Go语言的1.17版本发布了,其中开始正式支持泛型了。虽然还有一些限制(比如,不能把泛型函数export),但是,可以体验了。我的这个《Go编程模式》的系列终于有了真正的泛型编程了,再也不需要使用反射或是go generation这些难用的技术了。周末的时候,我把Go 1.17下载下来,然后,体验了一下泛型编程,还是很不错的。下面,就让我们来看一下Go的泛型编程。(注:不过,如果你对泛型编程的重要性还不是很了解的话,你可以先看一下之前的这篇文章《Go编程模式:Go Generation》,然后再读一下《Go编程模式:MapReduce》)
本文是全系列中第10 / 10篇:Go编程模式
- Go编程模式:切片,接口,时间和性能
 - Go 编程模式:错误处理
 - Go 编程模式:Functional Options
 - Go编程模式:委托和反转控制
 - Go编程模式:Map-Reduce
 - Go 编程模式:Go Generation
 - Go编程模式:修饰器
 - Go编程模式:Pipeline
 - Go 编程模式:k8s Visitor 模式
 - Go编程模式 : 泛型编程
 
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初探
我们先来看一个简单的示例:
package mainimport "fmt"func printAny[T any] (arr []T) {for _, v := range arr {fmt.Print(v)fmt.Print(" ")}fmt.Println("")}func main() {strs := []string{"Hello", "World", "Generics"}decs := []float64{3.14, 1.14, 1.618, 2.718 }nums := []int{2,4,6,8}printAny(strs)printAny(decs)printAny(nums)}
在 run 和 build 的命令执行时指定 -G 标识或在 https://go2goplay.golang.org/ 运行如下代码
PS D:\Projects\Github\NoobWu\go-samples\simple> go run -gcflags=-G=3 .\generic.goHello World Generics3.14 1.14 1.618 2.7182 4 6 8PS D:\Projects\Github\NoobWu\go-samples\simple>

上面这个例子中,有一个 print() 函数,这个函数就是想输出数组的值,如果没有泛型的话,这个函数需要写出 int 版,float版,string 版,以及我们的自定义类型(struct)的版本。现在好了,有了泛型的支持后,我们可以使用 [T any] 这样的方式来声明一个泛型类型(有点像 C++ 的 typename T),然后面都使用 T 来声明变量就好。
上面这个示例中,我们泛型的 print() 支持了三种类型的适配—— int型,float64型,和 string型。要让这段程序跑起来需要在编译行上加上 -gcflags=-G=3 编译参数(这个编译参数会在 1.18 版上成为默认参数),如下所示:
$ go run -gcflags=-G=3 ./main.go
有了个操作以后,我们就可以写一些标准的算法了,比如,一个查找的算法
func find[T comparable] (arr []T, elem T) int {for i, v := range arr {if v == elem {return i}}return -1}
我们注意到,我们没有使用 [T any]的形式,而是使用 [T comparable]的形式,comparable是一个接口类型,其约束了我们的类型需要支持 == 的操作, 不然就会有类型不对的编译错误。上面的这个 find() 函数同样可以使用于 int, float64或是string类型。
从上面的这两个小程序来看,Go语言的泛型已基本可用了,只不过,还有三个问题:
- 一个是 fmt.Printf()中的泛型类型是 %v 还不够好,不能像 
c++iostream重载 >> 来获得程序自定义的输出。 - 另外一个是,go 不支持操作符重载,所以,你也很难在泛型算法中使用“泛型操作符”如:== 等
 - 最后一个是,上面的 find() 算法依赖于“数组”,对于hash-table、tree、graph、link等数据结构还要重写。也就是说,没有一个像C++ STL那样的一个泛型迭代器(这其中的一部分工作当然也需要通过重载操作符(如:++ 来实现)
 
不过,这个已经很好了,让我们来看一下,可以干哪些事了。
数据结构
Stack 栈
编程支持泛型最大的优势就是可以实现类型无关的数据结构了。下面,我们用 Slices 这个结构体来实现一个Stack 的数结构。
首先,我们可以定义一个泛型的 Stack
type stack [T any][]T
看上去很简单,还是 [T any] ,然后 []T 就是一个数组,接下来就是实现这个数据结构的各种方法了。下面的代码实现了 push() ,pop(),top(),len(),print()这几个方法,这几个方法和 C++的 STL 中的 Stack 很类似。(注:目前 Go 的泛型函数不支持 export,所以只能使用第一个字符是小写的函数名)
func (s *stack[T]) push(elem T) {*s = append(*s, elem)}func (s *stack[T]) pop() {if len(*s) > 0 {*s = (*s)[:len(*s)-1]}}func (s *stack[T]) top() *T {if len(*s) > 0 {return &(*s)[len(*s)-1]}return nil}func (s *stack[T]) len() int {return len(*s)}func (s *stack[T]) print() {for _, elem := range *s {fmt.Print(elem)fmt.Print(" ")}fmt.Println("")}
