go2 设计草案介绍

作者: songtianyi 2018-08-29

前言

Go，毫无疑问已经成为主流服务端开发语言之一，但它的类型特性却少的可怜，仅支持structural subtyping。在 TIOBE 排名前二十的语言中，不管是上古语言 Java, 还是 2010 年之后出现的新语言 Rust/Julia 等，都支持至少三种类型特性，对此社区抱怨很多，另外还有它的错误处理方式，以及在 Go1.11 版本才解决的依赖管理等问题。在最近的 GopherCon2018 上，官方放出了解决这些问题的草案(draft)，这些内容还没有成为正式的提案(proposal), 只是先发出来供大家讨论，最终会形成正式提案并被逐步引入到后续的版本中。此次放出的草案，集中讨论了三个问题，泛型/错误处理/错误值。

泛型

泛型是复用逻辑的一个有效手段，在 2016 和 2017 年的 Go 语言调查中，泛型都列在最迫切的需求之首，在 Go1.0 release 之后 Go team 就已经开始探索如何引入泛型，但同时要保持 Go 的简洁性(开发者喜爱 Go 的主要原因之一)，之前的几种实现方式都存在严重的问题，被废弃掉了，所以进展并不算快，导致部分人误解为 Go team 并不打算引入泛型。现在，最新的草案经过半年的讨论和优化已经确认可行(could work)，我们期待已久的泛型几乎是板上钉钉的事情了，那么 Go 的泛型大概长什么样？

在没有泛型的情况下，通过 interface{} 是可以解决部分问题的，比如 ring 的实现，但这种方法只适合用在数据容器里, 且需要做类型转换。当我们需要实现一个通用函数时，就做不到了，例如实现一个函数，其返回传入的 map 的 key:

package main

import "fmt"

func Keys(m map[interface{}]interface{}) []interface{} {
	keys := make([]interface{}, 0)
	for k, _ := range m {
		keys = append(keys, k)
	}
	return keys
}

func main() {
	m := make(map[string]string, 1)
	m["demo"] = "data"
	fmt.Println(Keys(m))
}

这样写连编译都通过不了，因为类型不匹配。那么参考其他支持泛型的语言的语法，可以这样写:

package main

import "fmt"

func Keys<K, V>(m map[K]V) []K {
	keys := make([]K, 0)
	for k, _ := range m {
		keys = append(keys, k)
	}
	return keys
}

func main() {
	m := make(map[string]string, 1)
	m["demo"] = "data"
	fmt.Println(Keys(m))
}

但是这种写法是有缺陷的，假设 append 函数并不支持 string 类型，就可能会出现编译错误。我们可以看下其他语言的做法:

// rust
fn print_g<T: Graph>(g : T) {
    println!("graph area {}", g.area());
}

Rust 在声明 T 的时候，限定了入参的类型，即入参 g 必须是实现了 Graph 的类型。和Rust的 nominal subtyping 不同，Go 属于 structural subtyping，没有显式的类型关系声明，因此不能使用此种方式。Go 在草案中引入了 contract 来解决这个问题，语法类似于函数, 写法更复杂，但拥有和 Rust trait 相媲美的表达能力:

// comparable contract
contract Equal(t T) {
	t == t
}
// addable contract
contract Addable(t T) {
	t + t
}
// 约束类型 T 必须拥有函数 func String() string
contract stringer(x T) {
	var s string = x.String()
}

上述代码分别约束了 T 必须是可比较的(comparable)，必须是能做加法运算(addable)的。使用方式很简单, 定义函数的时候加上 contract 即可:

func Sum(type T Addable(T))(x []T) T {
	var total T
	for _, v := range x {
		total += v
	}
	return total
}

var x []int
total := Sum(int)(x)

上述代码约束了入参 x 的类型 T 必须是可以做加法运算的类型。

可能大家会有跟我一样的疑问，为什么是(type T Addable) , 而不是 <T>, 为什么不用惯用的尖括号？

官方给出的解释是 keep the Go parser simple

得益于类型推断，在调用 Sum 时可以简写成:

total := Sum(x)

contract 在使用时，如果参数是一一对应的(可推断), 也可以省略它的参数:

// Addable(T) --> Addable
func Sum(type T Addable)(x []T) T {
	var total T
	for _, v := range x {
		total += v
	}
	return total
}

不可推断时就需要指明该 contract 是用来约束谁的:

// Equal 用来约束类型 K，而不是类型 V
func Keys(type K, V Equal(K))(m map[K]V) []K {
	...
}

当然，下面的写法也可以推断，最终的形式就看社区的反馈和 Go team 的抉择了:

func Keys(type K Equal, V)(m map[K]V) []K {
	...
}

关于实现方面的内容，这里不再讨论，留给高手吧。官方开通了反馈渠道，可以去提意见，对于我来说，唯一不满意的地方是显式的 type 关键字, 可能是为了方便和后边的函数参数相区分吧。

