1. 引言

在 Go 語(yǔ)言中，map是一種內(nèi)置的數(shù)據(jù)類(lèi)型，它提供了一種高效的方式來(lái)存儲(chǔ)和檢索數(shù)據(jù)。map是一種無(wú)序的鍵值對(duì)集合，其中每個(gè)鍵與一個(gè)值相關(guān)聯(lián)。使用 map 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以快速地根據(jù)鍵找到對(duì)應(yīng)的值，而無(wú)需遍歷整個(gè)集合。

在 Go 語(yǔ)言中，map 是一種內(nèi)置的數(shù)據(jù)類(lèi)型，可以通過(guò)以下方式聲明和初始化：

m := make(map[keyType]valueType)

在使用map時(shí)，我們通常會(huì)使用基本數(shù)據(jù)類(lèi)型作為鍵。然而，當(dāng)我們需要將自定義的結(jié)構(gòu)體作為鍵時(shí)，就需要考慮結(jié)構(gòu)體中是否包含引用類(lèi)型的字段。引用類(lèi)型是指存儲(chǔ)了數(shù)據(jù)的地址的類(lèi)型，如指針、切片、字典和通道等。在Go中，引用類(lèi)型具有動(dòng)態(tài)的特性，可能會(huì)被修改或指向新的數(shù)據(jù)。這就引發(fā)了一個(gè)問(wèn)題：能否將包含引用類(lèi)型的自定義結(jié)構(gòu)體作為map的鍵呢？

2. map的基本模型

了解能否將包含引用類(lèi)型的自定義結(jié)構(gòu)體作為map的鍵這個(gè)問(wèn)題，我們需要先了解下map的基本模型。在Go語(yǔ)言中，map是使用哈希表、實(shí)現(xiàn)的。哈希表是一種以鍵-值對(duì)形式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它通過(guò)使用哈希函數(shù)將鍵映射到哈希值。

哈希函數(shù)是用于將鍵映射到哈希值的算法。它接受鍵作為輸入并生成一個(gè)固定長(zhǎng)度的哈希值。Go語(yǔ)言的 map 使用了內(nèi)部的哈希函數(shù)來(lái)計(jì)算鍵的哈希值。

而不同的key通過(guò)哈希函數(shù)生成的哈希值可能是相同的，此時(shí)便發(fā)生了哈希沖突。哈希沖突指的是不同的鍵經(jīng)過(guò)哈希函數(shù)計(jì)算后得到相同的哈希值。由于哈希函數(shù)的輸出空間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于鍵的輸入空間，哈希沖突是不可避免的。此時(shí)無(wú)法判斷該key是當(dāng)前哈希表中原本便已經(jīng)存在的元素還是由于哈希沖突導(dǎo)致不同的鍵映射到同一個(gè)bucket。 此時(shí)便需要判斷這兩個(gè)key是否相等。

因此，在map中，作為map中的key，需要保證其支持對(duì)比操作的，能夠比較兩個(gè)key是否相等。

3. map 鍵的要求

從上面map基本的模型介紹中，我們了解到，map中的Key需要支持哈希函數(shù)的計(jì)算，同時(shí)鍵的類(lèi)型必須支持對(duì)比操作。

在map中，計(jì)算key的哈希值，是由默認(rèn)哈希函數(shù)實(shí)現(xiàn)的，對(duì)于map中的key并沒(méi)有額外的要求。

在map中，判斷兩個(gè)鍵是否相等是通過(guò)調(diào)用鍵類(lèi)型的相等運(yùn)算符（==或!=）來(lái)完成的，因此key必須確保該類(lèi)型支持 == 操作。這個(gè)要求是由 map 的實(shí)現(xiàn)機(jī)制決定的。map 內(nèi)部使用鍵的相等性來(lái)確定鍵的存儲(chǔ)位置和檢索值。如果鍵的類(lèi)型不可比較，就無(wú)法進(jìn)行相等性比較，從而導(dǎo)致無(wú)法準(zhǔn)確地定位鍵和檢索值。

