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
package main import "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：
public 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<Score> scores) { int sum = 0; for (Score score : scores) { sum += score.num; } return sum; } public static void main(String[] args) { List<Score> 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：
public 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<Score> scores) { int sum = 0; for (Score score : scores) { sum += score.num; } return sum; } public static float getFloatSum(List<Score2> scores) { float sum = 0; for (Score2 score : scores) { sum += score.num; } return sum; } public static void main(String[] args) { List<Score> scores = Arrays.asList( new Score("zs", 100), new Score("ls", 80) ); List<Score2> 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：
public class Main { static class Score<T> { String name; T num; public Score(String name, T num) { this.name = name; this.num = num; } } public static int getIntSum(List<Score<Integer>> scores) { int sum = 0; for (Score<Integer> score : scores) { sum += score.num; } return sum; } public static float getFloatSum(List<Score<Float>> scores) { float sum = 0; for (Score<Float> score : scores) { sum += score.num; } return sum; } public static void main(String[] args) { List<Score<Integer>> scores = Arrays.asList( new Score("zs", 100), new Score("ls", 80) ); List<Score<Float>> 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
