Go中的泛型——如何使用以及它们是怎么工作的

Go中的泛型——如何使用以及它们是怎么工作的

Go 中的泛型已经接近成为现实。本文讲述的是泛型的最新设计,以及如何自己尝试泛型。

Generics in Go -- How They Work and How to Play With Them

Go 由于不支持泛型而臭名昭著,但最近,泛型已接近成为现实。Go 团队实施了一个看起来比较稳定的设计草案,并且正以源到源翻译器原型的形式获得关注。本文讲述的是泛型的最新设计,以及如何自己尝试泛型。

例子

FIFO Stack

假设你要创建一个先进先出堆栈。没有泛型,你可能会这样实现:

type Stack []interface{}

func (s Stack) Peek() interface{} {
    return s[len(s)-1]
}

func (s *Stack) Pop() {
    *s = (*s)[:len(*s)-1]
}

func (s *Stack) Push(value interface{}) {
    *s = append(*s, value)
}

但是,这里存在一个问题:每当你 Peek 项时,都必须使用类型断言将其从 interface{} 转换为你需要的类型。如果你的堆栈是 *MyObject 的堆栈,则意味着很多 s.Peek().(*MyObject)这样的代码。这不仅让人眼花缭乱,而且还可能引发错误。比如忘记 * 怎么办?或者如果您输入错误的类型怎么办?s.Push(MyObject{})` 可以顺利编译,而且你可能不会发现到自己的错误,直到它影响到你的整个服务为止。

通常,使用 interface{} 是相对危险的。使用更多受限制的类型总是更安全,因为可以在编译时而不是运行时发现问题。

泛型通过允许类型具有类型参数来解决此问题:

type Stack(type T) []T

func (s Stack(T)) Peek() T {
    return s[len(s)-1]
}

func (s *Stack(T)) Pop() {
    *s = (*s)[:len(*s)-1]
}

func (s *Stack(T)) Push(value T) {
    *s = append(*s, value)
}

这会向 Stack 添加一个类型参数,从而完全不需要 interface{}。现在,当你使用 Peek() 时,返回的值已经是原始类型,并且没有机会返回错误的值类型。这种方式更安全,更容易使用。(译注:就是看起来更丑陋,^-^)

此外,泛型代码通常更易于编译器优化,从而获得更好的性能(以二进制大小为代价)。如果我们对上面的非泛型代码和泛型代码进行基准测试,我们可以看到区别:

type MyObject struct {
    X int
}

var sink MyObject

func BenchmarkGo1(b *testing.B) {
    for i := 0; i < b.N; i++ {
        var s Stack
        s.Push(MyObject{})
        s.Push(MyObject{})
        s.Pop()
        sink = s.Peek().(MyObject)
    }
}

func BenchmarkGo2(b *testing.B) {
    for i := 0; i < b.N; i++ {
        var s Stack(MyObject)
        s.Push(MyObject{})
        s.Push(MyObject{})
        s.Pop()
        sink = s.Peek()
    }
}

结果:

BenchmarkGo1
BenchmarkGo1-16     12837528            87.0 ns/op        48 B/op          2 allocs/op
BenchmarkGo2
BenchmarkGo2-16     28406479            41.9 ns/op        24 B/op          2 allocs/op

在这种情况下,我们分配更少的内存,同时泛型的速度是非泛型的两倍。

合约(Contracts)

上面的堆栈示例适用于任何类型。但是,在许多情况下,你需要编写仅适用于具有某些特征的类型的代码。例如,你可能希望堆栈要求类型实现 String() 函数。这就是 Contracts :

contract stringer(T) {
    T String() string
}

type Stack(type T stringer) []T

// Now we can use the String method of T:
func (s Stack(T)) String() string {
    ret := ""
    for _, v := range s {
        if ret != "" {
            ret += ", "
        }
        ret += v.String()
    }
    return ret
}

更多示例

以上示例仅涵盖了泛型的基础知识。你还可以在函数中添加类型参数,并在合约(Contracts)中添加特定类型。

有关更多示例,你可以从两个地方获得:

设计草案

设计草案包含更详细的描述以及更多示例:

https://go.googlesource.com/proposal/+/4a54a00950b56dd0096482d0edae46969d7432a6/design/go2draft-contracts.md,如果访问不了,可以看我备份的:https://github.com/polaris1119/go_dynamic_docs/blob/master/go2draft-contracts.md

实现原型的 CL

原型 CL 也有几个示例。查找以“ .go2”结尾的文件:

https://go-review.googlesource.com/c/go/+/187317

如何尝试泛型?

使用 WebAssembly Playground

到目前为止,尝试泛型的最快,最简单的方法是通过 WebAssembly Playground。它使用 WASM 构建的源代码到源代码翻译器原型在你的浏览器中直接运行 Go 代码。但这存在一些限制(请参见 https://github.com/ccbrown/wasm-go-playground)。

编译 CL

上面引用的 CL 包含一个源到源转换器的实现,该转换器可用于将泛型代码编译为可以由 Go 的当前版本编译的代码。它将泛型代码(“多态”代码)称为Go 2代码,将非多态代码称为 Go 1 代码,但是根据实现的细节,泛型可能会成为 Go 1 版本而不是 Go 2 版本的一部分。

它还添加了一个 “go2go” 命令,可用于从 CLI 转换代码。

你可以按照 Go 的从源代码安装 Go 指令来编译 CL。当你到达可选的 “Switch to the master branch” 步骤时,请 用 checkout CL 代替:

git fetch "https://go.googlesource.com/go" refs/changes/17/187317/14 && git checkout FETCH_HEAD

请注意,这将检出补丁集 14,这是撰写本文时的最新补丁集。转到 CL 并找到“下载”按钮以获取最新补丁集的签出命令。

编译 CL 之后,可以使用 go/* 包编写用于使用泛型的自定义工具,或者可以仅使用 go2go 命令行工具:

go tool go2go translate mygenericcode.go2

原文链接:https://blog.tempus-ex.com/generics-in-go-how-they-work-and-how-to-play-with-them/

作者:Chris Brown

日期:2020-04-08

翻译:polaris

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