在 Go 中，基本數(shù)據(jù)類(lèi)型（如整數(shù)、浮點(diǎn)數(shù)、字符串）和一些內(nèi)置類(lèi)型都是可比較的，因此它們可以直接用作 map 的鍵。然而，自定義的結(jié)構(gòu)體作為鍵時(shí)，需要確保結(jié)構(gòu)體的所有字段都是可比較的類(lèi)型。如果結(jié)構(gòu)體包含引用類(lèi)型的字段，那么該結(jié)構(gòu)體就不能直接用作 map 的鍵，因?yàn)橐妙?lèi)型不具備簡(jiǎn)單的相等性比較。

因此，假如map中的鍵為自定義類(lèi)型，同時(shí)包含引用字段，此時(shí)將無(wú)法作為map的鍵，會(huì)直接編譯失敗，代碼示例如下:

type Person struct {
   Name    string
   Age     int
   address []Address
}
func main() {
    // 這里會(huì)直接編譯不通過(guò)
    m := make(map[Person]int)
}

其次還有一個(gè)例外，那便是自定義結(jié)構(gòu)體中包含指針類(lèi)型的字段，此時(shí)其是支持==操作的，但是其是使用指針地址來(lái)進(jìn)行hash計(jì)算以及相等性比較的，有可能我們理解是同一個(gè)key,事實(shí)上從map來(lái)看并不是，此時(shí)非常容易導(dǎo)致錯(cuò)誤，示例如下:

type Person struct {
   Name    string
   Age     int
   address *Address
}
func main(){
    m := make(map[Person]int)
    p1 := Person{Name: "Alice", Age: 30, address: &Address{city: "beijing"}}
    p2 := Person{Name: "Alice", Age: 30, address: &Address{city: "beijing"}}
    m[p1] = 1
    m[p2] = 2
    // 輸出1
    fmt.Println(m[p1])
    // 輸出2
    fmt.Println(m[p2])
}

這里我們定義了一個(gè)Person結(jié)構(gòu)體，包含一個(gè)指針類(lèi)型的字段address。創(chuàng)建了兩個(gè)對(duì)象p1和p2,在我們的理解中，其是同一個(gè)對(duì)象，事實(shí)上在map中為兩個(gè)兩個(gè)互不相關(guān)的對(duì)象，主要原因都是使用地址來(lái)進(jìn)行hash計(jì)算以及相等性比較的。

綜上所述，如果自定義結(jié)構(gòu)體中包含引用類(lèi)型的字段(指針為特殊的引用類(lèi)型)，此時(shí)將不能作為map類(lèi)型的key。

4. 為什么不抽取hashCode和equals方法接口，由用戶(hù)自行實(shí)現(xiàn)呢？

當(dāng)前go中map中哈希值的計(jì)算，其提供了默認(rèn)的哈希函數(shù)，不需要由用戶(hù)去實(shí)現(xiàn)；其次key的相等性比較，是通過(guò)== 操作符來(lái)實(shí)現(xiàn)的，也不由用戶(hù)自定義比較函數(shù)。那我們就有一個(gè)疑問(wèn)了，為什么不抽取hashCode和equals方法接口，由用戶(hù)來(lái)實(shí)現(xiàn)呢?

4.1 簡(jiǎn)單性和性能角度

相等性比較在 Go 語(yǔ)言中使用 == 操作符來(lái)實(shí)現(xiàn)，而哈希函數(shù)是由運(yùn)行時(shí)庫(kù)提供的默認(rèn)實(shí)現(xiàn)。這種設(shè)計(jì)選擇我理解可能基于以下幾個(gè)原因:

1. 簡(jiǎn)單性：對(duì)于默認(rèn)哈希函數(shù)函數(shù)來(lái)說(shuō)，其內(nèi)置在語(yǔ)言中的，無(wú)需用戶(hù)額外的實(shí)現(xiàn)和配置。這簡(jiǎn)化了 map 的使用。對(duì)于相等性比較操作，== 操作符進(jìn)行比較是一種直觀且簡(jiǎn)單的方式。在語(yǔ)法上，== 操作符用于比較兩個(gè)值是否相等，這種語(yǔ)法的簡(jiǎn)潔性使得代碼更易讀和理解。
2. 性能：默認(rèn)的哈希函數(shù)是經(jīng)過(guò)優(yōu)化和測(cè)試的，能夠在大多數(shù)情況下提供良好的性能。其次使用==來(lái)實(shí)現(xiàn)相等性比較，由于 == 操作符是語(yǔ)言層面的原生操作，編譯器可以對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，從而提高代碼的執(zhí)行效率。

