深度思考：为什么需要泛型？

不知道大家平时在进行后端编程的时候有没有考虑过一个概念：泛型编程

不知道大家平时在进行后端编程的时候有没有考虑过一个概念：泛型编程，就像面向对象、面向接口编程一样，很常用以致于用成为了大家广泛的习惯，在后端常用编程语言中，无论是Java、C++都支持泛型编程，而在2022年的3月份，随着Go1.18稳定版本的发布，Go自1.18版本起，也支持了“泛型(Generics)”这一特性，这同时也是Go语言在语法层面的一次重大改变。

虽然之前在使用Java进行编程时经常用到泛型，但是未曾思考过到底为什么需要泛型？没有泛型会怎样？泛型带来了什么作用？泛型的实现原理是怎样的？等等问题。

因为Go1.18版本发布已有几个月的时间，各个IDE也陆续支持Go语言泛型编码，因此也通过一些资料学习了Go语言泛型这个新特性，并且对此做了一些思考，想以一篇文章来向大家分享自己的思考经验和见解，同时也会以实际代码的方式使用Java、Go语言的泛型特性，剖析其原理，下面开始正文。

1 什么是泛型？维基百科提到：最初泛型编程这个概念来自于缪斯·大卫和斯捷潘诺夫. 亚历山大合著的“泛型编程”一文。那篇文章对泛型编程的诠释是：“泛型编程的中心思想是对具体的、高效的算法进行抽象，以获得通用的算法，然后这些算法可以与不同的数据表示法结合起来，产生各种各样有用的软件”。说白了就是将算法与类型解耦，实现算法更广泛的复用。

在我看来，泛型是同接口类似，也是编程的一种规范，也可以说是一种风格，泛型编程可以让开发者在编写代码时约束变量、容器、对象、结构体的类型，对类型清晰的掌握可以减少bug的产生，增强代码的可读性，让抽象变得更加具体和实用。基于泛型的程序，由于传入的参数不同，程序会实现不同的功能。这也被叫做一种多态现象，叫做参数化多态（Parametric Polymorphism）。

2 编程语言中泛型编程的实例2.1 Java泛型编程请移步这篇文章《玩转Java泛型》

2.2 Go泛型编程12345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940414243444546474849505152535455565758596061626364package mainimport "fmt"type MyList[T any] struct { Items []Item[T]}type Item[T any] struct { Index int Value T}func (list *MyList[T]) AddItem(i T) { item := Item[T]{Value: i, Index: len(list.Items)} list.Items = append(list.Items, item)}func (list *MyList[T]) GetItem(index int) T { l := list.Items var val T for i := range l { if l[i].Index == index { val = l[i].Value } } return val}func (list *MyList[T]) Print() { for i := range list.Items { fmt.Println(list.Items[i]) }}type MyHashMap[K comparable, V any] struct { Value map[K]V}func (m *MyHashMap[K, V]) SetValue(k K, v V) { m.Value[k] = v}func (m *MyHashMap[K, V]) GetValue(k K) V { return m.Value[k]}func (m *MyHashMap[K, V]) Print() { for k := range m.Value { fmt.Println(k, m.Value[k]) }}func main() { list := MyList[int]{} list.AddItem(1) list.AddItem(2) item := list.GetItem(7) list.Print() hashMap := MyHashMap[string, int]{map[string]int{"A": 1, "B": 2}} hashMap.SetValue("s", 2) value := hashMap.GetValue("s") hashMap.Print()}

具体Go泛型编程内容可以看下这篇文章哈：《一文搞懂Go1.18泛型新特性》

3 为什么需要泛型？回答这个问题之前，我们不妨思考下，在一些场景下如果没有泛型会怎样：

123456789101112131415161718192021222324252627282930public class Main { static class Score { String name; int num; public Score(String name, int num) { this.name = name; this.num = num; } } public static int getSum(List scores) { int sum = 0; for (Score score : scores) { sum += score.num; } return sum; } public static void main(String[] args) { List scores = Arrays.asList( new Score("zs", 100), new Score("ls", 80), new Score("ww", 90.5) //编译不通过 ); int sum = getSum(scores); System.out.println(sum); }}

没有泛型时解决上述问题：

1234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344454647484950515253public class Main { static class Score { String name; int num; public Score(String name, int num) { this.name = name; this.num = num; } } static class Score2 { String name; float num; public Score2(String name, float num) { this.name = name; this.num = num; } } public static int getIntSum(List scores) { int sum = 0; for (Score score : scores) { sum += score.num; } return sum; } public static float getFloatSum(List scores) { float sum = 0; for (Score2 score : scores) { sum += score.num; } return sum; } public static void main(String[] args) { List scores = Arrays.asList( new Score("zs", 100), new Score("ls", 80) ); List scores2 = Arrays.asList( new Score2("zs", 89.5f), new Score2("ls", 80.5f) ); int sum = getIntSum(scores); float sum2 = getFloatSum(scores2); System.out.println(sum+sum2); }}

接下来我们引入泛型：

12345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940414243public class Main { static class Score { String name; T num; public Score(String name, T num) { this.name = name; this.num = num; } } public static int getIntSum(List> scores) { int sum = 0; for (Score score : scores) { sum += score.num; } return sum; } public static float getFloatSum(List> scores) { float sum = 0; for (Score score : scores) { sum += score.num; } return sum; } public static void main(String[] args) { List> scores = Arrays.asList( new Score("zs", 100), new Score("ls", 80) ); List> scores2 = Arrays.asList( new Score("zs", 89.5f), new Score("ls", 80.5f) ); int sum = getIntSum(scores); float sum2 = getFloatSum(scores2); System.out.println(sum+sum2); }}

所以，使用泛型的原因：

泛化

类型安全

消除强制类型转换

向后兼容

图示：

4 总结泛型的实现原理大多数静态类型语言的泛型实现都是在编译期进行，也就是编译的前端实现，主要的技术包括类型擦除、具体化和基于元编程等进行的，比如Java的泛型就是基于类型擦除实现，在编译前端进行类型检查即可，编译之后的字节码不管有没有泛型都是一样的，运行时也是如此。而Go语言的泛型实现则不同，Go使用类似于具体化的方式实现泛型，就是在运行时使用类型信息，根据类型参数创建不同的具体类型的变量。

参考：

https://time.geekbang.org/column/article/485140

https://baike.baidu.com/item/%E6%B3%9B%E5%9E%8B/4475207?fr=aladdin

https://time.geekbang.org/column/article/283229