上面的这个例子还是比较简单的,不过在实现的过程中,对于一个如果栈为空,那么 top()要么返回error要么返回空值,在这个地方卡了一下。因为,之前,我们返回的“空”值,要么是 int 的0,要么是 string 的 “”,然而在泛型的T下,这个值就不容易搞了。也就是说,除了类型泛型后,还需要有一些“值的泛型”(注:在 C++ 中,如果你要用一个空栈进行 top() 操作,你会得到一个 segmentation fault),所以,这里我们返回的是一个指针,这样可以判断一下指针是否为空。
下面是如何使用这个 stack 的代码。
package mainimport "fmt"func print[T any](arr []T) {for _, v := range arr {fmt.Print(v)fmt.Print(" ")}fmt.Println("")}func printTest() {strs := []string{"Hello", "World", "Generics"}decs := []float64{3.14, 1.14, 1.618, 2.718}nums := []int{2, 4, 6, 8}print(strs)print(decs)print(nums)}type stack [T any][]Tfunc (s *stack[T]) push(elem T) {*s = append(*s, elem)}func (s *stack[T]) pop() {if len(*s) > 0 {*s = (*s)[:len(*s)-1]}}func (s *stack[T]) top() *T {if len(*s) > 0 {return &(*s)[len(*s)-1]}return nil}func (s *stack[T]) len() int {return len(*s)}func (s *stack[T]) print() {for _, elem := range *s {fmt.Print(elem)fmt.Print(" ")}fmt.Println("")}func stackTest() {ss := stack[string]{}ss.push("Hello")ss.push("Hao")ss.push("Chen")ss.print()fmt.Printf("stack top is - %v\n", *(ss.top()))ss.pop()ss.pop()ss.print()ns := stack[int]{}ns.push(10)ns.push(20)ns.print()ns.pop()ns.print()*ns.top() += 1ns.print()ns.pop()fmt.Printf("stack top is - %v\n", ns.top())}func main() {stackTest()}
PS D:\Projects\Github\NoobWu\go-samples\simple> go run -gcflags=-G=3 .\generic.go
LinkList 双向链表
下面我们再来看一个双向链表的实现。下面这个实现中实现了 这几个方法:
- add() – 从头插入一个数据结点
 - push() – 从尾插入一个数据结点
 - del() – 删除一个结点(因为需要比较,所以使用了 compareable 的泛型)
 - print() – 从头遍历一个链表,并输出值。 ```go type node[T comparable] struct { data T prev node[T] next node[T] }
 
type list[T comparable] struct { head, tail *node[T] len int }
func (l *list[T]) isEmpty() bool { return l.head == nil && l.tail == nil }
func (l *list[T]) add(data T) { n := &node[T] { data : data, prev : nil, next : l.head, } if l.isEmpty() { l.head = n l.tail = n } l.head.prev = n l.head = n }
func (l *list[T]) push(data T) { n := &node[T] { data : data, prev : l.tail, next : nil, } if l.isEmpty() { l.head = n l.tail = n } l.tail.next = n l.tail = n }
func (l *list[T]) del(data T) { for p := l.head; p != nil; p = p.next { if data == p.data {
if p == l.head {l.head = p.next}if p == l.tail {l.tail = p.prev}if p.prev != nil {p.prev.next = p.next}if p.next != nil {p.next.prev = p.prev}return}
} }
func (l *list[T]) print() { if l.isEmpty() { fmt.Println(“the link list is empty.”) return } for p := l.head; p != nil; p = p.next { fmt.Printf(“[%v] -> “, p.data) } fmt.Println(“nil”) }
上面这个代码都是一些比较常规的链表操作,学过链表数据结构的同学应该都不陌生,使用的代码也不难,如下所示,都很简单,看代码就好了。```gofunc main(){var l = list[int]{}l.add(1)l.add(2)l.push(3)l.push(4)l.add(5)l.print() //[5] -> [2] -> [1] -> [3] -> [4] -> nill.del(5)l.del(1)l.del(4)l.print() //[2] -> [3] -> nil}