4.2 key不可變的限制

map鍵的不可變性也是一個(gè)考慮因素。基于==來(lái)判斷對(duì)象是否相等，間接保證了鍵的不可變性。目前，==已經(jīng)支持了大部分類(lèi)型的比較，只有自定義結(jié)構(gòu)體中的引用類(lèi)型字段無(wú)法直接使用==進(jìn)行比較。如果鍵中不存在引用類(lèi)型字段，這意味著放入Map鍵的值在運(yùn)行時(shí)不能發(fā)生變化，從而保證了鍵在運(yùn)行時(shí)的不可變性。

如果key沒(méi)有不可變的限制，那么之前存儲(chǔ)在 map 中的鍵值對(duì)可能會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。因?yàn)樵诜胖迷貢r(shí)，map 會(huì)根據(jù)鍵的當(dāng)前值計(jì)算哈希值，并使用哈希值來(lái)查找對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)位置。如果放在map中的鍵的值發(fā)生了變化，此時(shí)計(jì)算出來(lái)的hash值可能也發(fā)生變化，這意味數(shù)據(jù)放在了錯(cuò)誤的位置。后續(xù)即使使用跟map中的鍵的同一個(gè)值去查找數(shù)據(jù)，也可能查找不到數(shù)據(jù)。

下面展示一個(gè)簡(jiǎn)單的代碼，來(lái)說(shuō)明可變類(lèi)型作為key會(huì)導(dǎo)致的問(wèn)題:

type Person struct {
    Name       string
    Age        int
    SliceField []string
}

func main() {
    person := Person{Name: "Alice", Age: 25, SliceField: []string{"A", "B"}}
    // 假設(shè)Person可以作為鍵，事實(shí)上是不支持的
    personMap := make(map[Person]string)
    personMap[person] = "Value 1"

    // 修改person中SliceField的值
    person.SliceField[0] = "X"

    // 嘗試通過(guò)相同的person查找值
    fmt.Println(personMap[person]) // 輸出空字符串，找不到對(duì)應(yīng)的值
}

如果抽取equals方法接口，由用戶(hù)自行實(shí)現(xiàn)，此時(shí)key的不可變性就需要用戶(hù)實(shí)現(xiàn)，其次go語(yǔ)言也需要增加一些檢測(cè)機(jī)制，這首先增加了用戶(hù)使用的負(fù)擔(dān)，這并不符合go語(yǔ)言設(shè)計(jì)的哲學(xué)。

4.3 總結(jié)

綜上所述，基于簡(jiǎn)單性、性能和語(yǔ)義一致性的考慮以及鍵的不可變性，Go語(yǔ)言選擇使用==操作符進(jìn)行鍵的比較，而將哈希函數(shù)作為運(yùn)行時(shí)庫(kù)的默認(rèn)實(shí)現(xiàn)，更加符合go語(yǔ)言設(shè)計(jì)的哲學(xué)。

5. 總結(jié)

在 Go 語(yǔ)言中，map 是一種無(wú)序的鍵值對(duì)集合，它提供了高效的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和檢索機(jī)制。在使用 map 時(shí)，通常使用基本數(shù)據(jù)類(lèi)型作為鍵。然而，當(dāng)我們想要使用自定義結(jié)構(gòu)體作為鍵時(shí)，需要考慮結(jié)構(gòu)體中是否包含引用類(lèi)型的字段。

自定義結(jié)構(gòu)體作為map的鍵需要滿足一些要求。首先，鍵的類(lèi)型必須是可比較的，也就是支持通過(guò)== 運(yùn)算符進(jìn)行相等性比較。在Go中，基本數(shù)據(jù)類(lèi)型和一些內(nèi)置類(lèi)型都滿足這個(gè)要求。但是，如果結(jié)構(gòu)體中包含引用類(lèi)型的字段，那么該結(jié)構(gòu)體就不能直接作為map的鍵，因?yàn)橐妙?lèi)型不具備簡(jiǎn)單的相等性比較。

因此總的來(lái)說(shuō)，包含引用類(lèi)型字段的自定義結(jié)構(gòu)體，是不能作為map的key的。