用任意类型编写代码——一文带你了解泛型编程

1 前言

还记得在数据结构书中的 <T> 类型吗？本文带你看看了解这个泛型编程。

泛型编程中，代码可以被处理成任何类型的对象。泛型编程与非泛型编程的区别是，数据的“类型”（通常标记为 T ）没有被明确说明。

泛型编程范式的掌握具有挑战性，因为它需要高度的抽象性（完全忽略数据的类型）。目前，C++（模板）、Java、C#，以及 Golang 都有对泛型编程的内置支持，并包括一个大型的通用集合和数据结构的标准库。

2 为什么选择泛型

Object 是所有其他类的超类，对象引用可以引用任何对象。这些功能缺乏类型安全性。泛型添加了这种类型的安全功能。

Java 中的泛型类似于 C++中的模板。例如，像 HashSet、ArrayList, HashMap 等类很好地使用了泛型。泛型类型的两种方法之间存在一些根本差异。

class Test<T> {
    // An object of type T is declared
    T obj;
    Test(T obj) { this.obj = obj; } // 构造器
    public T getObject() { return this.obj; }
}
class Main {
    public static void main(String[] args)
    {
        // 整数类型实例
        Test<Integer> iObj = new Test<Integer>(15);
        System.out.println(iObj.getObject());
        // 字符串类型实例
        Test<String> sObj = new Test<String>("宇宙之一粟");
        System.out.println(sObj.getObject());
    }
}

输出：

15
宇宙之一粟

对于泛型类型（通常表示为 T，你也可以选择其他的），不能对正在处理的实例类型做出假设。由于在泛型代码中不能做任何类型的假设，所以相同的逻辑有可能以一致和可重复的方式对许多类型起作用。类型不可知的性质使得泛型成为一个强大的语言特性，但它也使得不习惯的工程师难以阅读或理解泛型代码。

严格来说，有些语言如 C# 和 Java 有一个基础的 Object 类，所有的类都继承自它。在这些情况下，你可以对类型进行假设，只要你把它当作基础对象。

泛型编程实际上是将类型从代码中抽象出来。类型与代码逻辑的分离可以通过使用类型参数来完成，但也可以通过使用编程语言中的其他抽象机制（如接口或反射）来完成。

虽然在大多数语言中，接口是由类明确定义和实现的，但情况并非总是如此。例如，Go 和 TypeScript 都使用隐式接口，不直接在类型上预先声明，而是通过类型判断过程推断出来。隐式接口类型化是一个强大的工具。Go 的隐式接口：

// Example of an interface in Go
type Reader interface {
    Read(p []byte) (n int, err error)
}
type myReader struct {}
// Implement the Reader interface
func (r *myReader) Read(p []byte) (n int, err error) {
    return 0, nil
}

3 数据结构和泛型

数据结构是许多编程语言中使用的数据组织和操作的模式。最常见的数据结构是一类元素的集合。因为列表只是一类元素的集合，所以很容易创建一个泛型列表。大多数计算机科学学生学习的第一个数据结构是一个链表。链表的数据结构是一类元素的列表，但每个项目都包含一个指向链表中下一个元素的引用（或指针）。

4 泛型编程的优点

• 更少的模板代码；更多的业务逻辑
  
• 通用代码可以适用于任何数据类型
  
• 可以大大减少代码的重复性
  
• 错误修复只需要在一个地方发生
  
• 代码的可重用性可以大大增加
  
• 代码的稳定性可以大大增加
  
• 理论上，泛型代码应该能够达到 100% 的测试覆盖率，将回归的机会降到最低。
  

5 总结

编写泛型代码是一件非常有趣的事情，也是学习纯算法设计的好方法，不需要打字那么麻烦。