datetime:2022/1/15 19:52

author:nzb

Go 语言简明教程

Go（又称Golang）是Google开发的一种静态强类型、编译型、并发型，并具有垃圾回收功能的编程语言。 —— Go - wikipedia.org

1 Go 安装

最新版本下载地址官方下载 golang.org，当前是 1.13.6。如无法访问，可以在 studygolang.com/dl 下载

使用 Linux，可以用如下方式快速安装。

$ wget https://studygolang.com/dl/golang/go1.13.6.linux-amd64.tar.gz
$ tar -zxvf go1.13.6.linux-amd64.tar.gz
$ sudo mv go /usr/local/

$ go version
go version go1.13.6 linux/amd64

从 Go 1.11 版本开始，Go 提供了 Go Modules 的机制，推荐设置以下环境变量，第三方包的下载将通过国内镜像，避免出现官方网址被屏蔽的问题。

$ go env -w GOPROXY=https://goproxy.cn,direct

或在 ~/.profile 中设置环境变量

export GOPROXY=https://goproxy.cn

2 Hello World

新建一个文件 main.go，写入

package main

import "fmt"

func main() {
    fmt.Println("Hello World!")
}

执行go run main.go 或 go run .，将会输出

$ go run .
Hello World!

如果强制启用了 Go Modules 机制，即环境变量中设置了 GO111MODULE=on，则需要先初始化模块 go mod init hello 否则会报错误：go: cannot find main module; see ‘go help modules’

我们的第一个 Go 程序就完成了，接下来我们逐行来解读这个程序：

• package main：声明了 main.go 所在的包，Go 语言中使用包来组织代码。一般一个文件夹即一个包，包内可以暴露类型或方法供其他包使用。
• import “fmt”：fmt 是 Go 语言的一个标准库/包，用来处理标准输入输出。
• func main：main 函数是整个程序的入口，main 函数所在的包名也必须为 main。
• fmt.Println(“Hello World!”)：调用 fmt 包的 Println 方法，打印出 “Hello World!” go run main.go，其实是 2 步：

go build main.go：编译成二进制可执行程序 ./main：执行该程序

3 变量与内置数据类型

3.1 变量(Variable)

Go 语言是静态类型的，变量声明时必须明确变量的类型。Go 语言与其他语言显著不同的一个地方在于，Go 语言的类型在变量后面。 比如 java 中，声明一个整体一般写成 int a = 1，在 Go 语言中，需要这么写：

var a int // 如果没有赋值，默认为0
var a int = 1 // 声明时赋值
var a = 1 // 声明时赋值

var a = 1，因为 1 是 int 类型的，所以赋值时，a 自动被确定为 int 类型，所以类型名可以省略不写，这种方式还有一种更简单的表达：

a := 1
msg := "Hello World!"

3.2 简单类型

空值：nil

整型类型： int(取决于操作系统), int8, int16, int32, int64, uint8, uint16, …

浮点数类型：float32, float64

字节类型：byte (等价于uint8)

字符串类型：string

布尔值类型：boolean，(true 或 false)

var a int8 = 10
var c1 byte = 'a'
var b float32 = 12.2
var msg = "Hello World"
ok := false

3.3 字符串

在 Go 语言中，字符串使用 UTF8 编码，UTF8 的好处在于，如果基本是英文，每个字符占 1 byte，和 ASCII 编码是一样的，非常节省空间，如果是中文，一般占3字节。包含中文的字符串的处理方式与纯 ASCII 码构成的字符串有点区别。

我们看下面的例子：

package main

import (
    "fmt"
    "reflect"
)
func main() {
    str1 := "Golang"
    str2 := "Go语言"
    fmt.Println(reflect.TypeOf(str2[2]).Kind()) // uint8
    fmt.Println(str1[2], string(str1[2]))       // 108 l
    fmt.Printf("%d %c\n", str2[2], str2[2])     // 232 è
    fmt.Println("len(str2)：", len(str2))       // len(str2)： 8
}

