golang类型推断与隐式类型转换

2022-11-13 11:11:50 类型 转换 推断

前言

golang类型推断可以省略类型，像写动态语言代码一样，让编程变得更加简单，同时也保留了静态类型的安全性。 类型推断往往也伴随着类型的隐式转换，二者均与Golang的编译器有关。在了解了golang的类型推断与隐式类型转换原理后，将对如下问题信手拈来——下述代码能通过编译吗？b的值是什么类型？

// eg.1
a := 1.1
b := 1 + a
// eg.2
a := 1
b := 1.1 + a
// eg.3
a1 := 1
a2 := 1.1
b := a1 + a2
// eg.4
const b = 3 * 0.333
// eg.5
const a int = 1.0
const b = a * 0.333
// eg.6
const a = 1.0/3
b := &a

要弄清楚上述示例，在了解变量类型推断之前，最好先了解常量的隐式类型转换。

一、常量的隐式类型转换

1.常量的声明

未命名常量只在编译期间存在，不会存储在内存中；而命名常量存在于内存静态区，不允许修改。

考虑如下代码:

const k = 5

5就是未命名常量，而k即为命名常量，当编译后k的值为5，而等号右边的5不再存在。

常量不允许取址。

const k = 5
addr := &k
// invalid operation: cannot take address of k (untyped int constant 5)

2.常量的类型转换

兼容的类型可以进行隐式转换。例如：

const c int = 123
const c int = 123.0
const c int = 123.1 // cannot use 123.1 (untyped float constant) as int value in constant declaration (truncated)

const c float64 = 123.0
const c float64 = 123

运算中的隐式转换

例如：

const c = 1/2    // 1和2类型相同，无隐式转换发生
const c = 1/2.0  // 整数优先转换为浮点数1.0， c的结果为0.5(float64)
const a int = 1
const c = a * 1.1 // *左边的a是已定义类型的常量，因此1.1将被转换为int，但浮点数1.1与整形不兼容，无法进行转换，因此编译器会报错
//  (untyped float constant) truncated to int
  • 除位运算、未定义常量外，运算符两边的操作数类型必须相同
  • 如果运算符两边是不同类型的未定义常量(untyped constant)，则隐式转换的优先级为:
    • 整数(int) <符文数(rune)<浮点数(float)<复数(Imag)

基于上述说明，前言中的示例4、5、6均可迎刃而解。

3.隐式转换的原理

常量隐式转换的统一在编译时的类型检查阶段完成。通过defaultlit2函数进行处理。其中，l和r分别代表运算符左右两边的节点。

// go/src/cmd/compile/internal/typecheck/const.go
func defaultlit2(l ir.node, r ir.Node, force bool) (ir.Node, ir.Node) {
	if l.Type() == nil || r.Type() == nil {
            return l, r
	}

	if !l.Type().IsInterface() && !r.Type().IsInterface() {
            // Can't mix bool with non-bool, string with non-string.
            if l.Type().IsBoolean() != r.Type().IsBoolean() {
                return l, r
            }
            if l.Type().IsString() != r.Type().IsString() {
                return l, r
            }
	}
	if !l.Type().IsUntyped() {
            r = convlit(r, l.Type())
            return l, r
	}
	if !r.Type().IsUntyped() {
            l = convlit(l, r.Type())
            return l, r
	}
	if !force {
            return l, r
	}
	// Can't mix nil with anything untyped.
	if ir.IsNil(l) || ir.IsNil(r) {
            return l, r
	}
	t := defaultType(mixUntyped(l.Type(), r.Type()))
	l = convlit(l, t)
	r = convlit(r, t)
	return l, r
}

从源代码中可以看到，如果左右两边均不是接口类型，那么：

bool型不能与非bool型进行转换，即

c := true + 12 // 错误

string型不能与非string型进行转换, 即

c := "123" + 12 // 错误

nil不能与任意未定义类型进行转换，即

c := nil + 12 // 错误

如果操作符左边的节点有定义类型，则将操作符右边的节点转换为左边节点的类型，即

const a int = 1
const b int = 1.0
const c = a + 1.0 // 1.0转换为a的类型int
const c = a + b // b的类型已经在前面转换为int

