Python学习(11) ----- Python的泛型

在 Python 中，泛型（Generics） 的概念主要用于 类型注解（type hints） ，帮助开发者在静态类型检查时（例如使用 mypy、pyright）获得更精确的类型推断。

泛型不影响程序的运行行为 ，而是让代码在 语义上更清晰、更安全。

🧠 一、泛型是什么？

泛型的核心思想：

"一个类型对多种数据类型通用"。

例如，List[int] 表示一个只能装 int 的列表，
List[str] 表示一个只能装 str 的列表。

这可以防止混用类型的错误：

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from typing import List

def sum_list(numbers: List[int]) -> int:
    return sum(numbers)

print(sum_list([1, 2, 3]))   # ✅ 正常
print(sum_list(["a", "b"]))  # ❌ 类型检查器会报错

🧩 二、使用泛型类型（TypeVar）

TypeVar 用于声明一个泛型参数：

python 复制代码

from typing import TypeVar, List

T = TypeVar("T")  # 声明一个泛型类型变量

def first_element(elements: List[T]) -> T | None:
    if elements:
        return elements[0]
    return None

🔹 用法说明：

T 表示一个"占位类型"；
函数返回的类型与输入 List[T] 的元素类型一致；
当传入 List[int] 时，返回值类型自动推断为 int。

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print(first_element([1, 2, 3]))    # 返回 int
print(first_element(["a", "b"]))   # 返回 str

🧱 三、在类中使用泛型

泛型类可以让类在定义时不固定数据类型：

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from typing import Generic, TypeVar

T = TypeVar("T")

class Box(Generic[T]):
    def __init__(self, value: T):
        self.value = value

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

✅ 使用时指定类型：

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box1 = Box 
box2 = Box[str]("hello")

print(box1.get())  # int
print(box2.get())  # str

⚙️ 四、带约束的泛型

可以通过 bound 或者 constraints 限制泛型类型：

1️⃣ bound（上界约束）

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from typing import TypeVar

class Animal:
    def speak(self):
        print("Animal sound")

class Dog(Animal):
    def speak(self):
        print("Woof!")

T = TypeVar("T", bound=Animal)

def make_speak(animal: T) -> None:
    animal.speak()

make_speak(Dog())    # ✅ OK
make_speak(Animal()) # ✅ OK
# make_speak("string") ❌ 报类型错误

2️⃣ constraints（多类型约束）

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from typing import TypeVar

T = TypeVar("T", int, float)  # 只能是 int 或 float

def double(x: T) -> T:
    return x * 2

print(double(10))    # ✅ int
print(double(3.14))  # ✅ float
# print(double("a")) ❌ 类型检查失败

🧩 五、常用泛型容器

Python 的标准库 typing 模块已经提供了许多泛型容器：

泛型类型	说明
`List[T]`	列表
`Dict[K, V]`	字典
`Tuple[T, ...]`	元组
`Set[T]`	集合
`Iterable[T]`	可迭代对象
`Optional[T]`	`T` 或 `None`
`Union[A, B]`	`A` 或 `B`

例如：

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from typing import Dict, List, Optional, Union

def process_data(data: Dict[str, List[int]]) -> Optional[Union[int, float]]:
    if "scores" in data:
        return sum(data["scores"]) / len(data["scores"])
    return None

🧭 六、Python 3.9+ 简写语法

在 Python 3.9 之后，可以用更简洁的语法：

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# 旧写法
from typing import List, Dict
def f1(data: List[int]) -> Dict[str, int]:
    ...

# 新写法（推荐）
def f2(data: list[int]) -> dict[str, int]:
    ...

✅ 小结

概念	用法示例
定义泛型变量	`T = TypeVar("T")`
泛型函数	`def func(x: T) -> T:`
泛型类	`class Box(Generic[T]):`
约束类型	`TypeVar("T", bound=Base)` 或 `TypeVar("T", int, float)`
内置泛型容器	`list[T], dict[K, V], tuple[T, ...]`