Go通過不變性優化程式詳解

2022-08-24 18:03:40

正文

不變性的概念非常簡單，在您建立結構體後，就永遠無法修改它。這個概念聽起來非常簡單，但您的程式想利用它從中收益並不是那麼容易。接下來我們在 Go 中，使用不變性概念，來讓您的程式碼更具有可讀性和穩定性。

減少對全域性或外部狀態的依賴

當我們使用相同的引數，執行相同的函數兩次，我們的預期，應該得到相同的結果。但是當我們的函數中依賴外部狀態或全域性變數時，函數可能會輸出不同的結果。我們最好避免這種情況。

函數的引數總是給定的，那我們呼叫，總是可以返回相同的函數。如果您有一個共用全域性變數用於函數內部的某些內容，請考慮將該變數作為引數傳遞，而不是直接函數內部使用它。

這可以讓您的函數返回值更加可預測，並且更加易於測試，整個程式碼的可讀性也會得到提高，因為呼叫者會知道，哪些值會影響函數的行為，引數的作用不就是會影響返回值的嗎？

讓我們看一個例子。

package main
import (
   "fmt"
   "math/rand"
   "time"
)
var randNum int
func main() {
   s1 := rand.NewSource(time.Now().UnixNano())
   r1 := rand.New(s1)
   randNum = r1.Intn(100)
   fmt.Println(Add(1, 1))
}
func Add(a, b int) int {
   return a + b + randNum
}

Add 函數中使用了全域性變數 randNum 作為計算的一部分，從函數簽名中並沒有體現這一點。更好的方法是，全域性變數 randNum 應該作為引數傳遞，如下所示。

func Add(a, b, randNum int) int {
   return a + b + randNum
}

這樣更具有可預測性，而且我們如果需要修改入參，影響的作用域也僅在 Add 函數中。

僅匯出結構體的函數，而不是成員變數

我們知道，Go 結構體中的成員變數，如果首字母為大寫，那麼該成員變數對外可見（這是編譯器決定的）。回到我們的部落格，僅匯出結構體函數，而不是成員變數，目的是希望成員變數的資料被保護，保證成員變數的有效的狀態！因為這可以讓您的程式碼更加可靠，您不必維護每個修改該成員變數的操作，因為這些操作都將無效。

舉一個例子

ackage main
import (
	"fmt"
)
type AK47 struct {
	bullet int
}
func NewAK47(bullet int) AK47 {
	return AK47{bullet: bullet}
}
func (a AK47) GetBullet() int {
	return a.bullet
}
func (a AK47) SetBullet(bullet int) {
	a.bullet = bullet
}
func main() {
	ak47 := NewAK47(30)
	fmt.Println(ak47.GetBullet())
	ak47.SetBullet(20)
	fmt.Println(ak47.GetBullet())
}

我們定義了一個結構體 AK47，這把槍有一個成員變數 bullet 子彈數，它是非匯出欄位，我們還定義了一個建構函式 NewAK47 和一個 GetBullet 函數。

一旦建立了 AK47，就無法更改它的成員變數 bullet 了。此時您可能會有疑惑，如果我們需要修改成員變數呢？別急，您可以試試下面的方法。

在函數中使用複製值，而不是使用指標

在上一個副標題中，我們提到了一個概念，在建立結構體後永遠不要更改它。然而在實際中，我們經常需要修改結構體中的成員變數。

我們在使用不變性的同時，仍然可以維護範例化結構體的多個狀態，這並不意味著我們打破了結構體建立後不要更改它，我們更改的是它的副本，也就是複製後的結構體。複製後的結構體？難道我們需要去實現很多複製結構體每個欄位的函數嗎？

當然不，我們可以利用 Go 的特性，在呼叫函數時，入參是複製值的行為。對於需要修改結構體中成員變數的操作，我們可以建立一個函數，該函數接收結構體為引數，並且返回一個修改後的結構體副本。

我們可以在不改變呼叫方結構體的情況下，修改該副本的任何內容，這意味著對於原結構體沒有任何副作用，並且該結構體的值仍然是可預測的。

不知道您有沒有用過 Go 標準庫的 Slice 切片，其中的 append 函數就使用了這個方法。讓我們接著用 AK47 來實現這個方法

程式碼如下

package main
import (
	"fmt"
)
type AK47 struct {
	bullet int
}
func NewAK47(bullet int) AK47 {
	return AK47{bullet: bullet}
}
func (a AK47) GetBullet() int {
	return a.bullet
}
func (a AK47) AddBullet(ak47 AK47) AK47 {
	newAK47 := NewAK47(a.GetBullet() + ak47.GetBullet())
	return newAK47
}
func main() {
	ak47 := NewAK47(30)
	add := NewAK47(20)
	fmt.Println(ak47.GetBullet())
	ak47 = ak47.AddBullet(add)
	fmt.Println(ak47.GetBullet())
}

如您所見，我們通過 AddBullet 函數增加槍的子彈，但實際上並沒有更改傳入的結構體中的任何成員變數。最後，返回了一個帶有更新欄位的新 AK47 結構體。

與複製值相比，指標更有優勢，尤其是當您的結構體成員變數、內容非常大時時，這種方法，通過複製的方式修改資料，可能會導致效能問題。您應該問自己，這麼做是否值得，例如您正在編寫並行程式碼？

總結

您在使用不變數時，請務必先權衡利弊。實現本篇部落格中所描述的方法，需要大量的程式碼。但是，如果我們在編寫並行程式碼時，不考慮共用變數的不可變性，往往會出現與預期不符的情況，例如記憶體競態問題？其實我想說的就是執行緒安全問題 : - ）

實現不變性，也可能出現嚴重的效能問題！這是一把雙刃劍。請不要過早的優化程式碼。

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Go通過不變性優化程式詳解

目錄

正文

減少對全域性或外部狀態的依賴

僅匯出結構體的函數，而不是成員變數

在函數中使用複製值，而不是使用指標

總結

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