--- marp: true theme: uncover size: 4:3 --- # Introduzione alle Generics in Go --- ## Chi sono? Antonio De Lucreziis, studente di Matematica e macchinista del PHC ### Cos'è il PHC? Il PHC è un gruppo di studenti di Matematica con interessi per, open source, Linux, self-hosting e soprattutto smanettare sia con hardware e software (veniteci pure a trovare!)  
---   _The Go 1.18 release adds support for generics. Generics are the biggest change we’ve made to Go since the first open source release_ :link: --- ## Il Problema --- ```go func Min(x, y int) int { if x < y { return x } return y } ``` --- ```go func MinInt8(x, y int8) int8 { if x < y { return x } return y } func MinInt16(x, y int16) int16 { if x < y { return x } return y } func MinFloat32(x, y float32) float32 { if x < y { return x } return y } ``` --- ```go ... if x < y { return x } return y ... ``` --- ## Soluzioni Pre-Generics - Fare una funzione che prende `any` ed usare degli switch sul tipo - Copia incollare tante volte la funzione per ogni tipo - Utilizzare tool come `go generate` --- ## Soluzione Post-Generics #### Type Parameters ```go import "golang.org/x/exp/constraints" func Min[T constraints.Ordered](x, y T) T { if x < y { return x } return y } ``` ```go var a, b int = 0, 1 Min[int](a, b) ... var a, b float32 = 3.14, 2.71 Min[float32](a, b) ``` --- #### Type Inference ```go var a, b int = 0, 1 Min(a, b) ... var a, b float32 = 3.14, 2.71 Min(a, b) ``` --- ``` [T Vincolo1, R interface{ Method(), ... }, ...] ``` --- ## Type Sets :anchor: --- ## Type Sets :fish: --- ## Type Sets :fish: --- #### Type Sets (Sintassi) - `[T interface{}]` si può anche scrivere `[T any]` - `[T interface{ int | float32 }]` si può anche scrivere `[T int | float32]` --- #### Type Sets ```go func Somma[T float32|float64](x, y T) T { return x + y } ``` ```go type Liter float64 ``` ```go var a, b int = 1, 2 Somma(a, b) // Ok var a, b Liter = 1, 2 Somma(a, b) // Errore ``` --- #### Type Sets ```go func Somma[T ~float32|~float64](x, y T) T { return x + y } ``` ```go type Liter float64 ``` ```go var a, b int = 1, 2 Somma(a, b) // Ok var a, b Liter = 1, 2 Somma(a, b) // Ok ``` --- #### Type Sets ```go package constraints ... type Float interface { ~float32 | ~float64 } ... ``` --- #### Type Sets ```go package constraints ... type Ordered interface { Integer | Float | ~string } type Float interface { ~float32 | ~float64 } type Integer interface { Signed | Unsigned } type Signed interface { ~int | ~int8 | ~int16 | ~int32 | ~int64 } type Unsigned interface { ~uint | ~uint8 | ~uint16 | ~uint32 | ~uint64 | ~uintptr } ... ``` --- # Tipi Generici --- ```go type Stack[T any] []T ``` ```go func (s *Stack[T]) Push(value T) { *s = append(*s, value) } func (s Stack[T]) Peek() T { return s[len(s)-1] } func (s Stack[T]) Len() int { return len(s) } ``` --- ```go func (s *Stack[T]) Pop() (T, bool) { items := *s if len(items) == 0 { var zero T return zero, false } newStack, poppedValue := items[:len(items)-1], items[len(items)-1] *s = newStack return poppedValue, true } ``` --- Per ora ci tocca utilizzare questa funzione di _utility_ ```go func Zero[T any]() T { var zero T return zero } ``` :link: [43651-type-parameters.md#the-zero-value](https://go.googlesource.com/proposal/+/refs/heads/master/design/43651-type-parameters.md#the-zero-value) --- # Pattern: Tipi Contenitore --- ### Tipi generici nativi - `[n]T` Array di `n` elementi per il tipo `T` - `[]T` Slice per il tipo `T` - `map[K]V` Mappe