golang中使用泛型

泛型支持

go >= 1.18

为什么需要泛型

编写一个函数用来比较两个数的大小，对于golang这种强类型的语言，要么针对不同的类型分别实现一遍，要么使用 interface{} 类型。

func CompareInt64(a, b int64) bool {
	if a >= b {
		return true
	} else {
		return false
	}
}

func CompareFloat64(a, b float64) bool {
	if a >= b {
		return true
	} else {
		return false
	}
}

func Compare(a, b interface{}) bool {
	switch a.(type) {
	case int64:
		a1 := a.(int64)
		b1 := b.(int64)
		if a1 >= b1 {
			return true
		} else {
			return false
		}
	case float64:
		a1 := a.(float64)
		b1 := b.(float64)
		if a1 >= b1 {
			return true
		} else {
			return false
		}
	default:
		return false
	}
}

显然 interface{} 类型会打破强类型的约束，使程序暴露更多的错误。

如果引入泛型就可以将 CompareInt64 和 CompareFloat64 整合成一个函数。

定义泛型函数

golang支持泛型函数和泛型类型。

// 泛型函数
func GenericFunc[T any](args T) {
	  
}

[T any]为类型约束，any 表示任意类型，(args T)为参数。

如果只想支持特定的几个类型可以这样写。

func GenericFunc[T int64|float64](args T) {
	  
}

如果类型太多了，可以这样表示

type Number interface{
	int | int32 | int64 | float64 | float32 
}

func GenericFunc[T Number](args T) {
	  
}

有时候需要类型可以进行算数运算，但是any中有些类型又是不支持的，因此需要用到编译器内置的约束 comparable，该类型必须支持== 方法。

func GenericFunc[T comparable](args T) {
	  
}

如果使用了自定义的类型

type MyInt int8
func GenericFunc[T int64|float64|~int8](args T) {
	  
}

如果只想支持一个类型，那就不需要使用泛型了。

最终改造为

func Compare[T int64|float64](a, b T) bool {
	if a >= b {
		return true
	} else {
		return false
	}
}

多个参数多个类型

func GenericFunc[A int64|float64, B int32|float32](a A, b B) {
	  
}

调用泛型函数

在调用的时候一定要传入具体类型，或者依靠类型推断

var a int64
a = 10
GenericFunc[int64](a)

GenericFunc(a)

定义泛型类型

指的是复合类型，它包含了泛型。

type KvMap[K comparable, V Number] map[K]V 

func (kv KvMap[K,V]) Set(k K, v V) (KvMap[K,V]) {
	kv[k] = v
	return kv
}

type Slice[V Number] []V 

func (s Slice[V]) Append(v V) (Slice[V]) {
	s = append(s, v)
	return s
}

type Kv [Vt Number] struct {
	K string 
	V Vt
}

比如定义一个结构体，使其可以满足 Number类型

type Stack[V Number] struct {
    size int
    value []V
}

func (s *Stack[V]) Push(v V) {
    s.value = append(s.value, v)
    s.size++
}

func (s *Stack[V]) Pop() V {
    e := s.value[s.size-1]
    if s.size != 0 {
        s.value = s.value[:s.size-1]
        s.size--
    }
    return e
}

调用泛型类型

// INT STACK
strS := &Stack[int64]{}
strS.Push(1)
strS.Push(2)
strS.Push(3)
fmt.Println(strS.Pop())
fmt.Println(strS.Pop())
fmt.Println(strS.Pop())

// FLOAT STACK
floatS := &Stack[float64]{}
floatS.Push(1.1)
floatS.Push(2.2)
floatS.Push(3.3)
fmt.Println(floatS.Pop())
fmt.Println(floatS.Pop())
fmt.Println(floatS.Pop())

泛型 OR interface

两者的区别很明显，泛型虽然可以接受多个类型，但是最终类型是要固定下来的，他相当于是一个语法糖，经过词法分析和语法分析，最终的类型是明确的，并不需要反射，对性能没影响。而 interface 代表无类型限制，需要使用反射来知道其类型。

泛型实现机制

通常，把高级语言编译成机器本地可以执行的汇编代码，大致需要进行词法分析，语法分析，语义分析，生成中间代码，优化，以及最终生成目标代码等几个步骤。其中词法分析，语法分析，语义分析属于前端，而 golang 支持泛型只是前端的改动，本质上是语法糖。例如词法分析器要能正确解析泛型新引入的’[’ ‘]’ 括号，语法分析器能正确识别并判断代码是否符合泛型的语法规则，并构造正确的语法树 AST。而到了语义分析阶段，编译器需要能根据前面提到的类型参数和接口限制，来正确的推导出参数的实际类型，检查类型是否实现了相关接口定义的方法，实例化支持特定类型的函数，以及进行函数调用的类型检查等等。

