解析类型参数

原文在这里。

由 Ian Lance Taylor 发布于2023年9月26日

slices 包函数签名

slices.Clone 函数很简单：它返回一个任意类型切片的副本：

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

这个方法有效的原因是：向容量为零的切片追加元素将分配一个新的底层数组。函数体的长度最终比函数签名的长度要短，函数体短是一方面原因，函数签名长是另一方面原因。在本博客文章中，我们将解释为什么函数签名被写成这样。

Simple Clone

我们将从编写一个简单的通用 Clone 函数开始。这不是 slices 包中的函数。我们希望接受任何元素类型的切片，并返回一个新的切片：

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

这个通用函数Clone1有一个名为E的类型参数。它接受一个参数 s，该参数是类型为E的切片，并返回相同类型的切片。这个签名对于熟悉 Go 中泛型的人来说是直观的。

然而，存在一个问题。在 Go 中，命名切片类型并不常见，但人们确实在使用它们。

// 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, "+")
}

假设我们想复制一个 MySlice，然后获取可打印版本，但要按照字符串的排序顺序排列：

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

很不幸，上面的代码并不能成功运行，编译器报错信息如下：

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

如果我们手动用类型参数替换类型参数来实例化 Clone1，我们可以看到问题所在：

func InstantiatedClone1(s []string) []string

Go的赋值规则允许我们将类型为 MySlice 的值传递给类型为 []string 的参数，因此调用 Clone1 是可以的。但是 Clone1 将返回类型为 []string 的值，而不是类型为 MySlice 的值。类型 []string 没有 String 方法，因此编译器会报错。

Flexible Clone

要解决这个问题，我们需要编写一个返回与其参数相同类型的Clone版本。如果我们能做到这一点，那么当我们使用类型MySlice的值调用Clone时，它将返回类型MySlice的结果。

结果如下：

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

这个Clone2函数返回与其参数相同类型的值。

这里我把约束写为了?，但这只是一个占位符。要使它工作，我们需要写一个能让我们编写函数体的约束。对于Clone1，我们可以只使用any进行约束。但对于Clone2，这样做不起作用：我们想要要求s是一个切片类型。

由于我们知道我们想要一个切片，切片的约束必须是一个切片。我们不关心切片元素类型是什么，所以我们就像在Clone1中一样将其命名为E。

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

这仍然是无效的，因为我们还没有声明E。类型参数E的类型参数可以是任何类型，这意味着它本身也必须是一个类型参数。由于它可以是任何类型，所以它的约束是any。

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

这已经接近了，至少它会编译通过，但我们还没有完全解决问题。如果我们编译这个版本，当我们调用Clone4(ms)时会出现错误。

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

编译器告诉我们，我们不能将类型参数MySlice用于类型参数S，因为MySlice不满足约束[]E。这是因为[]E作为约束仅允许切片类型字面量，如[]string。它不允许像MySlice这样的命名类型。

基础类型的约束

根据错误提示，答案是加一个波浪线(~)。

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

再次重申，编写类型参数和约束 [S []E, E any] 意味着S的类型参数可以是任何未命名的切片类型，但不能是定义为切片文字的命名类型。编写 [S ~[]E, E any]，带有一个波浪线，意味着 S 的类型参数可以是底层类型为切片的任何类型。

对于任何命名类型 type T1 T2，T1的底层类型是T2的底层类型。预声明类型如 int 或类型文字如 []string 的底层类型就是它们自身。有关详细信息，请参阅语言规范。在我们的示例中，MySlice的底层类型是[]string。

由于MySlice的底层类型是切片，因此我们可以将类型为MySlice的参数传递给Clone5。正如您可能已经注意到的，Clone5的签名与slices.Clone的签名相同。我们终于达到了我们想要的目标。

在继续之前，让我们讨论一下为什么 Go 语法需要一个波浪符（~）。看起来我们总是希望允许传递MySlice，那么为什么不将其作为默认值呢？或者，如果我们需要支持精确匹配，为什么不反过来，使约束[]E允许命名类型，而约束，比如=[]E，只允许切片类型文字？

为了解释这一点，让我们首先观察一下[T ~MySlice]这样的类型参数列表是没有意义的。这是因为MySlice不是任何其他类型的底层类型。例如，如果我们有一个定义如type MySlice2 MySlice的定义，MySlice2的底层类型是[]string，而不是MySlice。因此，[T ~MySlice]要么不允许任何类型，要么与[T MySlice]相同，只匹配MySlice。无论哪种方式，[T ~MySlice]都是没有用的。为了避免这种混淆，语言禁止[T ~MySlice]，并且编译器会产生错误，例如

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

如果 Go 不需要波浪符，让[S []E]匹配任何底层类型是[]E的类型，那么我们将不得不定义[S MySlice]的含义。

我们可以禁止[S MySlice]，或者我们可以说[S MySlice]只匹配MySlice，但无论哪种方法都会遇到与预声明类型的问题。预声明类型，比如int，其底层类型是它自身。我们希望允许人们编写接受底层类型为int的任何类型参数的约束。在今天的语言中，他们可以通过编写[T ~int]来实现这一点。如果我们不需要波浪符，我们仍然需要一种方式来表示“任何底层类型是int的类型”。自然的表达方式将是[T int]。这将意味着[T MySlice]和[T int]的行为将不同，尽管它们看起来非常相似。

我们也可以说[S MySlice]匹配任何底层类型为MySlice底层类型的类型，但这将使[S MySlice]变得不必要和令人困惑。

我们认为有必要要求使用波浪符，明确何时匹配底层类型而不是类型本身。

类型接口

现在我们已经解释了slices.Clone的签名，让我们看看如何通过类型推断来简化实际使用slices.Clone。请记住，Clone的签名是

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

对于slices.Clone的调用将传递一个切片给参数s。简单的类型推断将允许编译器推断类型参数S的类型参数是传递给Clone的切片的类型。类型推断还足够强大，可以看出类型参数E的类型参数是传递给S的类型参数的元素类型。

这意味着我们可以写成

c := Clone(ms)

而不必写成

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

如果我们引用Clone而不调用它，我们必须为S指定一个类型参数，因为编译器没有可以用来推断它的信息。幸运的是，在这种情况下，类型推断能够从S的参数中推断出类型参数E的类型参数，因此我们不必单独指定它。

也就是说，我们可以写成

myClone := Clone[MySlice]

而不必写成

myClone := Clone[MySlice, string]