如果操作符左边的节点为未命名常量，而右边的节点有定义类型，则将左边节点的类型转换为右边节点的类型，即

const a int = 1
const c = 1.0 + a // 1.0转换为a的类型int

综上所述，可以得出:

任何时候，已定义类型的常量都不会发生类型转换。换言之，编译器不允许对变量标识符引用的值进行强制类型转换。即无关优先级，下述c=xx代码中的a、b均不会发生类型转换，只能是为定义类型的常量1.0转换为a、b的类型。

const a int = 1
const b int = 1.0
const c = a + 1.0
const c = a + b 
const c = 1.0 + b

二、变量的类型推断

golang使用特殊的操作符":="用于变量的类型推断，且其只能作用于函数或方法体内部。

操作符":="在《go语言实战》中有个名字叫“短变量声明操作符”

初识go语言的人总是会有疑问，下面三个语句有啥差别:

a := 123 
var a = 123
var a int = 123.0

从结果上来说，上述三个语句是等效的。但编译阶段的执行细节是不同的。

1.类型推断的原理

编译器的执行过程为：词法(token)解析->语法(syntax)分析->抽象语法树(ast)构建->类型检查->生成中间代码->代码优化->生成机器码。

类型推断发生于前四个阶段，即词法(token)解析->语法(syntax)分析->抽象语法树(ast)构建->类型检查为例:

在词法解析阶段, 会将赋值语句右边的常量123解析为一个未定义的类型，称为未定义常量。编译器会逐个读取该常量的UTF-8字符，首个字符为"的则为字符串，首个字符为'0'-'9'的则为数字, 数字中包含"."号的则为浮点数。

// go/src/cmd/compile/internal/syntax/scanner.go
func (s *scanner) next() {
  ...
  switch s.ch {
	case '0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9':
          s.number(false)

	case '"':
          s.stdString()

	case '`':
          s.rawString()

	case '\'':
          s.rune()
    ...
  }
}

在语法分析阶段，会对解析的词进行具体的语法分析。例如上述s.number(false)就是依次扫描123三个符文(rune)然后按照无小数点的数字来做具体分析。

当无小数点符号.时，如果首字符为'0', 则扫描下一位字符，'x'、'o'、'b'分别代表我们写的代码表示的是十六进制、八进制及二进制数字。当首字符不是'0'时，每一位字符均作为十进制数字进行处理。

当有小数点时(seenPoint=true)，每一位字符均作为十进制浮点数字面类型处理(FloatLit)

// go/src/cmd/compile/internal/syntax/scanner.go
func (s *scanner) number(seenPoint bool) {
  ...
  base := 10        // number base
  ...
  // integer part
  if !seenPoint {
      if s.ch == '0' {
          s.nextch()
          switch lower(s.ch) {
          case 'x':
              s.nextch()
              base, prefix = 16, 'x'
          case 'o':
              s.nextch()
              base, prefix = 8, 'o'
          case 'b':
              s.nextch()
              base, prefix = 2, 'b'
          default:
              base, prefix = 8, '0'
              digsep = 1 // leading 0
          }
      digsep |= s.digits(base, &invalid)
      ...
      }
	...
  }
  // fractional part
  if seenPoint {
          kind = FloatLit
          digsep |= s.digits(base, &invalid)
  }
 ...
}

最后a := 123 整个语句会被解析为一个赋值语句AssignStmt，通过如下结构体进行表示:

// go/src/cmd/compile/internal/syntax/nodes.go
type (
  ...
  AssignStmt struct {
      Op       Operator // 0 means no operation
      Lhs, Rhs Expr     // Rhs == nil means Lhs++ (Op == Add) or Lhs-- (Op == Sub)
      simpleStmt
  }
  ...
)

基于语法分析的结果，整个代码结构会被构建为一颗抽象语法树(ast)。抽象语法树是go编译器的中间结果ir(intermediate representation)，赋值语句AssignStmt会被构建为ir.AssignStmt，:=符号两边的字符被构建为节点ir.Node。

