解析型別引數

落雷發表於2023-10-04

原文在這裡。

由 Ian Lance Taylor 釋出於2023年9月26日

slices 包函式簽名

slices.Clone 函式很簡單：它返回一個任意型別切片的副本：

func Clone[S ~[]E, E any](s S) S {
    return append(s[:0:0], s...)
}

這個方法有效的原因是：向容量為零的切片追加元素將分配一個新的底層陣列。函式體的長度最終比函式簽名的長度要短，函式體短是一方面原因，函式簽名長是另一方面原因。在本部落格文章中，我們將解釋為什麼函式簽名被寫成這樣。

Simple Clone

我們將從編寫一個簡單的通用 Clone 函式開始。這不是 slices 包中的函式。我們希望接受任何元素型別的切片，並返回一個新的切片：

func Clone1[E any](s []E) []E {
    // body omitted
}

這個通用函式Clone1有一個名為E的型別引數。它接受一個引數 s，該引數是型別為E的切片，並返回相同型別的切片。這個簽名對於熟悉 Go 中泛型的人來說是直觀的。

然而，存在一個問題。在 Go 中，命名切片型別並不常見，但人們確實在使用它們。

// MySlice is a slice of strings with a special String method.
type MySlice []string

// String returns the printable version of a MySlice value.
func (s MySlice) String() string {
    return strings.Join(s, "+")
}

假設我們想複製一個 MySlice，然後獲取可列印版本，但要按照字串的排序順序排列：

func PrintSorted(ms MySlice) string {
    c := Clone1(ms)
    slices.Sort(c)
    return c.String() // FAILS TO COMPILE
}

很不幸，上面的程式碼並不能成功執行，編譯器報錯資訊如下：

c.String undefined (type []string has no field or method String)

如果我們手動用型別引數替換型別引數來例項化 Clone1，我們可以看到問題所在：

func InstantiatedClone1(s []string) []string

Go的賦值規則允許我們將型別為 MySlice 的值傳遞給型別為 []string 的引數，因此呼叫 Clone1 是可以的。但是 Clone1 將返回型別為 []string 的值，而不是型別為 MySlice 的值。型別 []string 沒有 String 方法，因此編譯器會報錯。

Flexible Clone

要解決這個問題，我們需要編寫一個返回與其引數相同型別的Clone版本。如果我們能做到這一點，那麼當我們使用型別MySlice的值呼叫Clone時，它將返回型別MySlice的結果。

結果如下：

func Clone2[S ?](s S) S // INVALID

這個Clone2函式返回與其引數相同型別的值。

這裡我把約束寫為了?，但這只是一個佔位符。要使它工作，我們需要寫一個能讓我們編寫函式體的約束。對於Clone1，我們可以只使用any進行約束。但對於Clone2，這樣做不起作用：我們想要要求s是一個切片型別。

由於我們知道我們想要一個切片，切片的約束必須是一個切片。我們不關心切片元素型別是什麼，所以我們就像在Clone1中一樣將其命名為E。

func Clone3[S []E](s S) S // INVALID

這仍然是無效的，因為我們還沒有宣告E。型別引數E的型別引數可以是任何型別，這意味著它本身也必須是一個型別引數。由於它可以是任何型別，所以它的約束是any。

func Clone4[S []E, E any](s S) S

這已經接近了，至少它會編譯透過，但我們還沒有完全解決問題。如果我們編譯這個版本，當我們呼叫Clone4(ms)時會出現錯誤。

MySlice does not satisfy []string (possibly missing ~ for []string in []string)

編譯器告訴我們，我們不能將型別引數MySlice用於型別引數S，因為MySlice不滿足約束[]E。這是因為[]E作為約束僅允許切片型別字面量，如[]string。它不允許像MySlice這樣的命名型別。

基礎型別的約束

根據錯誤提示，答案是加一個波浪線(~)。

func Clone5[S ~[]E, E any](s S) S

再次重申，編寫型別引數和約束 [S []E, E any] 意味著S的型別引數可以是任何未命名的切片型別，但不能是定義為切片文字的命名型別。編寫 [S ~[]E, E any]，帶有一個波浪線，意味著 S 的型別引數可以是底層型別為切片的任何型別。

對於任何命名型別 type T1 T2，T1的底層型別是T2的底層型別。預宣告型別如 int 或型別文字如 []string 的底層型別就是它們自身。有關詳細資訊，請參閱語言規範。在我們的示例中，MySlice的底層型別是[]string。

由於MySlice的底層型別是切片，因此我們可以將型別為MySlice的引數傳遞給Clone5。正如您可能已經注意到的，Clone5的簽名與slices.Clone的簽名相同。我們終於達到了我們想要的目標。

在繼續之前，讓我們討論一下為什麼 Go 語法需要一個波浪符（~）。看起來我們總是希望允許傳遞MySlice，那麼為什麼不將其作為預設值呢？或者，如果我們需要支援精確匹配，為什麼不反過來，使約束[]E允許命名型別，而約束，比如=[]E，只允許切片型別文字？

為了解釋這一點，讓我們首先觀察一下[T ~MySlice]這樣的型別引數列表是沒有意義的。這是因為MySlice不是任何其他型別的底層型別。例如，如果我們有一個定義如type MySlice2 MySlice的定義，MySlice2的底層型別是[]string，而不是MySlice。因此，[T ~MySlice]要麼不允許任何型別，要麼與[T MySlice]相同，只匹配MySlice。無論哪種方式，[T ~MySlice]都是沒有用的。為了避免這種混淆，語言禁止[T ~MySlice]，並且編譯器會產生錯誤，例如

invalid use of ~ (underlying type of MySlice is []string)

如果 Go 不需要波浪符，讓[S []E]匹配任何底層型別是[]E的型別，那麼我們將不得不定義[S MySlice]的含義。

我們可以禁止[S MySlice]，或者我們可以說[S MySlice]只匹配MySlice，但無論哪種方法都會遇到與預宣告型別的問題。預宣告型別，比如int，其底層型別是它自身。我們希望允許人們編寫接受底層型別為int的任何型別引數的約束。在今天的語言中，他們可以透過編寫[T ~int]來實現這一點。如果我們不需要波浪符，我們仍然需要一種方式來表示“任何底層型別是int的型別”。自然的表達方式將是[T int]。這將意味著[T MySlice]和[T int]的行為將不同，儘管它們看起來非常相似。

我們也可以說[S MySlice]匹配任何底層型別為MySlice底層型別的型別，但這將使[S MySlice]變得不必要和令人困惑。

我們認為有必要要求使用波浪符，明確何時匹配底層型別而不是型別本身。

型別介面

現在我們已經解釋了slices.Clone的簽名，讓我們看看如何透過型別推斷來簡化實際使用slices.Clone。請記住，Clone的簽名是

func Clone[S ~[]E, E any](s S) S

對於slices.Clone的呼叫將傳遞一個切片給引數s。簡單的型別推斷將允許編譯器推斷型別引數S的型別引數是傳遞給Clone的切片的型別。型別推斷還足夠強大，可以看出型別引數E的型別引數是傳遞給S的型別引數的元素型別。

這意味著我們可以寫成

c := Clone(ms)

而不必寫成

c := Clone[MySlice, string](ms)

如果我們引用Clone而不呼叫它，我們必須為S指定一個型別引數，因為編譯器沒有可以用來推斷它的資訊。幸運的是，在這種情況下，型別推斷能夠從S的引數中推斷出型別引數E的型別引數，因此我們不必單獨指定它。

也就是說，我們可以寫成

myClone := Clone[MySlice]

而不必寫成

myClone := Clone[MySlice, string]