• reflect.TypeOf().Kind() 可以知道某个变量的类型，我们可以看到，字符串是以 byte 数组形式保存的，类型是 uint8，占1个 byte，打印时需要用 string 进行类型转换，否则打印的是编码值。
• 因为字符串是以 byte 数组的形式存储的，所以，str2[2] 的值并不等于语。str2 的长度 len(str2) 也不是 4，而是 8（ Go 占 2 byte，语言占 6 byte）。

正确的处理方式是将 string 转为 rune 数组

str2 := "Go语言"
runeArr := []rune(str2)
fmt.Println(reflect.TypeOf(runeArr[2]).Kind()) // int32
fmt.Println(runeArr[2], string(runeArr[2]))    // 35821 语
fmt.Println("len(runeArr)：", len(runeArr))    // len(runeArr)： 4

转换成 []rune 类型后，字符串中的每个字符，无论占多少个字节都用 int32 来表示，因而可以正确处理中文。

3.4 数组(array)与切片(slice)

声明数组

var arr [5]int     // 一维
var arr2 [5][5]int // 二维

声明时初始化

var arr = [5]int{1, 2, 3, 4, 5}
// 或 arr := [5]int{1, 2, 3, 4, 5}

使用 [] 索引/修改数组

arr := [5]int{1, 2, 3, 4, 5}
for i := 0; i < len(arr); i++ {
    arr[i] += 100
}
fmt.Println(arr)  // [101 102 103 104 105]

数组的长度不能改变，如果想拼接2个数组，或是获取子数组，需要使用切片。切片是数组的抽象。 切片使用数组作为底层结构。切片包含三个组件：容量，长度和指向底层数组的指针,切片可以随时进行扩展

声明切片：

slice1 := make([]float32, 0) // 长度为0的切片
slice2 := make([]float32, 3, 5) // [0 0 0] 长度为3容量为5的切片
fmt.Println(len(slice2), cap(slice2)) // 3 5

使用切片：

// 添加元素，切片容量可以根据需要自动扩展
slice2 = append(slice2, 1, 2, 3, 4) // [0, 0, 0, 1, 2, 3, 4]
fmt.Println(len(slice2), cap(slice2)) // 7 12
// 子切片 [start, end)
sub1 := slice2[3:] // [1 2 3 4]
sub2 := slice2[:3] // [0 0 0]
sub3 := slice2[1:4] // [0 0 1]
// 合并切片
combined := append(sub1, sub2...) // [1, 2, 3, 4, 0, 0, 0]

• 声明切片时可以为切片设置容量大小，为切片预分配空间。在实际使用的过程中，如果容量不够，切片容量会自动扩展。
• sub2... 是切片解构的写法，将切片解构为 N 个独立的元素。

3.5 字典(键值对，map)

map 类似于 java 的 HashMap，Python的字典(dict)，是一种存储键值对(Key-Value)的数据解构。使用方式和其他语言几乎没有区别。

// 仅声明
m1 := make(map[string]int)
// 声明时初始化
m2 := map[string]string{
    "Sam": "Male",
    "Alice": "Female",
}
// 赋值/修改
m1["Tom"] = 18

3.6 指针(pointer)

指针即某个值的地址，类型定义时使用符号*，对一个已经存在的变量，使用 & 获取该变量的地址。

str := "Golang"
var p *string = &str // p 是指向 str 的指针
*p = "Hello"
fmt.Println(str) // Hello 修改了 p，str 的值也发生了改变

一般来说，指针通常在函数传递参数，或者给某个类型定义新的方法时使用。Go 语言中，参数是按值传递的，如果不使用指针，函数内部将会拷贝一份参数的副本，对参数的修改并不会影响到外部变量的值。如果参数使用指针，对参数的传递将会影响到外部变量。

例如：

func add(num int) {
    num += 1
}

func realAdd(num *int) {
    *num += 1
}

func main() {
    num := 100
    add(num)
    fmt.Println(num)  // 100，num 没有变化

    realAdd(&num)
    fmt.Println(num)  // 101，指针传递，num 被修改
}

4 流程控制(if, for, switch)

