GO语言泛型编程实践

紧接着上次说到的RDB文件解析功能，数据解析步骤完成后，下一个问题就是如何保存解析出来的数据，Redis有多种数据类型，string、hash、list、zset、set，一开始想到的方案是为每一种数据定义一种数据结构，根据不同的数据类型，将数据保存到不同的数据结构，但是这样的做法带来了比较多的冗余代码，以string和hash为例，一开始的代码是这样的：

type Rdb struct {
    … // 其他属性
    strObj     	map[string]string
    hashObj 	map[string]map[string]string
    …// 其他结构体定义
}

// 保存string的函数
func (r *Rdb) saveStrObj(redisKey string, redisVal string) {
    r.strObj[redisKey] = redisVal
}

// 保存hash的函数
func (r *Rdb) saveHashObj(redisKey string, hashField string, hashVal string) {
    item, ok := r.hashObj[redisKey]

    if !ok {
        item = make(map[string]string)
        r.hashObj[redisKey] = item
    }

    item[hashField] = hashVal
}

这种方式有比较多的冗余代码，比如保存字符串和保存哈希结构需要编写两套相似代码了，且在初始化Rdb结构体的时候，还需要初始化所有结构体之后，再传递到Rdb的初始化函数中，比如：

strObj := make(map[string]string)
hashObj := make(map[string]map[string]string)
rdb := &Rdb{…, strObj, hashObj}

这样的代码写起来比较繁琐，且不好维护，如果在更多数据类型的项目中，这样的代码看起来简直令人发指。比如在这次的实践中，redis的数据都是键值对，键的类型是固定的-字符串，但是值的类型就有map、string等等各种类型，于是乎就想到是否有泛型这种技术可以协助实现想要的功能。

泛型编程

泛型程序设计（generic programming）是程序设计语言的一种风格或范式。泛型允许 程序员 在强类型程序设计语言中编写代码时使用一些以后才指定的类型，在实例化时作为参数指明这些类型。（ 摘自维基百科 ）

简单地理解，泛型编程指的是不针对某一种特定的类型进行编程，一个方法不是针对了某几种特定的数据类型，而是对大部分数据类型都有效。

比如开发一个加法功能，不只是支持整型做加法，浮点型、字符串、数组等等类型的加法，都可以实现。

在开始介绍 Go 语言的泛型编程实现之前，我想先聊一聊 C语言 的泛型实现，还是那句话，最喜欢C语言。

C语言的泛型实现

以交换变量的函数为例子，在C语言的实现，是通过无类型指针void *来实现，看下面的代码：

// 交换函数，泛型实现版本
void swap(void *p1, void *p2)
{
        size_t size = (sizeof(p1) == sizeof(p2)) ? sizeof(p1) : -1;
        char temp[size];
        memcpy(temp, p1, sizeof(p1));
        memcpy(p1, p2, sizeof(p2));
        memcpy(p2, temp, sizeof(temp));
}

那么，有了泛型版本的交换函数后，通过执行整型、浮点数和字符串的交换验证一下：

int main()
{
    int a = 1;
    int b = 42767;
    swap(&a, &b);
    
    float f1 = 1.234;
    float f2 = 2.345;
    swap(&f1, &f2);

    char str1[6] = "hello";
    char str2[10] = "world ooo";
    swap(str1, str2);

    printf("a: %d, b: %d\n", a, b);
    printf("f1: %f, f2: %f\n", f1, f2);
    printf("str1: %s, str2: %s\n", str1, str2);
}

编译执行后结果如下：

泛型版本的交换函数实现的关键是 void * 和 memcpy 函数，是拷贝内存的操作，因为数据在内存中都是保存二进制，只要操作交换的类型是一致的，那么通过memcpy会拷贝类型占用字节大小的数据，从而实现同类型的数据交换。需要注意一点的是，C语言下的泛型编程是不安全的，比如在这个交换函数中，如果操作了不同类型数据的交换，比如short和int的交换：

short a = 1;
int b = 5;
swap(&a, &b);

