和高级语言中已经出现很久了，它似乎是必不可少的，像整数运算或者 I/O 一样。 不是这样的！你可以拥有一个不带 NULL 的完整的程序语言。NULL 的问题是一个非数值的值、一个哨兵、一个集中到其它一切的特例。 相反，我们需要一个实体来包含一些信息，这些信息是关于（1）它是否包含一个值和（2）已包含的值，如果存在已包含的值的话。并且这个实体应该可以“包含”任意类型。这是 Haskell 的 Maybe、Java 的 Optional、Swift 的 Optional 等的思想。 例如，在 Scala 中，Some[T] 保存一个 T 类型的值。None 没有值。这两个都是 Option[T] 的子类型，这两个子类型可能保存了一个值，也可能没有值。

那么在Go里面如何解决这个问题呢？
我想到了三种方式，当然都不完美，但是等到Go支持范型后，第二个方案将变得很合适。

方案一

由于Go语言支持多返回值，所以我们可以通过返回形如(Value, Exists)这样的两个两个返回值；而在使用Value之前，先判断Exists的值是否为true来决定Value值是否可用。如代码所示：

func GetItem(id int) (Type, bool) {
    return Value,  Exists
}

value, exists := GetItem(id)
if !exists {
    fmt.Printf("Id:%d doesn't exist.", id)
    return
}

// do something with value

优点：简单明了。
缺点：有时候可能会被程序员忘记判断第二个返回值。

方案二

不直接返回所需数据，而是返回一个对象。这样，程序员更不容易忘记对数据是否存在做判断。如代码所示

type Response struct {
    Value *Type
    Exists bool
}

func GetItem(id int) Response {
    return Response {
        Value,
        Exists,
    }
}

response := GetItem(id)
if !response.Exists {
    fmt.Printf("Id:%d doesn't exist.", id)
    return
}

// do something with response.Value

优点：相比方案一，此方案会提醒程序员去判断值是否存在。
缺点：程序员仍然有可能忘记判断值是否存在。

方案三

杜绝程序员直接获得目标值的机会，取而代之的是必须先判断数据是否存在，然后才能获取到数据。代码如下所示：

type Option struct {
    value   interface{}
    exists  bool
    checked bool
}

func NewOption(value interface{}, exists bool) *Option {
    return &Option{
        value:   value,
        exists:  exists,
        checked: false,
    }
}

func (this *Option) Exists() bool {
    this.checked = true
    return this.exists
}

func (this *Option) GetValue() interface{} {
    if !this.checked {
        panic("This object has not been verified.")
    }

    return this.value
}

func GetItem(id int) *Option {
    return NewOption(value, exists)
}

option := GetItem(id)
// option.GetValue() 直接调用获取值的方法会导致panic，因为此时Exists属性尚未被检查

if !option.Exists() {
    fmt.Printf("Id:%d doesn't exist.", id)
    return
}

// do something with option.GetValue().(Type)

优点：对数据进行了很好的封装，杜绝了程序员犯错的可能性。
缺点：
1、在调用GetValue()方法后需要做类型的推断，有点verbose；当Go支持范型后，此问题将可以得到解决；
2、为了处理的方便，在返回Option对象的时候，我使用了引用，这将导致每次调用都会在heap上创建一个对象，从而加大了GC的负担。