【魅力golang】之-泛型

早期的golang版本是不支持泛型的，这对于从其它语言转型做go开发的程序员来说，非常不友好，自 1.18开始golang正式支持泛型，解决了开发者在编写通用代码时的需求。泛型通过类型参数允许函数和数据结构支持多种类型，从而提升代码的可复用性和灵活性。

1、泛型的意义

1.1 什么是泛型

泛型就是广泛的数据类型，或者叫扩展的类型、增加的类型，其本质是参数化类型，指在定义函数或数据结构时使用类型参数，以便可以在调用时指定具体的类型。它允许开发者编写通用代码，而无需为每种数据类型编写单独的实现。

1.2 为什么需要泛型

在 Go 的早期版本中，处理不同类型的通用逻辑需要使用接口或类型断言。这种方式虽然灵活，但牺牲了类型安全性和性能。泛型的引入解决了以下问题：

代码复用性：避免为不同类型编写重复逻辑。
类型安全性：在编译时确保类型一致性，减少运行时错误。
性能优化：避免接口和类型断言带来的额外开销。

示例：没有泛型的通用函数

package mainimport "fmt"func addInts(a, b int) int {return a + b
}func addFloats(a, b float64) float64 {return a + b
}func main() {fmt.Println(addInts(1, 2)) // 输出: 3fmt.Println(addFloats(1.1, 2.2)) // 输出: 3.3000000000000003
}

输出：

3
3.3000000000000003（这里请大家先忽略精度丢失问题，后面风云会单独发文详细阐述，今天主要讲泛型，下同）

上述代码需要为每种数据类型分别实现函数。使用泛型后，可以实现统一的逻辑。

2、Go 泛型的设计思路

Go 的泛型设计注重简单性和实用性。其关键点如下：

类型参数：通过类型参数化函数和结构体，实现多种类型的支持。
类型约束：使用接口定义类型参数的限制，明确泛型函数可用的操作。
简单与一致：Go 泛型设计避免了过度复杂性，保持语言的简洁性。

3、泛型的基本用法

3.1 泛型函数

在 Golang 中，使用方括号 [] 定义类型参数。

示例：泛型函数

package mainimport "fmt"// 泛型函数
func add[T int | float64](a, b T) T {  // T 表示泛型类型return a + b
}func main() {fmt.Println(add(1, 2)) // 输出: 3fmt.Println(add(1.1, 2.2)) // 输出: 3.3000000000000003
}

T：表示类型参数。
int | float64：类型约束，表示 T 可以是 int 或 float64。

3.2 泛型结构体

泛型可以用于结构体，使其支持多种类型。

示例：泛型结构体

package mainimport "fmt"// 泛型结构体
type Pair[T any] struct {  // T 表示泛型类型First T  // First 和 Second 分别表示泛型类型的两个字段Second T
}func main() {p1 := Pair[int]{First: 1, Second: 2}  // 创建一个 Pair[int] 类型的实例p2 := Pair[string]{First: "Hello", Second: "World"} // 创建一个 Pair[string] 类型的实例fmt.Println(p1) // 输出: {1 2}fmt.Println(p2) // 输出: {Hello World}
}

any类型实际上是interface{}的别名，两者在所有方面都是等价的‌‌1。any类型的引入主要是为了在泛型中使用时简化语法，减少括号的使用‌。

3.3 类型约束

Go 使用接口定义类型约束，指定类型参数的范围。

示例：使用类型约束

package mainimport "fmt"// 定义一个约束
type Number interface {int | float64
}// 使用约束的泛型函数
func multiply[T Number](a, b T) T {return a * b
}func main() {fmt.Println(multiply(2, 3)) // 输出: 6fmt.Println(multiply(1.5, 2.0)) // 输出: 3
}

通过类型约束，确保泛型函数支持的操作是合法的。

4、泛型的应用场景

4.1 通用容器

泛型适合实现通用容器，如列表、队列、栈等。

示例：通用列表

package mainimport "fmt"// 定义一个泛型切片
type List[T any] struct {items []T
}// 添加一个元素到切片中
func (l *List[T]) Add(item T) { // 泛型方法l.items = append(l.items, item) // 添加一个元素到切片中
}func (l *List[T]) Get(index int) T { // 泛型方法return l.items[index] // 返回指定索引的元素
}func main() {intList := List[int]{} // 定义一个整数泛型切片intList.Add(1) // 添加元素intList.Add(2) // 添加元素fmt.Println(intList.Get(0)) // 输出: 1stringList := List[string]{} // 定义一个字符串泛型切片stringList.Add("Hello") // 添加元素stringList.Add("World") // 添加元素fmt.Println(stringList.Get(1)) // 输出: World
}

4.2 数据操作

使用泛型实现通用的数据操作函数，如查找、过滤、映射等。

示例：通用查找函数

package mainimport "fmt"// 查找函数
func find[T comparable](arr []T, target T) int { // 泛型函数for i, v := range arr { //遍历if v == target { // 使用泛型类型 Treturn i}}return -1
}func main() {nums := []int{1, 2, 3, 4}  // 使用泛型类型 intfmt.Println(find(nums, 3)) // 输出: 2words := []string{"Go", "Python", "Java"} // 使用泛型类型 stringfmt.Println(find(words, "Python"))        // 输出: 1
}

comparable：预定义约束，表示类型支持 == 和 !=。

4.3 自定义算法

泛型适合实现通用算法，如排序、归并等。

示例：通用排序

package mainimport ("fmt""sort"
)// 泛型排序函数
func sortSlice[T int | float64](arr []T) {sort.Slice(arr, func(i, j int) bool { // 使用泛型类型作为比较函数return arr[i] < arr[j] // 使用泛型类型进行比较})
}func main() {nums := []int{4, 2, 3, 1} // 使用int类型sortSlice(nums)           // 使用泛型排序函数fmt.Println(nums)         // 输出: [1 2 3 4]floats := []float64{3.1, 1.2, 2.3} // 使用float64类型sortSlice(floats)                  // 使用泛型排序函数fmt.Println(floats)                // 输出: [1.2 2.3 3.1]
}

5、泛型的特点与注意事项

5.1 特点

类型安全：在编译时进行类型检查，减少运行时错误。
代码复用：通过泛型减少代码重复。
灵活性：支持任意类型的动态组合。

5.2 注意事项

性能问题：泛型代码可能在编译时生成多种类型的实现，可能增加二进制文件大小。
约束复杂性：复杂的类型约束可能降低代码的可读性。
接口 vs 泛型：在某些场景下，使用接口比泛型更简单。

示例：接口更适合的场景

对于需要操作不同类型的值但无需类型安全的场景，接口更为简洁。

package mainimport "fmt"func printValues(values []interface{}) { // 使用 interface{} 类型作为参数// 遍历 values 切片，打印每个元素的值。使用 range 语句来迭代每个元素，无需关心切片长度。for _, v := range values {fmt.Println(v)}
}func main() {printValues([]interface{}{1, "Hello", 3.14}) // 输出: 1, Hello, 3.14
}