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Go 的泛型：編寫適用於多種類型的更聰明的程式碼

Patricia Arquette原創: 2024-11-28 22:40:11319瀏覽

Go s Generics: Writing Smarter Code That Works with Multiple Types

泛型即將進入 Go，這是一件大事。我一直在深入研究 Go 2 的擬議更改，並且很高興分享我對這項強大新功能的了解。

從本質上講，泛型允許我們編寫適用於多種類型的程式碼。我們可以編寫一個通用函數來處理所有這些類型，而不是為整數、字串和自訂類型編寫單獨的函數。這會帶來更靈活和可重複使用的程式碼。

讓我們從一個基本範例開始。以下是我們編寫通用「Max」函數的方法：

func Max[T constraints.Ordered](a, b T) T {
    if a > b {
        return a
    }
    return b
}

此函數適用於任何滿足 Ordered 限制的類型 T。我們可以將它與整數、浮點數、字串或任何實作比較運算子的自訂類型一起使用。

型別約束是 Go 泛型實作的關鍵部分。它們允許我們指定泛型類型必須支援哪些操作。約束包提供了幾個預先定義的約束，但我們也可以建立自己的約束。

例如，我們可以為可以轉換為字串的型別定義一個限制：

type Stringer interface {
    String() string
}

現在我們可以編寫適用於任何可以轉換為字串的類型的函數：

func PrintAnything[T Stringer](value T) {
    fmt.Println(value.String())
}

Go 泛型最酷的事情之一就是型別推論。很多情況下，我們在呼叫泛型函數時不需要明確指定類型參數。編譯器可以計算出來：

result := Max(5, 10) // Type inferred as int

這使我們的程式碼保持乾淨和可讀，同時仍然提供泛型的好處。

讓我們進入一些更高階的領域。類型參數清單允許我們指定多個類型參數之間的關係。以下是在兩種類型之間進行轉換的函數範例：

func Convert[From, To any](value From, converter func(From) To) To {
    return converter(value)
}

函數接受任何類型的值，一個轉換器函數，並傳回轉換後的值。它非常靈活，可以在許多不同的場景中使用。

泛型在資料結構方面確實很出色。讓我們實作一個簡單的通用堆疊：

type Stack[T any] struct {
    items []T
}

func (s *Stack[T]) Push(item T) {
    s.items = append(s.items, item)
}

func (s *Stack[T]) Pop() (T, bool) {
    if len(s.items) == 0 {
        var zero T
        return zero, false
    }
    item := s.items[len(s.items)-1]
    s.items = s.items[:len(s.items)-1]
    return item, true
}

這個堆疊可以容納任何類型的物品。我們可以使用相同的程式碼來建立整數、字串或自訂結構的堆疊。

泛型也為 Go 中的設計模式開啟了新的可能性。例如，我們可以實作一個通用的觀察者模式：

type Observable[T any] struct {
    observers []func(T)
}

func (o *Observable[T]) Subscribe(f func(T)) {
    o.observers = append(o.observers, f)
}

func (o *Observable[T]) Notify(data T) {
    for _, f := range o.observers {
        f(data)
    }
}

這使我們能夠為任何類型的資料建立可觀察的對象，從而輕鬆實現事件驅動的架構。

在重構現有 Go 程式碼以使用泛型時，保持平衡很重要。雖然泛型可以使我們的程式碼更加靈活和可重複使用，但它們也可以使其變得更加複雜和難以理解。我發現通常最好從具體實現開始，只有當我們看到清晰的重複模式時才引入泛型。

例如，如果我們發現自己為不同類型編寫類似的函數，那麼這是泛化的一個很好的候選者。但如果一個函數僅用於一種類型，最好保持原樣。

泛型真正發揮作用的一個領域是實現演算法。讓我們來看看通用的快速排序實作：

func Max[T constraints.Ordered](a, b T) T {
    if a > b {
        return a
    }
    return b
}

此函數可以對任何有序類型的切片進行排序。我們可以使用它對整數、浮點數、字串或任何實作比較運算子的自訂類型進行排序。

在大型專案中使用泛型時，考慮靈活性和編譯時類型檢查之間的權衡至關重要。雖然泛型允許我們編寫更靈活的程式碼，但如果我們不小心，它們也可能更容易引入運行時錯誤。

我發現有用的一個策略是對內部程式庫程式碼使用泛型，但在公共 API 中公開具體類型。這為我們帶來了內部程式碼重用的好處，同時仍然為我們庫的使用者提供了清晰的、類型安全的介面。

另一個重要的考慮因素是性能。雖然 Go 的泛型實作設計得非常高效，但與具體類型相比，仍然存在一些運行時開銷。在效能關鍵型程式碼中，可能值得對通用實作與非通用實作進行基準測試，看看是否有顯著差異。

泛型也為 Go 中的元程式開啟了新的可能性。我們可以編寫對類型本身進行操作的函數，而不是對值進行操作。例如，我們可以編寫一個在運行時產生新結構類型的函數：

type Stringer interface {
    String() string
}

此函數建立一個新的結構類型，其中欄位類型為 T。它是在運行時創建動態資料結構的強大工具。

在我們結束時，值得注意的是，雖然泛型是一個強大的功能，但它們並不總是最好的解決方案。有時，簡單的介面或特定的類型更合適。關鍵是明智地使用泛型，它們在程式碼重用和類型安全方面提供了明顯的好處。

Go 2 中的泛型代表了該語言的重大演化。它們提供了新的工具來編寫靈活、可重複使用的程式碼，同時保持 Go 對簡單性和可讀性的重視。隨著我們繼續探索和試驗此功能，我很高興看到它將如何塑造 Go 程式設計的未來。

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