con chiavi `K` e valori `V` - `chan T` Canali per elementi di tipo `T` --- ## `golang.org/x/exp/slices` - `func Index[E comparable](s []E, v E) int` - `func Equal[E comparable](s1, s2 []E) bool` - `func Sort[E constraints.Ordered](x []E)` - `func SortFunc[E any](x []E, less func(a, b E) bool)` - e molte altre... --- ## `golang.org/x/exp/maps` - `func Keys[M ~map[K]V, K comparable, V any](m M) []K` - `func Values[M ~map[K]V, K comparable, V any](m M) []V` - e molte altre... --- ## Strutture Dati Generiche Esempio notevole: (1K:star: su GitHub) - `mapset.Set[T comparable]`, set basato su un dizionario. - `multimap.MultiMap[K, V]`, dizionario con anche più di un valore per chiave. - `stack.Stack[T]`, slice ma con un'interfaccia più simpatica rispetto al modo idiomatico del Go. - `cache.Cache[K comparable, V any]`, dizionario basato su `map[K]V` con una taglia massima e rimuove gli elementi usando la strategia LRU. - `bimap.Bimap[K, V comparable]`, dizionario bi-direzionale. - `hashmap.Map[K, V any]`, implementazione alternativa di `map[K]V` con supporto per _copy-on-write_. - e molte altre... --- # Anti-Pattern (1) Utility HTTP --- ```go // library code type Validator interface { Validate() error } func DecodeAndValidateJSON[T Validator](r *http.Request) (T, error) { var value T if err := json.NewDecoder(r.Body).Decode(&value); err != nil { var zero T return zero, err } if err := value.Validate(); err != nil { var zero T return zero, err } return value, nil } ``` --- ```go // client code type FooRequest struct { A int `json:"a"` B string `json:"b"` } func (foo FooRequest) Validate() error { if foo.A < 0 { return fmt.Errorf(`parameter "a" cannot be lesser than zero`) } if !strings.HasPrefix(foo.B, "baz-") { return fmt.Errorf(`parameter "b" has wrong prefix`) } return nil } ``` ```go foo, err := DecodeAndValidateJSON[FooRequest](r) if err != nil { http.Error(w, err.Error(), http.StatusInternalServerError) return } ``` --- ```go func DecodeAndValidateJSON(r *http.Request, target Validator) error { err := json.NewDecoder(r.Body).Decode(target) if err != nil { return err } if err := target.Validate(); err != nil { return err } return nil } ``` ```go var foo FooRequest if err := DecodeAndValidateJSON(r, &foo); err != nil { http.Error(w, err.Error(), http.StatusInternalServerError) return } ``` --- # Anti-Pattern (2) Generics vs Interfacce --- ## Momento Quiz ```go func WriteOneByte(w io.Writer, data byte) { w.Write([]byte{data}) } ... d := &bytes.Buffer{} WriteOneByte(d, 42) ``` ```go func WriteOneByte[T io.Writer](w T, data byte) { w.Write([]byte{data}) } ... d := &bytes.Buffer{} WriteOneByte[*bytes.Buffer](d, 42) ``` --- ``` BenchmarkInterface BenchmarkInterface-4 135735110 9.017 ns/op BenchmarkGeneric BenchmarkGeneric-4 50947912 22.26 ns/op ``` --- ```go //go:noinline func WriteOneByte(w io.Writer, data byte) { w.Write([]byte{data}) } ... d := &bytes.Buffer{} WriteOneByte(d, 42) ``` --- ``` BenchmarkInterface BenchmarkInterface-4 135735110 9.017 ns/op BenchmarkInterfaceNoInline BenchmarkInterfaceNoInline-4 46183813 23.64 ns/op BenchmarkGeneric BenchmarkGeneric-4 50947912 22.26 ns/op ``` --- ```go d := &bytes.Buffer{} /* (*bytes.Buffer) */ WriteOneByte(d /* (io.Writer) */, 42) ```
```go d := &bytes.Buffer{} /* (*bytes.Buffer) */ (io.Writer).Write(d /* (io.Writer) */, []byte{ 42 }) ```