PS D:\Projects\Github\NoobWu\go-samples\simple> go run -gcflags=-G=3 .\generic.go[5] -> [2] -> [1] -> [3] -> [4] -> nil[2] -> [3] -> nilPS D:\Projects\Github\NoobWu\go-samples\simple>
函数式范型
接下来,我们就要来看一下我们函数式编程的三大件 map() 、 reduce() 和 filter() 在之前的《Go编程模式:Map-Reduce》文章中,我们可以看到要实现这样的泛型,需要用到反射,代码复杂到完全读不懂。下面来看一下真正的泛型版本。
泛型Map
func gMap[T1 any, T2 any](arr []T1, f func(T1) T2)[]T2 {result := make([]T2, len(arr))for i, elem := range arr {result[i] = f(elem)}return result}
在上面的这个 map函数中我使用了两个类型 – T1 和 T2 ,
- T1 – 是需要处理数据的类型
 - T2 – 是处理后的数据类型
 
T1 和 T2 可以一样,也可以不一样。
我们还有一个函数参数 –  func(T1) T2 意味着,进入的是 T1 类型的,出来的是 T2 类型的。
然后,整个函数返回的是一个 []T2
好的,我们来看一下怎么使用这个map函数:
func gMapTest() {nums := []int {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9}squares := gMap(nums, func (elem int) int {return elem * elem})print(squares) //0 1 4 9 16 25 36 49 64 81strs := []string{"Hao", "Chen", "MegaEase"}upstrs := gMap(strs, func(s string) string {return strings.ToUpper(s)})print(upstrs) // HAO CHEN MEGAEASEdict := []string{"零", "壹", "贰", "叁", "肆", "伍", "陆", "柒", "捌", "玖"}strs = gMap(nums, func (elem int) string {return dict[elem]})print(strs) // 零 壹 贰 叁 肆 伍 陆 柒 捌 玖}func main() {// stackTest() //stack 栈//listTest() //LinkList 双链表gMapTest() //map}
PS D:\Projects\Github\NoobWu\go-samples\simple> go run -gcflags=-G=3 .\generic.go0 1 4 9 16 25 36 49 64 81HAO CHEN MEGAEASE零 壹 贰 叁 肆 伍 陆 柒 捌 玖PS D:\Projects\Github\NoobWu\go-samples\simple>
泛型 Reduce
接下来,我们再来看一下我们的 Reduce 函数,reduce 函数是把一堆数据合成一个。
func gReduce[T1 any, T2 any](arr []T1, init T2, f func(T2, T1) T2) T2 {result := initfor _, elem := range arr {result = f(result, elem)}return result}
函数实现起来很简单,但是感觉不是很优雅。
- 也是有两个类型 T1 和 T2,前者是输出数据的类型,后者是佃出数据的类型。
 - 因为要合成一个数据,所以需要有这个数据的初始值 init,是 T2 类型
 - 而自定义函数 func(T2, T1) T2,会把这个 
init值传给用户,然后用户处理完后再返回出来。 
下面是一个使用上的示例——求一个数组的和
func gReduceTest() {nums := []int {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9}sum := gReduce(nums, 0, func (result, elem int) int {return result + elem})fmt.Printf("Sum = %d \n", sum)}func main() {// stackTest() //stack 栈//listTest() //LinkList 双链表//gMapTest() //mapgReduceTest() //reduce}
PS D:\Projects\Github\NoobWu\go-samples\simple> go run -gcflags=-G=3 .\generic.goSum = 45PS D:\Projects\Github\NoobWu\go-samples\simple>
泛型 filter
filter 函数主要是用来做过滤的,把数据中一些符合条件(filter in)或是不符合条件(filter out)的数据过滤出来,下面是相关的代码示例
func gFilter[T any] (arr []T, in bool, f func(T) bool) []T {result := []T{}for _, elem := range arr {choose := f(elem)if (in && choose) || (!in && !choose) {result = append(result, elem)}}return result}func gFilterIn[T any] (arr []T, f func(T) bool) []T {return gFilter(arr, true, f)}func gFilterOut[T any] (arr []T, f func(T) bool) []T {return gFilter(arr, false, f)}
