Go核心成员提交泛型提案,有望在Go 1.18beta试用

本文转载自 脑子进煎鱼了,作者 陈煎鱼

经历九九八十一难,多年的不断探讨和 Go 语言爱好者们在社区中的强烈关注,且 Go 官方在 2020 年不断放出消息。

Go 团队核心成员 Ian Lance Taylor 宣布已提交为 Go 添加泛型的提案 (Proposal)。

Ian 在博客说道:“为 Go 添加泛型的语言变更完全向后兼容 (fully backward compatible),现有的 Go 程序会继续像现在一样正常运行。”

基本语法如下:

其大体的概述如下:

  • 函数可以具有使用方括号的其他类型参数列表,但其他情况下看起来像普通的参数列表:func F[T any](p T) { ... }

  • 类型也可以具有类型参数列表:type MySlice[T any] []T

  • 每个类型参数都有一个类型约束,就像每个普通参数都有一个类型:func F[T Constraint](p T) { ... }

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  • 类型约束是接口类型。

  • 新的预声明名称 any 是允许任何类型的类型约束。

  • 用作类型约束的接口类型可以具有预先声明的类型的列表。只有与那些类型之一匹配的类型参数才能满足约束条件。

  • 泛型函数只能使用其类型约束所允许的操作。

  • 使用泛型函数或类型需要传递类型实参。

  • 在通常情况下,类型推断允许省略函数调用的类型参数。

根据官方博客的消息,如果该提案被正式接受。那么将会在 2021 年底之前完成一个基本可用的泛型功能(可能未完全优化),又或是会作为 Go1.18beta 的一部分

这是 Go 泛型特性的又一步历史性前进,这一个里程碑。

为什么 Go 的泛型一拖再拖?

泛型程序设计(generic programming)是程序设计语言的一种风格或范式。泛型允许程序员在强类型语言中编写代码时,使用一些以后才确定的类型,其在真正实例化时才会为这些参数指确定类型。

另外各语言和其编译器、运行环境对泛型的支持均不一样,因此需要针对来辩证。

简单来讲,泛型就是参数化多态。其可根据实参类型生成不同的版本,支持任意数量的调用:

在编译时期编译器便确定其 T 的入参类型。这也是 Go 泛型实现的要求之一 “编译时类型安全”。

为什么需要泛型

这时候可能会有人说,没有泛型也可以啊...感觉写业务代码没什么影响,与其搞泛型不如搞好 errors。

但泛型是有其所需的场景,最常见的是像基础库在处理获取配置中心数据时,就要处理类型,时常遇到下述场景:

图片

手写一个 “泛型” 如果使用接口(interface)类型来做,也得 switch.(type) 枚举出所有的基础类型。这显然并不合理,也没法做太复杂的逻辑,而且所支持的类型还泄露。

另外同时单从语言层面来讲,泛型支持是一个必然事件了,因为泛型的存在对解决特定领域的问题存在一定的意义。

接口和泛型有什么区别

在上面我们有提到接口(interface)类型,这时候就出现了泛型的第二个经典问题。那就是 “接口和泛型有什么区别?”,为什么不用接口来实现 “泛型”:

 
 

也像这么一回事,但在这里存在一个致命的缺陷。那就是接口的入参和出参均可以在运行时表现为不同的类型:

要做好,还得依靠内部去对参数进行断言,否则作为 string 类型的煎鱼又如何和 int 类型的 233 相加呢,那是必然报错的。

而反过来看真 “泛型” 的实际使用,编译器会保证泛型函数的入参和出参必须为同一类型,有强制性的检验:

两者存在本质上的区别,泛型会更安全,能够保证编译早期就发现错误,而不是等到运行时(并且可能会存在隐性的 BUG)。

总体来讲,泛型相较接口有如下优点:

  • 更安全:编译早期就能发现错误。

  • 性能好:静态类型。

过去:为什么那么久都没有泛型

前几段在社区的微信群看到一位小伙伴吐槽 “Go 语言居然没有泛型?”。

变相来看,可能其会认为 ”Go 都已经 11 岁了,2020 年了居然还没有泛型?”。

这显然是不对的,因为泛型本质上并不是绝对的必需品,更不是 Go 语言的早期目标,因此在过往的发展阶段没有过多重视这一点,而是把精力放在了其他 feature 上。

另外 Go 语言在以往其实进行过大量的泛型 proposal 试验,基本时间线(via @changkun)如下:

简述 时间 作者
[Type Functions] 2010年 Ian Lance Taylor
Generalized Types 2011年 Ian Lance Taylor
Generalized Types v2 2013年 Ian Lance Taylor
Type Parameters 2013年 Ian Lance Taylor
go:generate 2014年 Rob Pike
First Class Types 2015年 Bryan C.Mills
Contracts 2018年 Ian Lance Taylor, Robert Griesemer
Contracts 2019年 Ian Lance Taylor, Robert Griesemer
Redundancy in Contracts(2019)'s Design 2019年 Ian Lance Taylor, Robert Griesemer
Constrained Type Parameters(2020, v1) 2020年 Ian Lance Taylor, Robert Griesemer
Constrained Type Parameters(2020, v2) 2020年 Ian Lance Taylor, Robert Griesemer
Constrained Type Parameters(2020, v3) 2020年 Ian Lance Taylor, Robert Griesemer

虽然偶有中断,但仔细一看,2010 年就尝试过,到 2020 年了,也是很励志了,显然官方也是在寻路和尝试的过程中,但一直没有找到相较好的方案,大多都存在问题,社区对方案的争议也不断。

泛型的战争

为什么不用尖括号

在社区中很多同学在讨论的一个问题,那就是 “为什么 Go 泛型不像 C++ 和 Java 那样使用尖括号?,也出现了 “Go 一直标榜业界工程实践类的榜样,为什么就是不用尖括号” 的言论?

思考问题我们不只看表面,官方说不行,那么我们可以倒推来看,看看 Go 语言就用尖括号:

普通的函数声明看上去似乎结构清晰,没有什么大问题的。接着往下看:

我们继续把代码演进一下,简洁一点:

这时候就犯难了,不仅编译器难以解析,人也很难判别,到底指的是:

又或是:

从上述代码来看,使用尖括号难以分别,因为没有类型信息,就无法确定赋值的右侧是一对表达式 w < x和y > (z),还是返回两个结果值 w<x, y>(z) 的泛型函数实例化和调用,其存在歧义。

要解决还要引入新的约束,会破坏 Go1 的兼容性承诺,这显然是不合理的。

为什么不用括号

其实最早 Go 泛型的版本是使用了括号的模式,虽然能用,但是用括号会引入新的解析歧义。例如:

从语法上来讲,你无法识别他是未命名参数的 x(T) 函数,还是类型名为参数的 (T) 函数。

同时 Go 语言还存在强制类型转换这一语法,假设代码是 []T(v1) 和 []T(v2){} ,那么你在开括号处,就无法得知其是否代表类型转换。

甚至在函数的完整声明上,我们都会感到困惑:

函数入参、泛型、返回值声明均都是括号,造成了语义不清,这显然也是不合理的。

为什么不用书名号(«»)

想的美,并不想使用非 ASCII,未来更没打算支持。

总结

最后我们回答一下最开始的疑问,”为什么 Go 的泛型一拖再拖“,主要如下:

  • Go 语言的早期目标(工作重点)并不是泛型。

  • Go 语言在 2010-2020 年都有间断在做 Go 泛型的 proposal,但总是 ”失败“,在不断地吸收经验。

  • Go 语言社区的意见反馈是真的多,单用什么符号表示泛型,不想要泛型都争论不休。

  • Go 语言的泛型现在还不成熟,很多细节其实并没有支持好。

很显然,在保证 Go1 向后兼容性的同时,Go 官方也不想直接妥协出一个随便的方案,因此总是不断地在改进。

随着 Go 语言的在业内的不断应用,泛型也和 errors 一样被推上风头浪尖。

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