// go/src/cmd/compile/internal/ir/node.go
// An AssignStmt is a simple assignment statement: X = Y.
// If Def is true, the assignment is a :=.
type AssignStmt struct {
  miniStmt
  X   Node
  Def bool
  Y   Node
}
// A Node is the abstract interface to an IR node.
type Node interface {
  ...
  // Source position.
  Pos() src.XPos
  SetPos(x src.XPos)
  ...
  // Fields specific to certain Ops only.
  Type() *types.Type
  SetType(t *types.Type)
  Val() constant.Value
  SetVal(v constant.Value)
  ...
  // Typecheck values:
  //  0 means the node is not typechecked
  //  1 means the node is completely typechecked
  //  2 means typechecking of the node is in progress
  //  3 means the node has its type from types2, but may need transfORMation
  Typecheck() uint8
  SetTypecheck(x uint8)
}

最后，编译器会对抽象语法树的节点进行类型检查(typecheck)。检查的过程中，会将右边的节点rhs的类型r.Type()赋值给左边的节点lhs，因此最终变量a的类型(Kind)即为123的类型，为整型(types.TINT, go/src/cmd/compile/internal/types/type.go)。

// go/src/cmd/compile/internal/typecheck/stmt.go
// type check assignment.
// if this assignment is the definition of a var on the left side,
// fill in the var's type.
func tcAssign(n *ir.AssignStmt) {
  ...
  lhs, rhs := []ir.Node{n.X}, []ir.Node{n.Y}
  assign(n, lhs, rhs)
  ...
}
func assign(stmt ir.Node, lhs, rhs []ir.Node) {
  ...
  assignType := func(i int, typ *types.Type) {
    checkLHS(i, typ)
    if typ != nil {
      checkassignto(typ, lhs[i])
    }
  }
  ...
  assignType(0, r.Type())
  ...
}
// go/src/cmd/compile/internal/typecheck/typecheck.go
func checkassignto(src *types.Type, dst ir.Node) {
  ...
  if op, why := Assignop(src, dst.Type()); op == ir.OXXX {
      base.Errorf("cannot assign %v to %L in multiple assignment%s", src, dst, why)
      return
  }
 }

三、类型推断示例分析

根据上述原理，再看这三个表达式有何编译的执行过程有何不同：

a := 123 
var a = 123
var a int = 123.0

a := 123 会显式的触发类型推断，编译器解析右边的每一个字符为十进制数字(IntLit)，然后构建为一个整型节点，在类型检查的时候，将其类型赋值给左边的节点变量a。

由于var a = 123左边的a未显式指定其类型，因此仍然会触发类型推断，ir.AssignStmt.Def=false，过程同上，依然在类型检查的时候，将123的类型赋值给左边的a。

对于var a int = 123.0， 由于123.0包含小数点'.'，编译器解析右边的每一个字符为十进制浮点数(FloatLit)，由于赋值操作符=左边显式定义了a的类型为int, 因此在类型检查阶段，右边的123.0会发生隐式类型转换，因为类型兼容，会转换为整型123。因此对于显式指定类型的表达式不会发生类型推断。

同理，结合类型转换的原理，前言中的示例1、2、3便可迎刃而解。

总结

  • 常量不允许取址。
  • 运算符两边的操作数类型必须相同。
  • 如果运算符两边是不同类型的未定义常量(untyped constant)，则会发生隐式转换，且转换的优先级为:
  • 整数(int) <符文数(rune)<浮点数(float)<复数(Imag)。
  • 如果运算符的某一边是已定义类型常量(变量标识符)，则该已定义类型的常量任何时候都不会发生类型转换。因为编译器不允许对变量标识符引用的值进行强制类型转换。
  • :=会显式的触发类型推断，其只能作用于函数或方法体内。
  • 不指定类型的var变量声明，也会触发类型推断，可声明于局部也可声明在全局。
  • 指定类型的var变量声明，不会触发类型推断(因为类型已经显式指定了)，但有可能发生类型隐式转换。

到此这篇关于golang类型推断与隐式类型转换的文章就介绍到这了,更多相关golang类型转换内容请搜索以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持！

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