其中,用户需要提从一个 bool 的函数,我们会把数据传给用户,然后用户只需要告诉我行还是不行,于是我们就会返回一个过滤好的数组给用户。
比如,我们想把数组中所有的奇数过滤出来
nums := []int {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9}odds := gFilterIn(nums, func (elem int) bool {return elem % 2 == 1})print(odds)
PS D:\Projects\Github\NoobWu\go-samples\simple> go run -gcflags=-G=3 .\generic.go1 3 5 7 9PS D:\Projects\Github\NoobWu\go-samples\simple>
业务示例
正如《Go编程模式:Map-Reduce》中的那个业务示例,我们在这里再做一遍。
首先,我们先声明一个员工对象和相关的数据
type Employee struct {Name stringAge intVacation intSalary float32}var employees = []Employee{{"Hao", 44, 0, 8000.5},{"Bob", 34, 10, 5000.5},{"Alice", 23, 5, 9000.0},{"Jack", 26, 0, 4000.0},{"Tom", 48, 9, 7500.75},{"Marry", 29, 0, 6000.0},{"Mike", 32, 8, 4000.3},}
然后,我们想统一下所有员工的薪水,我们就可以使用前面的 reduce 函数
total_pay := gReduce(employees, 0.0, func(result float32, e Employee) float32 {return result + e.Salary})fmt.Printf("Total Salary: %0.2f\n", total_pay) // Total Salary: 43502.05
我们函数这个 gReduce 函数有点啰嗦,还需要传一个初始值,在用户自己的函数中,还要关心 result 我们还是来定义一个更好的版本。
一般来说,我们用 reduce 函数大多时候基本上是统计求和或是数个数,所以,是不是我们可以定义的更为直接一些?比如下面的这个 CountIf(),就比上面的 Reduce 干净了很多。
func gCountIf[T any](arr []T, f func(T) bool) int {cnt := 0for _, elem := range arr {if f(elem) {cnt += 1}}return cnt;}
我们做求和,我们也可以写一个 Sum 的泛型。
- 处理 T 类型的数据,返回 U类型的结果
 - 然后,用户只需要给我一个需要统计的 T 的 U 类型的数据就可以了。
 
如下所示:
type Sumable interface {type int, int8, int16, int32, int64,uint, uint8, uint16, uint32, uint64,float32, float64}func gSum[T any, U Sumable](arr []T, f func(T) U) U {var sum Ufor _, elem := range arr {sum += f(elem)}return sum}
上面的代码我们动用了一个叫 Sumable 的接口,其限定了 U 类型,只能是 Sumable 里的那些类型,也就是整型或浮点型,这个支持可以让我们的泛型代码更健壮一些。
于是,我们就可以完成下面的事了。
1)统计年龄大于40岁的员工数
old := gCountIf(employees, func (e Employee) bool {return e.Age > 40})fmt.Printf("old people(>40): %d\n", old)// ld people(>40): 2
2)统计薪水超过 6000元的员工数
high_pay := gCountIf(employees, func(e Employee) bool {return e.Salary >= 6000})fmt.Printf("High Salary people(>6k): %d\n", high_pay)//High Salary people(>6k): 4
3)统计年龄小于30岁的员工的薪水
younger_pay := gSum(employees, func(e Employee) float32 {if e.Age < 30 {return e.Salary}return 0})fmt.Printf("Total Salary of Young People: %0.2f\n", younger_pay)//Total Salary of Young People: 19000.00
4)统计全员的休假天数
total_vacation := gSum(employees, func(e Employee) int {return e.Vacation})fmt.Printf("Total Vacation: %d day(s)\n", total_vacation)//Total Vacation: 32 day(s)
5)把没有休假的员工过滤出来
no_vacation := gFilterIn(employees, func(e Employee) bool {return e.Vacation == 0})print(no_vacation)//{Hao 44 0 8000.5} {Jack 26 0 4000} {Marry 29 0 6000}
