Go 1.21 全新 min 和 max 内置函数解析

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#golang #java #前端 #算法 #数据库

大家好，我是木川

在 Go 1.20 发布六个月后， 2023 年8 月8 日 Go 语言迎来了最新版本 1.21。这次升级带来了一系列语言和工具方面的变化。其中一项备受关注的改进是引入了两个新的内置函数：min 和 max。这两个函数用于在任何可比较类型中执行最小值和最大值的操作，满足了很多常见需求，并且现在成为 Go 语言的一部分。

一、背景

在 Go 语言中，经常需要对一组值执行最小值或最大值的操作，例如排序、统计、筛选等等。然而，Go 语言并没有提供直接的方法来实现这些功能，开发者通常需要自己编写循环来完成这些任务（标准库中的 math 包虽然提供了相应的函数，但仅适用于 float64 类型）。

然而，这些需求却非常普遍。因此，Go 1.21.0 版本引入了两个全新的内置函数 min 和 max，它们能够对任何可比较类型执行最小值和最大值的操作，无需编写繁琐的循环或引入第三方库。

二、定义

// max 内置函数返回 [cmp.Ordered] 类型的一组参数中的最大值。参数个数必须至少为 1。
// 如果 T 是浮点类型，并且其中任何参数为 NaN，则 max 函数将返回 NaN。
func max[T cmp.Ordered](x T, y ...T) T

// min 内置函数返回 [cmp.Ordered] 类型的一组参数中的最小值。参数个数必须至少为 1。
// 如果 T 是浮点类型，并且其中任何参数为 NaN，则 min 函数将返回 NaN。
func min[T cmp.Ordered](x T, y ...T) T

从函数原型可以看出，min 和 max 的参数以及返回值都是同一种类型，必须是可比较的有序类型，例如整数、浮点数、字符串等。如果只有一个参数，它将被视为最小值或最大值。如果有多个参数，min 和 max 会根据 < 运算符来比较大小，并返回最小值或最大值。如果没有参数，或者参数不是有序类型，编译器将无法通过编译。

三、原理

min 和 max 是内置函数，它们的实现是在编译器层面完成的，而不是在运行时。具体来说，它们是在编译器的 SSA（Static Single Assignment）阶段进行转换的，将 min 和 max 的调用转换为相应的循环代码。这样做的好处在于可以避免引入新的运行时函数，同时也为编译器提供了更多的优化空间。

具体的实现代码位于 src/cmd/compile/internal/types2/builtins.go 文件中。

for i, a := range args {
    if a.mode == invalid {
        return
    }

    if !allOrdered(a.typ) {
        check.errorf(a, InvalidMinMaxOperand, invalidArg+"%s cannot be ordered", a)
        return
    }

    // 第一个参数已经是 x，无需额外操作。
    if i > 0 {
        check.matchTypes(x, a)
        if x.mode == invalid {
            return
        }

        if !Identical(x.typ, a.typ) {
            check.errorf(a, MismatchedTypes, invalidArg+"mismatched types %s (previous argument) and %s (type of %s)", x.typ, a.typ, a.expr)
            return
        }

        if x.mode == constant_ && a.mode == constant_ {
            if constant.Compare(a.val, op, x.val) {
                *x = *a
            }
        } else {
            x.mode = value
        }
    }
}

通过上述代码可以看到，编译器将 min 函数的调用转换为一个循环，从第二个参数开始遍历切片，并与第一个参数比较大小，然后更新最小值或最大值变量。

四、使用示例

min 和 max 函数的使用非常简单，只需要将要比较的值作为参数传入即可。

package main

import (
 "fmt"
)

func main() {
 // 比较整数
 fmt.Println(min(1, 2, 3)) // 输出：1
 fmt.Println(max(1, 2, 3)) // 输出：3

 // 比较浮点数
 fmt.Println(min(1.5, 2.5, 3.5)) // 输出：1.5
 fmt.Println(max(1.5, 2.5, 3.5)) // 输出：3.5

 // 比较字符串
 fmt.Println(min("hello", "world")) // 输出：hello
}

输出结果如下：