Golang 使用接口實現(xiàn)泛型

更新:關于泛型魏滚,我找到了一片很棒的文章,或許我會抽空把這部分再梳理一下羽嫡。
復合模式和高階函數(shù)


在C/C++中我們可以使用泛型的方法使代碼得以重復使用渤弛,最常見例如stl functions:vector<int> vint or vector<float> vfloat等。這篇文章將使用interface{...}接口使Golang實現(xiàn)泛型滤愕。

interface{...}是實現(xiàn)泛型的基礎温算。如一個數(shù)組元素類型是interface{...}的話,那么實現(xiàn)了該接口的實體都可以被放置入數(shù)組中间影。注意其中并不一定必須是空接口(簡單類型我們可以通過把他轉化為自定義類型后實現(xiàn)接口)注竿。為什么interface中要聲明方法:因為當我們需要對數(shù)組內數(shù)據(jù)進行操作時(如比較大小)魂贬,我們需要為這個操作聲明一個自定義的方法巩割。換言之,只有實現(xiàn)了這個方法的實體才允許被加入進數(shù)組中付燥。

基礎Demo

在下面演示的Demo中宣谈,我們將實現(xiàn)一個最簡單的vector,并實現(xiàn)插入時排序的功能键科。

type Comper interface{
    Lessthan (Comper) bool
}
type Sdata struct{
    data []Comper
}

func (t *Sdata) Push (item Comper){
    t.data = append(t.data, item)
    for k,v:=range t.data{
        if item.Lessthan(v) {    //調用接口定義的方法
            //排序操作
            break
        }
    }
}

如此便實現(xiàn)了一個最簡單的Demo闻丑,使用Sdata的數(shù)組元素必須先實現(xiàn)Lessthan方法:

type Myint int

func (t Myint) Lessthan (x Comper) bool {
    return t<x.(Myint)
}
func main() {
    mydata := Sdata{make([]Comper, 0)}
    for i:=10;i>0;i--{
        mydata.Push((Myint(i)))
    }
    fmt.Println(mydata)
}

但這個Demo的缺點也有許多漩怎,一是簡單類型元素無法使用Sdata進行排序,二是不支持并發(fā)嗦嗡,在并發(fā)的情況下會產生不可預料的結果勋锤。

通過Reflect支持簡單類型的Demo

為要支持簡單類型,我們只能使用空接口作為數(shù)組元素類型侥祭。這時候我們的程序邏輯應該是這樣:如果這是一個簡單類型叁执,那么我們直接調用內置的"<"與">"進行比較;如果這不是一個簡單類型矮冬,那么我們仍舊調用Lessthan方法:

type Comper interface{
    Lessthan (Comper) bool
}
type Sdata struct{
    data []interface{}
}

func (t *Sdata) Push (item interface{}){
    for _,v:=range t.data{
        if reflect.TypeOf(item).Implements(reflect.TypeOf(new(Comper)).Elem()) {
            citem:=item.(Comper)
            cv:=v.(Comper)
            if citem.Lessthan(cv) {
                //要執(zhí)行的操作
                break
            }
        }else{
            x,v:=reflect.ValueOf(item),reflect.ValueOf(v)
            switch x.Kind() {
            case reflect.Int:
            case reflect.Int8:
            case reflect.Int16:
                /*...*/
                //x, y:=x.Int(), y.Int()
                /*...*/
                break
            case reflect.Uint:
                /*...*/
            }
        }
    }
}

利用reflect判斷item的類型reflect.TypeOf(item).Implements(reflect.TypeOf(new(comper)).Elem())谈宛,即item類型是否實現(xiàn)了comper接口類型。TypeOf(new(comper))是一個指針ptr胎署,Elem()將指針轉為值吆录。如果該函數(shù)返回值為true,則可將item和v從interface{}強制轉為Comper接口硝拧,調用Lessthan(...)径筏;當然你也可以使用類型斷言,那種方式更簡單也更常用障陶,我在這兒只是嘗試一下使用反射的方法:if v,ok:=item.(comper); ok{...}
不能直接對value類型進行大小比較:value類型不能通過">"與"<"直接比較大小滋恬,即使我們知道他是簡單類型。作者還沒有找到簡單的方法能直接轉化值為簡單類型并比較抱究,因此采用了枚舉的方法恢氯。若有更簡便的方法,也請告知鼓寺。
如果使用實例指針實現(xiàn)接口:這是一個比較難以發(fā)現(xiàn)的問題勋拟,涉及到golang的類型系統(tǒng)。也就是說妈候,如果我們實現(xiàn)Lessthen的方法是這樣func (t*Myint) Lessthan (x Comper) bool敢靡,那么很有可能你的斷言item類型就要失敗了。我們可以看一下此時item的類型:

fmt.Println(reflect.TypeOf(t.data[0]))  //main.XXX

這不是我們期待的苦银,因為我們知道只有*T類型的方法集才是S和*S啸胧,而T類型的方法集只有S。很明顯幔虏,main.XXX的方法集里不包括Lessthan方法纺念,只有*main.XXX才包括。所以正確的使用方法是想括,在最初賦值的時候就賦值給指針類型:

mi := Myint(i)
mydata.Push(&mi)

