Go 迭代器详解:为什么 Go 的迭代器看起来很难用?

Go 语言的迭代器(iter 包)推出已有一段时间,然而,无论是身边的朋友还是网上的技术讨论,负面意见似乎都占据了主流。最集中的观点是:这东西用起来太凌乱、太不直观,完全不符合 Go 简单直白的风格。坦白讲,初次接触 iter.Seq, iter.Pull 等定义时,我感觉大多数人应该都会有一种不知所云的陌生感。

这种困惑源于我们对迭代器的先入为主:迭代器应该包含一个 Next() bool 方法,比如标准库中的 sql.Rows,通过调用 Next 方法来完成迭代。然而,当我们看到 Go 实际提供的 iter.Seq------一个函数嵌套函数的类型定义时,很容易直接望而却步,丧失深入了解的兴趣。我当初看到 Pull 函数时,甚至怀疑是否看错了目录,迭代与"拉取"有何关联?

但随着开源社区,尤其是涉及分块或流式返回的库,开始积极采纳 iter 方案,我们必须认识到拥抱标准库的必要性。统一的代码风格、未来可能的语法工具支持,都促使我们去理解其背后的设计哲学。因此,本文旨在深入探讨:为什么 Go 的迭代器看起来如此"怪异"?又是什么原因让 Go 选择了这种设计?

为什么 iter 包看起来如此陌生?

这个问题归根结底,是因为 Go 的迭代器选择的是推模式(Push Mode / Internal Iteration),而非我们习惯的拉模式(Pull Mode / External Iteration)。

习惯的拉模式(Pull Mode)

拉模式的典型特征是:消费者主动发起循环,并通过调用 Next() 方法,从迭代器中拉取下一个元素。 控制权在外部调用方。

示例:Go 标准库 database/sql

go 复制代码
func QueryUsers(db *sql.DB) ([]User, error) {
    // ...
    defer rows.Close()

    // 开发者主动编写循环,主动调用 Next() 拉取数据
    for rows.Next() {
       // ... 
    }
    // ...
}

其他语言提供的迭代器也多数为拉模式为主,

如 java:

java 复制代码
Iterator<String> it = list.iterator();
while (it.hasNext()) {
    String s = it.next();
    System.out.println(s);
}

如 rust:

rust 复制代码
let v = vec![1, 2, 3];
let mut iter = v.iter();

// 显式拉取
assert_eq!(iter.next(), Some(&1));
assert_eq!(iter.next(), Some(&2));

// 语法糖 for 循环本质上在不断调用 next()
for val in v.iter() {
    println!("{}", val);
}

如 python:

python 复制代码
def my_gen():
    yield 1
    yield 2

g = my_gen()
print(next(g))
print(next(g))

无论是 Java 的 Iterator、Rust 的 Iterator trait,还是 Python 的 next() 函数,其核心思想皆是如此:开发者主动发起循环,并通过 next() 函数获取下一个元素,掌控着步进的速度与时机。这种模型非常直观,因为它与我们日常的命令式编程思维相一致。

Go 的推模式(Push Mode)

推模式的核心在于控制权反转 :循环和迭代逻辑被封装在迭代器内部。迭代器主动发起循环,每次迭代到当前元素时,通过我们注入的 yield 回调函数,将迭代到的元素"推"给我们。我们是被动接收数据,而非主动拉取。

iter 包的核心定义正是推模式的体现:

go 复制代码
type Seq[V any] func(yield func(V) bool)
type Seq2[K, V any] func(yield func(K, V) bool)

迭代器本质上是一个高阶函数,其参数 yield 是一个回调函数,用于接收被推送的元素,并返回一个布尔值,告知迭代器是否继续(true 为继续迭代,false 为终止迭代)。

推迭代器的实现

还是以 sql.Rows 为例,将其封装为推迭代器:

go 复制代码
func ScanUsers(rows *sql.Rows) iter.Seq2[User, error] {
    return func(yield func(User, error) bool) {
       // 资源清理(defer)由迭代器内部保证执行
       defer rows.Close()
       
       // 循环和迭代逻辑由迭代器内部驱动
       for rows.Next() {
          // ... Scan 逻辑,将 User 变量赋值给回调函数
          if !yield(u, nil) {
             return // 接收到外部停止信号,优雅退出,触发 defer
          }
       }
    }
}

推迭代器的消费与语法糖

最原始的消费方式是直接调用返回的函数,并传入回调:

go 复制代码
users := ScanUsers(nil)
users(func(user User, err error) bool {
    // 接收推送的元素
    if err != nil {
       // ... 打印错误
       return false // 返回 false 告知迭代器停止
    }
    // ... 正常处理
    return true // 返回 true 告知迭代器继续
})

这种方式很好理解,也很直白,不过 Go 也提供了迭代器的语法糖,使用 for-range 完成迭代器的遍历:

go 复制代码
users := ScanUsers(nil)
for user, err := range users { // 统一的遍历方式
   if err != nil {
      // ... 打印错误
      break // break 相当于 yield 回调返回 false
   }
   // ...
}

这种 for-range 语法糖,其实和直接调用 users 函数是一致的,break 就相当于 yield 回调返回了false,但坦白讲这个语法糖有些过于隐式了,如果开发者初见 iter.Seq2,然后尝试使用 for-range 完成迭代,估计没多少人能联想到底层发生了什么,这和 Go 一贯的简单、直观的风格是有些相违背的。但也得承认,习惯之后使用 for-range 遍历迭代器确实很简单,而且迭代方式和其他容器类型(切片、Map、数组等)保持了高度的一致性,用习惯了确实还是比直接手动调用迭代器函数的方式更加优雅便捷。

为什么 Go 坚持选择推模式?