怎么样,你大概了解了泛型编程的意义了吧。
(全文完)
package mainimport ("fmt""strings")func print[T any](arr []T) {for _, v := range arr {fmt.Print(v)fmt.Print(" ")}fmt.Println("")}func printTest() {strs := []string{"Hello", "World", "Generics"}decs := []float64{3.14, 1.14, 1.618, 2.718}nums := []int{2, 4, 6, 8}print(strs)print(decs)print(nums)}type stack[T any] []Tfunc (s *stack[T]) push(elem T) {*s = append(*s, elem)}func (s *stack[T]) pop() {if len(*s) > 0 {*s = (*s)[:len(*s)-1]}}func (s *stack[T]) top() *T {if len(*s) > 0 {return &(*s)[len(*s)-1]}return nil}func (s *stack[T]) len() int {return len(*s)}func (s *stack[T]) print() {for _, elem := range *s {fmt.Print(elem)fmt.Print(" ")}fmt.Println("")}func stackTest() {ss := stack[string]{}ss.push("Hello")ss.push("Hao")ss.push("Chen")ss.print()fmt.Printf("stack top is - %v\n", *(ss.top()))ss.pop()ss.pop()ss.print()ns := stack[int]{}ns.push(10)ns.push(20)ns.print()ns.pop()ns.print()*ns.top() += 1ns.print()ns.pop()fmt.Printf("stack top is - %v\n", ns.top())}type node[T comparable] struct {data Tprev *node[T]next *node[T]}type list[T comparable] struct {head, tail *node[T]len int}func (l *list[T]) isEmpty() bool {return l.head == nil && l.tail == nil}func (l *list[T]) add(data T) {n := &node[T]{data: data,prev: nil,next: l.head,}if l.isEmpty() {l.head = nl.tail = n}l.head.prev = nl.head = n}func (l *list[T]) push(data T) {n := &node[T]{data: data,prev: l.tail,next: nil,}if l.isEmpty() {l.head = nl.tail = n}l.tail.next = nl.tail = n}func (l *list[T]) del(data T) {for p := l.head; p != nil; p = p.next {if data == p.data {if p == l.head {l.head = p.next}if p == l.tail {l.tail = p.prev}if p.prev != nil {p.prev.next = p.next}if p.next != nil {p.next.prev = p.prev}return}}}func (l *list[T]) print() {if l.isEmpty() {fmt.Println("the link list is empty.")return}for p := l.head; p != nil; p = p.next {fmt.Printf("[%v] -> ", p.data)}fmt.Println("nil")}func listTest() {var l = list[int]{}l.add(1)l.add(2)l.push(3)l.push(4)l.add(5)l.print() //[5] -> [2] -> [1] -> [3] -> [4] -> nill.del(5)l.del(1)l.del(4)l.print() //[2] -> [3] -> nil}func gMap[T1 any, T2 any](arr []T1, f func(T1) T2) []T2 {result := make([]T2, len(arr))for i, elem := range arr {result[i] = f(elem)}return result}func gMapTest() {nums := []int{0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}squares := gMap(nums, func(elem int) int {return elem * elem})print(squares) //0 1 4 9 16 25 36 49 64 81strs := []string{"Hao", "Chen", "MegaEase"}upstrs := gMap(strs, func(s string) string {return strings.ToUpper(s)})print(upstrs) // HAO CHEN MEGAEASEdict := []string{"零", "壹", "贰", "叁", "肆", "伍", "陆", "柒", "捌", "玖"}strs = gMap(nums, func(elem int) string {return dict[elem]})print(strs) // 零 壹 贰 叁 肆 伍 陆 柒 捌 玖}func gReduce[T1 any, T2 any](arr []T1, init T2, f func(T2, T1) T2) T2 {result := initfor _, elem := range arr {result = f(result, elem)}return result}func gReduceTest() {nums := []int{0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}sum := gReduce(nums, 0, func(result, elem int) int {return result + elem})fmt.Printf("Sum = %d \n", sum)}func gFilter[T any](arr []T, in bool, f func(T) bool) []T {result := []T{}for _, elem := range arr {choose := f(elem)if (in && choose) || (!in && !choose) {result = append(result, elem)}}return result}func gFilterIn[T any](arr []T, f func(T) bool) []T {return gFilter(arr, true, f)}func gFilterOut[T any](arr []T, f func(T) bool) []T {return gFilter(arr, false, f)}func gFilterTest() {nums := []int{0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}odds := gFilterIn(nums, func(elem int) bool {return elem%2 == 1})print(odds)}type Employee struct {Name stringAge intVacation intSalary float32}var employees = []Employee{{"Hao", 44, 0, 8000.5},{"Bob", 34, 10, 5000.5},{"Alice", 23, 5, 9000.0},{"Jack", 26, 0, 4000.0},{"Tom", 48, 9, 7500.75},{"Marry", 29, 0, 6000.0},{"Mike", 32, 8, 4000.3},}func gCountIf[T any](arr []T, f func(T) bool) int {cnt := 0for _, elem := range arr {if f(elem) {cnt += 1}}return cnt}type Sumable interface {type int, int8, int16, int32, int64, uint, uint8, uint16, uint32, uint64, float32, float64}func gSum[T any, U Sumable](arr []T, f func(T) U) U {var sum Ufor _, elem := range arr {sum += f(elem)}return sum}func main() {// stackTest() //stack 栈//listTest() //LinkList 双链表//gMapTest() //map//gReduceTest() //reduce//gFilterTest() //filtertotal_pay := gReduce(employees, 0.0, func(result float32, e Employee) float32 {return result + e.Salary})fmt.Printf("Total Salary: %0.2f\n", total_pay) // Total Salary: 43502.05//统计年龄大于40岁的员工数old := gCountIf(employees, func(e Employee) bool {return e.Age > 40})fmt.Printf("old people(>40): %d\n", old)// ld people(>40): 2//统计薪水超过 6000元的员工数high_pay := gCountIf(employees, func(e Employee) bool {return e.Salary >= 6000})fmt.Printf("High Salary people(>6k): %d\n", high_pay)//High Salary people(>6k): 4//统计年龄小于30岁的员工的薪水younger_pay := gSum(employees, func(e Employee) float32 {if e.Age < 30 {return e.Salary}return 0})fmt.Printf("Total Salary of Young People: %0.2f\n", younger_pay)//Total Salary of Young People: 19000.00//统计全员的休假天数total_vacation := gSum(employees, func(e Employee) int {return e.Vacation})fmt.Printf("Total Vacation: %d day(s)\n", total_vacation)//Total Vacation: 32 day(s)}
 
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