當然陷谱,在編些一個大型庫的時候,這種寫法并不好看并顯累贅瑟蜈。具體解決方法查看后文總由使用者傳遞指針參數(shù)過于繁瑣的解決方法

多接口分層Demo

空接口其實只是一個特殊用例烟逊,我們將其推廣后即可發(fā)現(xiàn)渣窜,我們可以定義多個接口,聲明多種方法焙格,實例實現(xiàn)了若干種方法便有權限調用若干函數(shù):
例如我們可以賦予讀取權限图毕,寫入權限與刪除權限夷都,來對應不同需求:

type Reader interface {
    Read () interface{}
}
type Writer interface {
    Write (Writer)
}
type ReadWriter interface {
    Reader
    Writer
}
type Remover interface {
    Remove ()
}

type Sdata struct {
    data []interface{}
}

func (t *Sdata)Get(i int)interface{}{
    if len(t.data) == 0{return nil}
    if reflect.TypeOf(t.data[0]).Implements(reflect.TypeOf(new(Reader)).Elem()) == true{
        return t.data[i].(Reader).Read()
    }
}

func (t *Sdata)Modify(i int, w Writer){
    // if reflect.TypeOf(t.data[0]).Implements(reflect.TypeOf(new(ReadWriter)).Elem()) == true
    if _,ok:=t.data[0].(ReadWriter);ok{
        t.data[i].(Writer).Write(w)
    }
}
//......

自定義Myint類型并實現(xiàn)Reader眷唉,Writer接口:

type Readint int
func (t Readint) Read() interface{}{
    return int(t)
}
//---------------------------------------------
type Myint int
func (t Myint) Read() interface{}{
    return int(t)
}
func (t *Myint) Write(w Writer){
    *t = *w.(*Myint)
    return
}

func main() {
    mydata := Sdata{make([]interface{}, 1)}
    var u,v Myint = 5,6
    mydata.data[0] = &u
    fmt.Println("Myint is ", mydata.Get(0))
    mydata.Modify(0,&v)
    fmt.Println("Myint is ", mydata.Get(0))

    var ru Readint = 100
    readdata := Sdata{make([]interface{}, 1)}
    readdata.data[0] = &ru
    fmt.Println("Readint is ", readdata.Get(0))
    //var rv Readint = 101
    readdata.Modify(0,&v)  //事實上,如果傳遞rv則編譯根本不會通過囤官。
    fmt.Println("Readint is ", readdata.Get(0))
}

運行結果:

Myint is  5
Myint is  6
Readint is  100
Readint is  100

說明:如果因為認為上述代碼傳遞&rv根本不會通過編譯而不去作類型檢查冬阳,這是不可取的。因為對于空接口interface{}而言党饮,無所謂實體的類型肝陪,只在乎是否實現(xiàn)方法,因此傳遞&v是合情合理的刑顺。另外氯窍,因為該Demo是一個簡易版本,所以判斷權限部分僅僅根據(jù)判斷第0個元素的權限蹲堂。事實上狼讨,判斷權限應該在初始化時完成并將其存儲在結構體變量中。

總由使用者傳遞指針參數(shù)過于繁瑣的解決方法

如果我們編寫一套庫柒竞,庫的使用者無論何時都必須使用&v的方式傳遞參數(shù)政供,這顯然是不夠友好的。傳遞指針類型參數(shù)的作用并不是為了傳遞地址朽基,只是傳遞值布隔,并且告訴編譯器,這個實例需要*S的方法集而已稼虎。那么我們在編寫庫的時候完全可以為使用者加上這個方法集衅檀,讓使用者通過值的方式傳遞參數(shù)時也能調用*S方法。注意此時Modify函數(shù)參數(shù)中對Writer接口的限制可以取消(若不取消霎俩,也無法傳遞值類型)哀军,替換成interface{}即可。
解決方案:庫先檢查其傳遞的類型:當使用者傳遞值類型時茸苇,庫為其自動創(chuàng)建一個指針類型的實例并復制參數(shù)的值排苍;將新創(chuàng)建的指針類型傳遞給相應函數(shù)。

//將 interface{T} 轉變?yōu)?interface{*T}
func transform(w interface{})interface{}{
    pv:=reflect.New(reflect.TypeOf(w))
    pv.Elem().Set(reflect.ValueOf(w))
    return pv.interface{}
}

圖示:


Reflect Rules.jpg

最后学密,我們略微修改函數(shù)使得函數(shù)能夠通過值傳遞參數(shù)淘衙。

func (t *Sdata)Modify(i int, w interface{}){
    // if reflect.TypeOf(t.data[0]).Implements(reflect.TypeOf(new(ReadWriter)).Elem()) == true
    if _,ok:=t.data[0].(ReadWriter);ok{
        t.data[i].(Writer).Write(w)
    } else {
        t.data[i].(Writer).Write(transform(w))
    }
}

最后關于并發(fā)的問題,套用讀寫鎖即可腻暮。過于簡單不再通過Demo驗證彤守。

我在Github - simple-stl上簡單完成了一套類似于 c++ stl庫毯侦,包括適配器,泛型等具垫,以及兩個數(shù)據(jù)容器vector和stack侈离。較全面覆蓋了本文中的內容,歡迎下載查看并給出意見筝蚕。

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