Go 泛型和非泛型代码详解

1. 开启泛型

在 Go1.17 版本中，可以通过:

 export GOFLAGS="-gcflags=-G=3"

或者在编译运行程序时加上：

 go run -gcflags=-G=3 main.go

2.无泛型代码和泛型代码

2.1. AddSlice

首先看现在没有泛型的代码： 

package main
 ​
 import (
   "fmt"
 )
 ​
 func AddIntSlice(input []int, diff int) []int {
   output := make([]int, 0, len(input))
   for _, item := range input {
     output = append(output, item+diff)
   }
   return output
 }
 ​
 func AddStrSlice(input []string, diff string) []string {
   output := make([]string, 0, len(input))
   for _, item := range input {
     output = append(output, item+diff)
   }
   return output
 }
 ​
 func main() {
   intSlice := []int{1, 2, 3, 4, 5, 6}
   fmt.Printf("intSlice [%+v] + 2 = [%+v]\n", intSlice, AddIntSlice(intSlice, 2))
 ​
   strSlice := []string{"hi,", "hello,", "bye,"}
   fmt.Printf("strSlice [%+v] + man = [%+v]\n", strSlice, AddStrSlice(strSlice, "man"))
 }
 //output
 //intSlice [[1 2 3 4 5 6]] + 2 = [[3 4 5 6 7 8]]
 //strSlice [[hi, hello, bye,]] + man = [[hi,man hello,man bye,man]]

上面没有使用泛型的代码中，对 intSlice 和 strSlice，需要构造两个函数对它们进行处理；而如果后续还有 float64、uint32 等类型就需要更多地 Add...Slice 函数。

而如果使用泛型之后，这些 Add...Slice 函数就可以合并为一个函数了，在这个函数中，对那些可以使用 + 操作符的类型进行加操作（无论是数学的加还是字符串的连接）。

泛型代码如下：

 package main
 ​
 import (
   "fmt"
 )
 ​
 type PlusConstraint interface {
   type int, string
 }
 ​
 func AddSlice[T PlusConstraint](input []T, diff T) []T {
   output := make([]T, 0, len(input))
   for _, item := range input {
     output = append(output, item+diff)
   }
   return output
 }
 ​
 func main() {
   intSlice := []int{1, 2, 3, 4, 5}
   fmt.Printf("intSlice [%+v] + 2 = [%v]\n", intSlice, AddSlice(intSlice, 2))
 ​
   strSlice := []string{"hi,", "hello,", "bye,"}
   fmt.Printf("strSlice [%v] + man = [%v]\n", strSlice, AddSlice(strSlice, "man"))
 }
 //output
 //intSlice [[1 2 3 4 5]] + 2 = [[3 4 5 6 7]]
 //strSlice [[hi, hello, bye,]] + man = [[hi,man hello,man bye,man]]

是不是超级简单，但是 AddSlice 函数中引入了约束的概念，即 PlusConstraint。AddSlice 的方括号中是类型参数，T 就是这个类型参数的形参，后面的 PlusConstraint 就是 T 的约束条件，意思是只有满足约束条件的 T 类型才可以在这个函数中使用。

AddSlice 后面圆括号中的参数是常规参数也称为非类型参数，它们可以不制定具体类型（int、string 等），可以使用 T 来代替。

而在 AddSlice 中，对于 T 类型的值 item，它会将 item 和 diff 进行 + 操作，可能是数学上的累加，也可能是字符串的连接。

那现在你可能要问了，T 类型就一定是支持 + 操作符的吗，有没有可能是一个 struct 呢？

答案是：不可能。

前面说过，只有满足约束条件的 T 才可以在 AddSlice 中使用，而约束条件就是上面的 PlusConstraint。

PlusConstraint 定义的方式和接口类型的定义是一样的，只不过内部多了一行:

 type int, string

这句话就是说，只有 int、string 这两个类型才满足这个约束，这里涉及到类型集的概念，后续会提到。

因此，有了这个约束条件，传入到 AddSlice 的参数 input 和 diff 都是可以使用 + 操作符的。如果你的 AddSlice 函数中想传入 float46、uint64 等类型，就在 PlusConstraint 中加上这两个类型即可。

