Python泛型类型详解

发布时间: 2025-03-29 12:05

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# Python泛型类型详解

## 什么是泛型？
泛型是一种代码复用的方式，它允许我们编写可以处理多种类型的代码，同时保持类型安全。在Python中，我们使用typing模块来实现泛型编程。

## 内置泛型类型

### 容器类型
```python
from typing import List, Dict, Tuple, Set

# List泛型
def process_numbers(numbers: List[float]) -> float:
    return sum(numbers)

# Dict泛型
def get_user_data(data: Dict[str, Any]) -> str:
    return data.get('name', '')

# Tuple泛型
def get_coordinates(point: Tuple[float, float]) -> float:
    x, y = point
    return (x ** 2 + y ** 2) ** 0.5

# Set泛型
def unique_elements(items: Set[int]) -> int:
    return len(items)
```

### 嵌套泛型类型
```python
from typing import List, Dict

# 嵌套列表
Matrix = List[List[float]]

def matrix_sum(matrix: Matrix) -> float:
    return sum(sum(row) for row in matrix)

# 复杂字典结构
UserData = Dict[str, Dict[str, Union[str, int, List[str]]]]

def process_user_data(data: UserData) -> None:
    for user_id, info in data.items():
        name = info.get('name', '')
        age = info.get('age', 0)
        print(f"User {name} is {age} years old")
```

## 自定义泛型类

### 基本泛型类
```python
from typing import TypeVar, Generic

T = TypeVar('T')

class Box(Generic[T]):
    def __init__(self, item: T) -> None:
        self.item = item

def get(self) -> T:
        return self.item

def set(self, item: T) -> None:
        self.item = item

# 使用示例
int_box = Box[int](42)
str_box = Box[str]("Hello")
```

### 多类型参数
```python
from typing import TypeVar, Generic

K = TypeVar('K')
V = TypeVar('V')

class Pair(Generic[K, V]):
    def __init__(self, key: K, value: V) -> None:
        self.key = key
        self.value = value

def get_key(self) -> K:
        return self.key

def get_value(self) -> V:
        return self.value

# 使用示例
pair = Pair[str, int]("age", 25)
```

### 泛型约束
```python
from typing import TypeVar, Generic
from numbers import Number

T = TypeVar('T', bound=Number)

class NumericBox(Generic[T]):
    def __init__(self, value: T) -> None:
        self.value = value

def add(self, other: T) -> T:
        return self.value + other

# 使用示例
int_box = NumericBox[int](5)
float_box = NumericBox[float](3.14)
```

## 泛型函数

### 基本泛型函数
```python
from typing import TypeVar, Sequence

T = TypeVar('T')

def first(seq: Sequence[T]) -> T:
    if not seq:
        raise ValueError("Sequence is empty")
    return seq[0]

# 使用示例
first([1, 2, 3])  # 返回 1
first("hello")    # 返回 'h'
```

### 多类型参数函数
```python
from typing import TypeVar, Sequence

T = TypeVar('T')
S = TypeVar('S')

def map_sequence(seq: Sequence[T], func: Callable[[T], S]) -> List[S]:
    return [func(item) for item in seq]

# 使用示例
result = map_sequence([1, 2, 3], str)  # ['1', '2', '3']
```

## 最佳实践

1. 明确类型参数
   ```python
   # 好的做法
   def process_items(items: List[T]) -> List[T]:
       return sorted(items)
   
   # 避免过于宽泛
   def process_items(items: List[Any]) -> List[Any]:  # 不推荐
       return sorted(items)
   ```

2. 合理使用约束
   ```python
   from typing import TypeVar, Comparable
   
   T = TypeVar('T', bound=Comparable)
   
   def find_max(items: List[T]) -> T:
       return max(items)
   ```

3. 文档化泛型用法
   ```python
   from typing import TypeVar, Generic
   
   T = TypeVar('T')
   
   class Stack(Generic[T]):
       """A generic stack implementation.
       
       Type Parameters:
           T: The type of elements stored in the stack.
       """
       def __init__(self) -> None:
           self.items: List[T] = []
   ```

## 注意事项

1. 运行时类型擦除
   - Python的泛型类型在运行时会被擦除
   - 类型检查主要在开发阶段进行
   - 不要依赖运行时的类型信息

2. 向后兼容性
   - 泛型类型注解不影响Python 2代码
   - 可以逐步引入泛型类型
   - 保持代码的可读性和可维护性

3. IDE支持
   - 现代IDE对泛型类型有良好支持
   - 利用IDE的类型提示功能
   - 使用类型检查工具验证泛型使用

## 总结

Python的泛型类型系统为我们提供了强大的工具来编写类型安全的可重用代码。通过合理使用泛型，我们可以：
- 提高代码的复用性和可维护性
- 在编译时捕获类型错误
- 提供更好的代码文档和IDE支持

在下一篇文章中，我们将探讨类型变量和约束的高级用法，敬请期待！

元素码农