```go d := &bytes.Buffer{} /* (*bytes.Buffer) */ (*bytes.Buffer).Write(d /* (*bytes.Buffer) */, []byte{ 42 }) ``` --- #### Go 1.18 Implementation of Generics via Dictionaries and Gcshape Stenciling - _A **gcshape** (or gcshape grouping) is a collection of types that all **share the same instantiation of a generic function/method**_. - _Two concrete types are in the same gcshape grouping if and only if they have the **same underlying type** or they are **both pointer types**._ - _To avoid creating a different function instantiation for each generic call with distinct type arguments (which would be pure stenciling), we **pass a dictionary along with every call**_. :link: [generics-implementation-dictionaries-go1.18.md](https://github.com/golang/proposal/blob/master/design/generics-implementation-dictionaries-go1.18.md) --- Quindi nella maggior parte dei casi se ci ritroviamo a scrivere una funzione generica con un **parametro vincolato ad un'interfaccia** forse dobbiamo porci qualche domanda --- # Pattern: Type-safe Database Vediamo un analogo di `PhantomData` dal Rust per rendere _type-safe_ l'interfaccia di una libreria --- Proviamo ad usare questa tecnica per rendere _type-safe_ l'interfaccia con `*sql.DB` ```go type DatabaseRef[T any] string ``` ```go package tables // tables metadata var Users = database.Table[User]{ ... } var Products = database.Table[Product]{ ... } ``` ```go userRef1 := DatabaseRef[User]("j.smith@example.org") ... // Ok user1, err := database.Read(dbConn, tables.Users, userRef1) // Errore user2, err := database.Read(dbConn, tables.Products, userRef1) ``` --- ```go package database type WithPK interface { PrimaryKey() *string } type Ref[T WithPK] string type Table[T WithPK] struct { Name string PkColumn string Columns func(*T) []any } ... func Read[T WithPK](d DB, t Table[T], ref Ref[T]) (*T, error) ``` --- ```go package database func Create[T WithPK](d DB, t Table[T], row T) (Ref[T], error) func Insert[T WithPK](d DB, t Table[T], row T) (Ref[T], error) func Read[T WithPK](d DB, t Table[T], ref Ref[T]) (*T, error) func Update[T WithPK](d DB, t Table[T], row T) error func Delete[T WithPK](d DB, t Table[T], id Ref[T]) error ``` --- ```go func Read[T WithPK](d DB, t Table[T], ref Ref[T]) (*T, error) { result := d.QueryRow( fmt.Sprintf( `SELECT * FROM %s WHERE %s = ?`, t.Name, t.PkColumn, ), string(ref), ) var value T if err := result.Scan(t.Columns(&value)...); err != nil { return nil, err } return &value, nil } ``` --- ```go package model type User struct { Username string FullName string Age int } func (u *User) PrimaryKey() *string { return &u.Username } ``` ```go package tables var Users = Table[User]{ Name: "users", PkColumn: "username", Columns: func(u *User) []any { return []any{ &u.Username, &u.FullName, &u.Age } } } ``` --- Quindi possiamo anche utilizzare le **generics** per rendere **type-safe** l'interfaccia di qualcosa che inizialmente non lo era. --- # Pattern: _Channels_ Alcune utility per lavorare meglio con i _channel_ --- ```go func trySend[T any](c chan<- T, v T) bool { select { case c <- v: return true default: return false } } ``` --- ```go func raceSame[T any](cs ...