上面的代码中，只是对 int 和 string 两种基础类型进行约束。实际开发中，我们可能会定义自己的类型:

 type MyInt int
 type MyStr string

那如果在 AddSlice 中使用这两种类型可以编译通过吗？答案是可以的。在泛型草案中，这种情况是无法编译通过的，需要在约束条件中添加~int | ~string，表示底层类型是 int 或 string 的类型。而在 Go1.17 中，上面的 PlusConstraint 就包括了 int、string、以及以这两者为底层类型的类型。

 package main
 ​
 import (
   "fmt"
 )
 ​
 type MyInt int
 type MyStr string
 ​
 type PlusConstraint interface {
   type int, string
 }
 ​
 func AddSlice[T PlusConstraint](input []T, diff T) []T {
   output := make([]T, 0, len(input))
   for _, item := range input {
     output = append(output, item+diff)
 ​
   }
   return output
 ​
 }
 ​
 func main() {
   intSlice := []MyInt{1, 2, 3, 4, 5}
   fmt.Printf("intSlice [%+v] + 2 = [%v]\n", intSlice, AddSlice(intSlice, 2))
 ​
   strSlice := []MyStr{"hi,", "hello,", "bye,"}
   fmt.Printf("strSlice [%v] + man = [%v]\n", strSlice, AddSlice(strSlice, "man"))
 ​
 }
 //output
 //intSlice [[1 2 3 4 5]] + 2 = [[3 4 5 6 7]]
 //strSlice [[hi, hello, bye,]] + man = [[hi,man hello,man bye,man]]

2.2. 带方法的约束 StringConstraint

前面说到，约束的定义和接口很像，那如果约束中有方法呢，那不就是妥妥的接口吗？

两者还是有区别的：

• 接口的成员只有方法和内嵌的接口类型
• 约束的成员有方法、内嵌约束类型、类型（int、string等）

看下面一个没有使用泛型的例子：

 package main
 ​
 import (
   "fmt"
 )
 ​
 func ConvertSliceToStrSlice(input []fmt.Stringer) []string {
   output := make([]string, 0, len(input))
   for _, item := range input {
     output = append(output, item.String())
   }
   return output
 }
 ​
 type MyInt int
 ​
 func (mi MyInt) String() string {
   return fmt.Sprintf("[%d]th", mi)
 }
 func ConvertIntSliceToStrSlice(input []MyInt) []string {
   output := make([]string, 0, len(input))
   for _, item := range input {
     output = append(output, item.String())
   }
   return output
 }
 ​
 type MyStr string
 ​
 func (ms MyStr) String() string {
   return string(ms) + "!!!"
 }
 func ConvertStrSliceToStrSlice(input []MyStr) []string {
   output := make([]string, 0, len(input))
   for _, item := range input {
     output = append(output, item.String())
   }
   return output
 }
 func main() {
   intSlice := []MyInt{1, 2, 3, 4}
   // compile error, []MyInt not match []fmt.Stringer
   //fmt.Printf("%v convert %v", intSlice, ConvertSliceToStrSlice(intSlice))
 ​
   fmt.Printf("%v convertIntToStr %v \n", intSlice, ConvertIntSliceToStrSlice(intSlice))
 ​
   strSlice := []MyStr{"111", "222", "333"}
   fmt.Printf("%v convertStrToStr %v \n", strSlice, ConvertStrSliceToStrSlice(strSlice))
   // output
   //[[1]th [2]th [3]th [4]th] convertIntToStr [[1]th [2]th [3]th [4]th]
   //[111!!! 222!!! 333!!!] convertStrToStr [111!!! 222!!! 333!!!]
 }

上面代码中，MyInt 和 MyStr 都实现了 fmt.Stringer 接口，但是两个都无法调用 ConvertSliceToStrSlice 函数，因为它的入参是 []fmt.Stringer 类型，[]MyInt 和它不匹配，这在编译的时候就是会报错的，而如果我们想要把[]MyInt 转换为 []string，就需要定义一个入参为[]MyInt 的函数，如 ConvertIntSliceToStrSlice；对于 []MyStr，则需要另一个函数。。。那明明两者都实现了 fmt.Stringer，理论上应该都可以通过 ConvertSliceToStrSlice 啊，这也太反人类了。

