用任意类型编写代码——一文带你了解泛型编程

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宇宙之一粟 发表于 2022/10/27 14:01:54 2022/10/27
【摘要】 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...

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。


参考链接:

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