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各语言特有 · 38

接口与泛型

用接口约定“有这些方法”，用泛型让一个函数适用于多种类型。

本单元适用于 TypeScript · Java · C#。
Python 和 JavaScript 是鸭子类型，只要有 area() 的对象都能用，不需要接口关键字。
C++ 使用模板（template <typename T>）和 C++20 的概念（std::totally_ordered<T>），C 和 Craykon 两者都没有。

接口是“一定有这些方法”的约定，泛型则是把类型当作参数来接收。
下面的示例把 Circle 和 Rect 放进同一个 Shape 列表求面积，再用一个泛型函数 max 找出最大的面积和按字母顺序排在最后的名字。

import { readFileSync } from "node:fs"; interface Shape {  area(): number;  name(): string;} class Circle implements Shape {  r: number;  constructor(r: number) { this.r = r; }  area(): number { return Math.PI * this.r * this.r; }  name(): string { return "circle"; }} class Rect implements Shape {  w: number;  h: number;  constructor(w: number, h: number) { this.w = w; this.h = h; }  area(): number { return this.w * this.h; }  name(): string { return "rect"; }} function max<T extends number | string>(items: T[]): T {  let best = items[0];  for (const x of items) if (x > best) best = x;  return best;} const lines: string[] = readFileSync(0, "utf8").trim().split("\n");const shapes: Shape[] = [];for (const line of lines.slice(1)) {  const [kind, ...nums] = line.trim().split(" ");  const v = nums.map(Number);  shapes.push(kind === "circle" ? new Circle(v[0]) : new Rect(v[0], v[1]));} for (const s of shapes) console.log(`${s.name()} ${s.area().toFixed(2)}`);console.log(`largest area: ${max(shapes.map((s) => s.area())).toFixed(2)}`);console.log(`last name: ${max(shapes.map((s) => s.name()))}`);
stdin
3
circle 1
rect 3 4
circle 2
stdout
circle 3.14
rect 12.00
circle 12.57
largest area: 12.57
last name: rect

要点

  • 接口 Shape 只规定 area() 和 name()。
    遵守这个约定的类都可以当作 Shape 使用。
  • 调用 s.area() 时，执行哪个类的 area() 是在运行时看对象本身来决定的。
  • 接口的方法自动是 public。
    实现类里去掉 public 会编译出错。
  • 泛型函数写一次就能用于多种类型。
    示例中的 max 既能用于浮点数列表，也能用于字符串列表。
  • 不是任何类型都能比较大小，所以要加约束：“T 必须是可比较的类型”。
  • 各语言的泛型类型运行时是否还在并不相同。
    如果不在，程序运行时就无法知道 T 是什么。

各语言的写法

TypeScriptinterface Shape { area(): number; }，class Circle implements Shape。
约束写成 function max<T extends number | string>(items: T[]): T。
按形状而不是名字判断类型：即使没写 implements，只要方法齐全就算 Shape（implements 更像“帮我检查有没有漏掉”）。
类型在运行时全部消失
Javainterface Shape { double area(); }，class Circle implements Shape。
约束写成 static <T extends Comparable<T>> T max(List<T> items) —— 即使是接口也写 extends。
去掉 public 会报 attempting to assign weaker access privileges。
泛型信息在编译后被擦除（类型擦除）
C#按惯例名字前加 I：interface IShape，class Circle : IShape。
约束写成 static T Max<T>(List<T> items) where T : IComparable<T>。
去掉 public 会报 CS0737。
泛型在运行时仍然存在，所以 List<double> 不装箱就能存数字，new T[n] 和 typeof(T) 也可以用

常见错误

在运行时用接口做检查TypeScript

const s = JSON.parse(text) as Shape;
if (s instanceof Shape) { }

→ instanceof Shape 会报错 'Shape' only refers to a type。加上 as Shape 也没有人检查是否真的有 area()

接口在运行时不存在，所以要自己检查传进来的值，例如 typeof s.area === "function"。

泛型里放了 int、doubleJava

List<double> areas = new ArrayList<>();
T[] arr = new T[n];

→ 两行都是编译错误。类型参数只能是对象类型，被擦除的 T 也不能用来创建数组（generic array creation）

写成 List<Double>、List<Integer>。
运行时无法得知 T 是什么。

用 == 比较两个 IntegerJava

Integer a = 128, b = 128;
System.out.println(a == b);

→ false —— 数字被包装成对象（装箱），== 看的是是不是同一个对象。到 127 为止可能得到 true，所以更容易混淆

包装后的数字用 equals 比较。

各语言的差异
接口和泛型是在编译时发现错误的工具。
TypeScript 和 Java 在运行时会擦除类型信息，所以来自外部的数据（输入、JSON）要自己检查值才安全。

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