幸运的是，golang 团队已经给我们提供了两种途径来预先感受下泛型新特性，一种是通过https://go2goplay.golang.org/ 网站，用户可以在上面写合法的泛型代码，并编译执行，但是可能需要，且没有太多编译细节，这里不展开。

我们重点讲下通过本地下载编译 go2go 工具来编译泛型代码。具体的 go2go 工具的编译过程，可以参考这篇文档, https://golang.org/doc/install/source。(使用go源码分支dev.go2go)

下面我们来编译一个最基本的泛型示例代码，内容如下:

import(
   "fmt"
)
func Print[T any](s []T) {
    for _, v := range s {
        fmt.Println(v)
    }
 }
func main(){
     Print([]string{"Hello, ", "World\n"})
}

输入命令

go tool go2go translate typeparam_basic.go2

注意 go2go 工具目前只支持.go2 后缀的源码文件。

编译完成后，我们看代码长这个样子

// Code generated by go2go; DO NOT EDIT.


//line /Users/abc/work/go_generics_demo/typeparam_basic.go2:1
package main

//line /Users/abc/work/go_generics_demo/typeparam_basic.go2:1
import "fmt"

//line /Users/abc/work/go_generics_demo/typeparam_basic.go2:13
func main() {
//line /Users/abc/work/go_generics_demo/typeparam_basic.go2:13
 instantiate୦୦Print୦string([]string{"Hello, ", "World\n"})
//line /Users/abc/work/go_generics_demo/typeparam_basic.go2:15
}
//line /Users/abc/work/go_generics_demo/typeparam_basic.go2:7
func instantiate୦୦Print୦string(s []string,) {
	for _, v := range s {
		fmt.Println(v)
	}
}

//line /Users/abc/work/go_generics_demo/typeparam_basic.go2:11
type Importable୦ int

//line /Users/abc/work/go_generics_demo/typeparam_basic.go2:11
var _ = fmt.Errorf

可以看到工具已经自动为我们插入注释，并且实例化了一个支持 string slice 类型的函数，且为了避免和已有代码中的其它函数重名，造成错误，工具引入了两个不常用的 Unicode 字符，并插入到实例化的函数名称中，最后工具把生成的代码，重新命名为.go 后缀的文件，并写到文件系统。接下来我们就可以正常的编译执行生成的.go 代码。

进一步的，我们可以通过编译 debug go2go 的源码，来看看究竟工具如何做这些做事情的，通过 debug go2go 工具，我们发现，其实 go2go 帮我们把使用泛型的 golang 代码，通过重写 AST 的方式，转换成 go 1.x 版本的代码， 如下所示:

// rewriteAST rewrites the AST for a file.
func rewriteAST(fset *token.FileSet, importer *Importer, importPath string, tpkg *types.Package, file *ast.File, addImportableName bool) (err error) {
	t := translator{
		fset:         fset,
		importer:     importer,
		tpkg:         tpkg,
		types:        make(map[ast.Expr]types.Type),
		typePackages: make(map[*types.Package]bool),
	}
	t.translate(file)

	// Add all the transitive imports. This is more than we need,
	// but we're not trying to be elegant here.
	imps := make(map[string]bool)

	for _, p := range importer.transitiveImports(importPath) {
		imps[p] = true
	}
	for pkg := range t.typePackages {
    ......

上面的 AST 转换工具相关的代码和思路应该会被正式的 golang 编译器实现所借鉴。

泛型实现对比

说明	C++	C#	Java	Go
实现	使用宏生成对应类型的类/函数代码	生成中间语言IL，运行时创建类型的专用类	编译擦拭法，泛型当作object处理，只有一个类型	编译为代码中所有类型的具体函数
实际类型数量	编译后，所有代码引用的类型	所有的引用类型的泛型实例共享一个模板，而为一个不同的值类型，产生独立的代码。	只有一个类型	代码中引用的所有类型
类型支持范围	类，虚拟类，接口，虚拟接口，函数参数	类，接口，委托，结构以及方法成员；	类，函数，接口	支持函数,结构体,map,slice
优点	无运行时负担，运行效率快。C++模板基于签名的隐式约束，灵活性高。	1不会导致C++中代码膨胀的问题；2因为是JIT编译时实例化，可以应用于反射；3可以使用泛型参数约束来实现对类型参数的显式约束；4类型安全，不用向下转换，尤其是装箱拆箱操作。	不会导致代码膨胀	不影响运行效率。类型安全，编译期检查。
缺点	会导致代码膨胀。	无相关资料	只能使用参数Object的接口，对泛型支持比较弱；运行时生成类，效率较低。	会导致代码膨胀