排除对拉模式的先入为主,客观对比会发现推模式除了有些隐式之外,确实具有一系列的工程优势。Go 团队的选择,是基于性能、安全、以及 Go 自身语言特性的深思熟虑。

性能维度:零成本抽象与逃逸分析

极度有利于内联优化(Inlining) :推迭代器是高阶函数,Go 编译器擅长内联闭包。这使得 for-range 一个迭代器在编译后,几乎等同于手写内联循环。这消除了拉模式中可能存在的接口方法调用开销。

避免堆内存分配与 GC 压力 :拉模式迭代器通常需要一个结构体来维护状态(如当前索引、树的栈)。如果该结构体逃逸到堆上,会增加 GC 负担。推模式的状态(如循环变量 i 或连接句柄)则被封装在闭包的栈帧中,极大地方便了编译器的逃逸分析(Escape Analysis),实现了高性能的零成本抽象。

资源安全维度:确定性的资源清理

这是推模式最重要的优势之一,特别是对于 I/O 密集型的后端程序(如 DB、文件流)。

拉模式的风险 :资源清理(如 rows.Close())依赖于外部调用者。如果调用者在循环中提前 break 或发生 panic,而忘记了 defer 或处理不当,极易导致连接泄漏。

推模式的保障defer rows.Close() 位于迭代器内部。无论外部是正常遍历结束,还是中途通过 yield 返回 false 来终止,迭代器函数都将退出,从而确定性地触发 defer 语句。这从语言层面保证了资源的可靠释放。

实现维度:简化复杂结构的遍历

对于复杂的树或图结构,实现拉模式的 Next() 方法需要手动编写一个复杂的状态机来保存遍历路径栈。而推模式则可以直接利用 Go 函数的递归调用栈,让迭代器代码的编写变得简单且直观。

iter.Pulliter.Pull2 的作用

现在看到 pull 这个单词应该就能明白其含义了,就是拉模式的意思,因为 iter 包提供的迭代器都是推模式的迭代器,但有些场景下必须使用拉模式的迭代器,故这两个函数的作用就是将推模式的迭代器 转化为拉模式的迭代器,代码如下:

go 复制代码
func main() {
    arr := []int{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10}
    // 此处将切片转化为一个推模式迭代器
    arrSeq := slices.All(arr)
    for i, v := range arrSeq {
       fmt.Println(i, v)
    }

    // 将推模式迭代器转化为拉模式迭代器
    next, stop := iter.Pull2(arrSeq)
    defer stop()
    for {
       i, v, ok := next()
       if !ok {
          break
       }
       fmt.Println(i, v)
    }
}

此处分别用推拉两种迭代器遍历了整个切片,输出的结果是完全一致的,拉模式的迭代器确实看起来更熟悉,调用 next() 函数即可获取下一个切片的索引和值,ok 变量为 false 时则表明无法再进行迭代了。

这里看着有点难以理解的是 stop,这是因为拉模式迭代器本质上是包装了的推模式迭代器,我们需要具备让推迭代器停下来的能力,也就是让推迭代器的 yield 参数返回 false,这个 stop 函数在调用时就会起到这个作用,让推迭代器停下来,否则迭代器并不会停止,而是一直等着 next 函数被调用。另外,stop 函数应该确保最终一定被执行,因为拉模式的迭代器内部会单独启动一个协程,只有调用了 stop 函数 ,迭代器被停止,才能释放这个协程,故不调用 stop 函数会导致协程泄露,一定要记得调用。

那为什么 Go 在提供了推模式迭代器的同时,一定要也提供个拉模式的迭代器呢?因为推模式迭代器整个迭代的过程外部是无法控制的 ,我们只能通过 yield 回调被动接收当前迭代的元素,无法控制迭代的进度或速度,只有改成拉模式,才能通过改变调用 next 函数的时机,从而对迭代过程做出精细化的控制。

总结

Go 迭代器初看起来的"怪异",源于它选择了反直觉的推模式。但这并非故弄玄虚,而是 Go 团队在性能优化、资源安全(尤其是 defer 机制的整合)和语言简洁性之间取得的平衡。

虽然 for-range 语法糖初看隐式,但一旦理解了其背后的推模式哲学,我们便能体会到它带来的便利与可靠性。随着越来越多的标准库和三方库开始采用 iter 规范,我们也应积极拥抱,让这种高效且安全的迭代模式成为 Go 编程的新常态。

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