这个调用时不会报错，且可运行的，但是交换的结果依赖于系统的字节序，这种交换是没有意义的，需要程序员去做更多的检查和特殊判断。

Go语言的泛型

在Go语言里面，没有真正的泛型，它的泛型是通过利用 interface 的特性来实现，因为interface也是一种类型， 只要实现了interface里面的方法就可以归属为同一种类型，空的interface没有任何方法，那么任何类型都可以作为同一类（这一点有点类似 Java 的Object，所有类的超类）。

interface

interface是Go语言的一种类型，可以类比理解为Java的接口类型，在Go语言里，interface定义了一个方法集合，只要实现了interface里面的方法集，那就可以说是实现了该接口。Go语言的interface类型是一种静态的数据类型，在编译时会检查，但是它也算是一种动态的数据类型，因为它可以用来保存多种类型的数据。

Go语言的interface提供了一种鸭子类型（duck typing）的用法，用起来就好像是 PHP 中的动态数据类型一样，但是如果企图使用一个有其他方法声明的interface来保存int，编译器还是会报错的。

以开头的代码为例，改为使用interface后，代码是怎么样呢？

定义保持 Redis 对象的RedisObject结构体，保存对象的类型、占用长度，对象值，值使用了空interface类型：

type RedisObject struct {
    objType int
    objLen  int
    objVal  interface{}
}

当保存值时，只需要将值直接赋值给RedisObject即可：

func (r *Rdb) saveStrObj(redisKey string, strVal string) {
    redisObj := NewRedisObject(RDB_TYPE_STRING, r.loadingLen, strVal)
    r.mapObj[redisKey] = redisObj
}

func (r *Rdb) saveHash(hashKey string, hashField string, hashValue string) {
    item, ok := r.mapObj[hashKey]
    if !ok {
        tmpMap := make(map[string]string)
        item = NewRedisObject(RDB_TYPE_HASH, 0, tmpMap)
        r.mapObj[hashKey] = item
    }
    
	item.objVal.(map[string]string)[hashField] = hashValue
}

对于字符串类型而言，它的值就是简单的字符串，使用语句 r.mapObj[redisKey] = redisObj 赋值即可，而哈希对象相对复杂一些，首先检查保存键hashKey的是否为有效对象，如果不是，则需要新建一个哈希对象，在保存时，需要讲objVal(interface类型)解析为键值对对象，然后再进行赋值，具体代码是 objVal.(map[string]string) ，意思是将类型为interface的objVal解析为 map[string][string] 类型的值。

类型断言

上面对objVal进行类型转换的技术称之为类型断言，是一种类型之间转换的技术，与类型转换不同的是，类型断言是在接口间进行。

语法

<目标类型的值>，<布尔参数> := <表达式>.( 目标类型 ) // 安全类型断言
<目标类型的值> := <表达式>.( 目标类型 )　　//非安全类型断言

如果断言失败，会导致panic的发生，为了防止过多的panic，需要在断言之前进行一定的判断，这就是安全与非安全断言的区别，安全类型断言可以获得布尔值来判断断言是否成功。

另外，也可以通过t.(type)得到变量的具体类型。

var t interface{}
t = functionOfSomeType()
switch t := t.(type) {
    default:
        fmt.Printf("unexpected type %T", t)       // %T prints whatever type t has
    case bool:
        fmt.Printf("boolean %t\n", t)             // t has type bool
    case int:
        fmt.Printf("integer %d\n", t)             // t has type int
    case *bool:
        fmt.Printf("pointer to boolean %t\n", *t) // t has type *bool
    case *int:
        fmt.Printf("pointer to integer %d\n", *t) // t has type *int
}

总结

通过这次的小实践，除了对泛型编程有了更多的了解，学习到了Go语言的泛型编程原理，认识到interface也算是Go语言中的一个亮点，同时对计算机底层操作数据的本质也有所了解，程序的数据是在底层是一堆二进制，解析数据不是去识别数据的类型，而是程序根据变量的类型读取对应的字节，然后采取不同的方式去解析它。所谓类型， 只是读取内存的方式不同罢了。