错误处理

健壮的程序需要大量的错误处理逻辑，在极端情况下，错误处理逻辑甚至比业务逻辑还要多，那么更简洁有效的错误处理语法是我们所追求的。

先看下目前 Go 的错误处理方式，一个拷贝文件的例子:

func CopyFile(src, dst string) error {
	r, err := os.Open(src)
	if err != nil {
		return fmt.Errorf("copy %s %s: %v", src, dst, err)
	}
	defer r.Close()

	w, err := os.Create(dst)
	if err != nil {
		return fmt.Errorf("copy %s %s: %v", src, dst, err)
	}

	if _, err := io.Copy(w, r); err != nil {
		w.Close()
		os.Remove(dst)
		return fmt.Errorf("copy %s %s: %v", src, dst, err)
	}

	if err := w.Close(); err != nil {
		os.Remove(dst)
		return fmt.Errorf("copy %s %s: %v", src, dst, err)
	}
    return nil
}

上述代码中，错误处理的代码占了总代码量的近 50%！

Go 的 assignment-and-if-statement 错误处理语句是罪魁祸首，草案引入了 check 表达式来代替它:

r := check os.Open(src)

但这只代替了赋值表达式和 if 语句，从之前的例子中我们可以看到，有四行完全相同的代码:

return fmt.Errorf("copy %s %s: %v", src, dst, err)

它是可以被统一处理的, 于是 Go 在引入 check 的同时引入了 handle 语句，官方称之为 handler:

handle err {
	return fmt.Errorf("copy %s %s: %v", src, dst, err)
}

修改后的代码为:

func CopyFile(src, dst string) error {
	handle err {
		return fmt.Errorf("copy %s %s: %v", src, dst, err)
	}

	r := check os.Open(src)
	defer r.Close()

	w := check os.Create(dst)
	handle err {
		w.Close()
		os.Remove(dst) // (only if a check fails)
	}

	check io.Copy(w, r)
	check w.Close()
	return nil
}

check 失败后，error 先被最里层的(inner most)handler 处理，接着被上一个(按照语法顺序)handler 处理，直到某个 handler 执行了 return 语句。

Go team 对该草案的期望是能够减少错误处理的代码量, 且兼容之前的错误处理方式, 要求不算高，这个设计也算能接受吧。

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错误值

Go 的错误值目前存在两个问题。一，错误链(栈)没有被很好地表达；二，缺少更丰富的错误输出方式。在该草案之前，已经有不少第三方的 package 实现了这些功能，现在要进行标准化。目前，对于多调用层级的错误，我们使用 fmt. Errorf 或者自定义的 Error 来包裹它:

package main

import (
	"fmt"
	"io"
)

type RpcError struct {
	Line uint
}

func (s *RpcError) Error() string {
	return fmt.Sprintf("(%d): no route to the remote address", s.Line)
}

func fn3() error {
	return io.EOF
}

func fn2() error {
	if err := fn3(); err != nil {
		return &RpcError{Line: 12}
	}
	return nil
}
func fn1() error {
	if err := fn2(); err != nil {
		return fmt.Errorf("call fn2 failed, %s", err)
	}
	return nil
}
func main() {
	if err := fn1(); err != nil {
		fmt.Println(err)
	}
}

此程序的输出为:

call fn2 failed, (12): no route to the remote address

很明显的问题是，我们在 main 函数里对 error 进行处理的时候不能进行类型判断, 比如使用 if 语句判断:

if err == io.EOF { ... }

或者进行类型断言:

if pe, ok := err.(*os.PathError); ok { ... pe.Path ... }

它是一个 RpcError 还是 io. EOF? 无从知晓。一大串的错误信息，人类可以很好地理解，但对于程序代码来说就很困难。

error inspection

草案引入了一个 error wrapper 来包裹错误链, 它相当于一个指针，将错误栈链接起来:

package errors

// A Wrapper is an error implementation
// wrapping context around another error.
type Wrapper interface {
	// Unwrap returns the next error in the error chain.
	// If there is no next error, Unwrap returns nil.
	Unwrap() error
}

每个层级的 error 都实现这个 wrapper，这样在 main 函数里，我们可以通过 err. Unwrap() 来获取下一个层级的 error。另外，草案引入了两个函数来简化这个过程:

// Is reports whether err or any of the errors in its chain is equal to target.
func Is(err, target error) bool

// As checks whether err or any of the errors in its chain is a value of type E.
// If so, it returns the discovered value of type E, with ok set to true.
// If not, it returns the zero value of type E, with ok set to false.
func As(type E)(err error) (e E, ok bool)

error formatting

有时候我们需要将错误信息分类，因为某些情况下你需要所有的信息，某些情况下只需要部分信息，因此草案引入了一个 interface:

package errors

type Formatter interface {
	Format(p Printer) (next error)
}

error 类型可以实现 Format 函数来打印更详细的信息:

func (e *WriteError) Format(p errors.Printer) (next error) {
	p.Printf("write %s database", e.Database)
	if p.Detail() {
		p.Printf("more detail here")
	}
	return e.Err
}

func (e *WriteError) Error() string { return fmt.Sprint(e) }

在你使用 fmt.Println("%+v", err) 打印错误信息时，它会调用 Format 函数。

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