哈哈，泛型实现了这个功能。

package main
 ​
 import (
   "fmt"
 )
 ​
 type StringConstraint interface {
   String() string
 }
 ​
 func ConvertSliceToStrSlice[T StringConstraint](input []T) []string {
   output := make([]string, 0, len(input))
   for _, item := range input {
     output = append(output, item.String())
   }
   return output
 }
 ​
 type MyInt int
 ​
 func (mi MyInt) String() string {
   return fmt.Sprintf("[%d]th", mi)
 }
 ​
 type MyStr string
 ​
 func (ms MyStr) String() string {
   return string(ms) + "!!!"
 }
 func main() {
   intSlice := []MyInt{1, 2, 3, 4}
   // compile error, []MyInt not match []fmt.Stringer
   fmt.Printf("%v convert %v\n", intSlice, ConvertSliceToStrSlice(intSlice))
 ​
 ​
   strSlice := []MyStr{"111", "222", "333"}
   fmt.Printf("%v convert %v\n", strSlice, ConvertSliceToStrSlice(strSlice))
   // output
   //[[1]th [2]th [3]th [4]th] convert [[1]th [2]th [3]th [4]th]
   //[111!!! 222!!! 333!!!] convert [111!!! 222!!! 333!!!]
 }

简单吧，在 StringConstraint 约束中定义一个 String() string，这样只要有这个方法的类型都可以作为 T 在 ConvertSliceToStrSlice 使用。在这个约束条件下，所有具有 String() string 方法的类型都可以进行转换，但是我们如果想把约束条件定的更加苛刻，例如只有底层类型为 int 或者 string 的类型才可以调用这个函数。 那么我们可以进一步在 StringConstraint 中添加约束条件：

 type StringConstraint interface {
   type int, string
   String() string
 }

这样满足这个约束的类型集合就是底层类型是 int 或者 string，并且，具有 String() string 方法的类型。而这个类型集合就是 type int, string 的类型集合与 String() string 的类型集合的交集。具体的概念后续介绍。

这样，MyFloat、MyUint 就无法调用 ConvertSliceToStrSlice 这个函数了。

 package main
 ​
 import (
   "fmt"
 )
 ​
 type StringConstraint interface {
   type int, string
   String() string
 }
 ​
 func ConvertSliceToStrSlice[T StringConstraint](input []T) []string {
   output := make([]string, 0, len(input))
   for _, item := range input {
     output = append(output, item.String())
   }
   return output
 }
 ​
 type MyFloat float64
 ​
 func (mf MyFloat) String() string {
   return fmt.Sprintf("%fth", mf)
 }
 ​
 type MyInt int
 ​
 func (mi MyInt) String() string {
   return fmt.Sprintf("[%d]th", mi)
 }
 ​
 type MyStr string
 ​
 func (ms MyStr) String() string {
   return string(ms) + "!!!"
 }
 func main() {
   intSlice := []MyInt{1, 2, 3, 4}
   // compile error, []MyInt not match []fmt.Stringer
   fmt.Printf("%v convert %v\n", intSlice, ConvertSliceToStrSlice(intSlice))
 ​
   strSlice := []MyStr{"111", "222", "333"}
   fmt.Printf("%v convert %v\n", strSlice, ConvertSliceToStrSlice(strSlice))
   // output
   //[[1]th [2]th [3]th [4]th] convert [[1]th [2]th [3]th [4]th]
   //[111!!! 222!!! 333!!!] convert [111!!! 222!!! 333!!!]
   floatSlice := []MyFloat{1.1, 2.2, 3.3}
   //type checking failed for main
   //prog.go2:48:44: MyFloat does not satisfy StringConstraint (MyFloat or float64 not found in int, string)
 ​
   fmt.Printf("%v convert %v\n", floatSlice, ConvertSliceToStrSlice(floatSlice))
 }

小结：

总的来说，泛型可以简化代码的编写，同时在编译时进行类型检查，如果类型不满足约束，就会在编译时报错；这样就避免了运行时不可控的错误了。

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