<-chan T) T { done := make(chan T) defer close(done) for _, c := range cs { go func(c <-chan T) { trySend(done, <-c) }(c) } return <-done } ``` --- ```go type Awaiter interface { Await() } type awaiterChan[T any] <-chan T func (ac awaiterChan[T]) Await() { <-ac } ``` --- ```go type targetChan[T any] struct { c <-chan T target *T } func (tc targetChan[T]) Await() { *tc.target = <-tc.c } ``` --- ```go func race(rs ...Awaiter) { done := make(chan struct{}) defer close(done) for _, r := range rs { go func(r Awaiter) { r.Await() trySend(done, struct{}{}) }(r) } <-done } ``` --- ```go var result2 int var result3 float64 raceAny( awaiterChan[string](c1), targetChan[int]{c2, &result2}, targetChan[float64]{c3, &result3}, ) fmt.Println(result2, result3) ``` --- ```go var result2 int var result3 float64 // Variante più pulita di questa utility channels.Race( channels.Awaiter(c1), channels.Awaiter(c2, channels.WithTarget(&result2)), channels.Awaiter(c3, channels.WithTarget(&result3)), ) fmt.Println(result2, result3) ``` --- # 1 + 1 = 2 _Proof checking_ in Go --- ## Premesse Definiamo i possibili "tipi" delle nostre espressioni ```go type Bool interface{ isBool() } type Nat interface{ isNat() } type Nat2Nat interface{ isNat2Nat() } ``` --- ## Premesse Trick per codificare higher-kinded types in Go ```go type V[ H Nat2Nat, T Nat ] Nat ``` --- ## Assiomi dei Naturali ```go type Zero Nat type Succ Nat2Nat // Alcuni alias utili type One = V[Succ, Zero] type Two = V[Succ, V[Succ, Zero]] type Three = V[Succ, V[Succ, V[Succ, Zero]]] ``` --- ## Uguaglianza ```go type Eq[A, B any] Bool // Eq_Refl ovvero l'assioma // forall x : x = x func Eq_Reflexive[T any]() Eq[T, T] { panic("axiom: comptime only") } // Eq_Symmetric ovvero l'assioma // forall a, b: a = b => b = a func Eq_Symmetric[A, B any](_ Eq[A, B]) Eq[B, A] { panic("axiom: comptime only") } // Eq_Transitive ovvero l'assioma // forall a, b, c: a = b e b = c => a = c func Eq_Transitive[A, B, C any](_ Eq[A, B], _ Eq[B, C]) Eq[A, C] { panic("axiom: comptime only") } ``` --- ## Uguaglianza e Sostituzione Per ogni funzione `F`, ovvero tipo vincolato all'interfaccia `Nat2Nat` vorremmo dire che ``` F Eq[ A , B ] ------> Eq[ F[A] , F[B] ] ``` --- ## Uguaglianza e Sostituzione Data una funzione ed una dimostrazione che due cose sono uguali allora possiamo applicare la funzione ed ottenere altre cose uguali ```go // Function_Eq ovvero l'assioma // forall f function, forall a, b nat: a = b => f(a) = f(b) func Function_Eq[F Nat2Nat, A, B Nat](_ Eq[A, B]) Eq[V[F, A], V[F, B]] { panic("axiom: comptime only") } ``` --- ## Assiomi dell'addizione ```go type Plus[L, R Nat] Nat // "n + 0 = n" // Plus_Zero ovvero l'assioma // forall n, m: n + succ(m) = succ(n + m) func Plus_Zero[N Nat]() Eq[Plus[N, Zero], N] { panic("axiom: comptime only") } // "n + (m + 1) = (n + m) + 1" // Plus_Sum ovvero l'assioma // forall n, m: n + succ(m) = succ(n + m) func Plus_Sum[N, M Nat]() Eq[ Plus[N, V[Succ, M]], V[Succ, Plus[N, M]], ] { panic("axiom: comptime only") } ``` --- ## 1 + 1 = 2 ```go func Theorem_OnePlusOneEqTwo() Eq[Plus[One, One], Two] { // 1 + 0 = 1 // en1 :: Eq[ Plus[One, Zero], One ] en1 := Plus_Zero[One]() // (1 + 0) + 1 = 2 // en2 :: Eq[ V[Succ, Plus[One, Zero]], Two ] en2 := Function_Eq[Succ](en1) // 1 + 1 = (1 + 0) + 1 // en3 :: Eq[ Plus[One, One], V[Succ, Plus[One, Zero]] ] en3 := Plus_Sum[One, Zero]() return Eq_Transitive(en3, en2) } ``` --- # Conclusione --- ### Regole generali Per scrivere _codice generico_ in Go - Se l'implementazione dell'operazione che vogliamo supportare non dipende del tipo usato allora conviene usare dei **type-parameter** - Se invece dipende dal tipo usato allora è meglio usare delle **interfacce** - Se invece dipende sia dal tipo e deve anche funzionare per tipi che non supportano metodi (ad esempio per i tipi primitivi) allora conviene usare **reflection** --- # Fine :C _Domande_ --- ## Bibliografia - - -