4.1 条件语句 if else

age := 18
if age < 18 {
    fmt.Printf("Kid")
} else {
    fmt.Printf("Adult")
}

// 可以简写为：
if age := 18; age < 18 {
    fmt.Printf("Kid")
} else {
    fmt.Printf("Adult")
}

4.2 switch

type Gender int8
const (
    MALE   Gender = 1
    FEMALE Gender = 2
)

gender := MALE

switch gender {
case FEMALE:
    fmt.Println("female")
case MALE:
    fmt.Println("male")
default:
    fmt.Println("unknown")
}
// male

• 在这里，使用了 type 关键字定义了一个新的类型 Gender。
• 使用 const 定义了 MALE 和 FEMALE 2 个常量，Go 语言中没有枚举(enum)的概念，一般可以用常量的方式来模拟枚举。
• 和其他语言不同的地方在于，Go 语言的 switch 不需要 break，匹配到某个 case，执行完该 case 定义的行为后，默认不会继续往下执行。如果需要继续往下执行，需要使用 fallthrough，例如：

  switch gender {
  case FEMALE:
    fmt.Println("female")
    fallthrough
  case MALE:
    fmt.Println("male")
    fallthrough
  default:
    fmt.Println("unknown")
  }
  // 输出结果
  // male
  // unknown
  

  4.3 for 循环

  一个简单的累加的例子，break 和 continue 的用法与其他语言没有区别。

  sum := 0
  for i := 0; i < 10; i++ {
    if sum > 50 {
        break
    }
    sum += i
  }
  

对数组(arr)、切片(slice)、字典(map) 使用 for range 遍历：

nums := []int{10, 20, 30, 40}
for i, num := range nums {
    fmt.Println(i, num)
}
// 0 10
// 1 20
// 2 30
// 3 40
m2 := map[string]string{
    "Sam":   "Male",
    "Alice": "Female",
}

for key, value := range m2 {
    fmt.Println(key, value)
}
// Sam Male
// Alice Female

5 函数(functions)

5.1 参数与返回值

一个典型的函数定义如下，使用关键字 func，参数可以有多个，返回值也支持有多个。特别地，package main 中的 func main() 约定为可执行程序的入口。

func funcName(param1 Type1, param2 Type2, ...) (return1 Type3, ...) {
    // body
}

例如，实现2个数的加法（一个返回值）和除法（多个返回值）：

func add(num1 int, num2 int) int {
    return num1 + num2
}

func div(num1 int, num2 int) (int, int) {
    return num1 / num2, num1 % num2
}
func main() {
    quo, rem := div(100, 17)
    fmt.Println(quo, rem)     // 5 15
    fmt.Println(add(100, 17)) // 117
}

也可以给返回值命名，简化 return，例如 add 函数可以改写为

func add(num1 int, num2 int) (ans int) {
    ans = num1 + num2
    return
}

5.2 错误处理(error handling)

如果函数实现过程中，如果出现不能处理的错误，可以返回给调用者处理。比如我们调用标准库函数os.Open读取文件，os.Open 有2个返回值，第一个是 *File，第二个是 error， 如果调用成功，error 的值是 nil，如果调用失败，例如文件不存在，我们可以通过 error 知道具体的错误信息。

import (
    "fmt"
    "os"
)

func main() {
    _, err := os.Open("filename.txt")
    if err != nil {
        fmt.Println(err)
    }
}

// open filename.txt: no such file or directory

可以通过 errorw.New 返回自定义的错误

import (
    "errors"
    "fmt"
)

func hello(name string) error {
    if len(name) == 0 {
        return errors.New("error: name is null")
    }
    fmt.Println("Hello,", name)
    return nil
}

func main() {
    if err := hello(""); err != nil {
        fmt.Println(err)
    }
}
// error: name is null

error 往往是能预知的错误，但是也可能出现一些不可预知的错误，例如数组越界，这种错误可能会导致程序非正常退出，在 Go 语言中称之为 panic。

func get(index int) int {
    arr := [3]int{2, 3, 4}
    return arr[index]
}

func main() {
    fmt.Println(get(5))
    fmt.Println("finished")
}

$ go run .
panic: runtime error: index out of range [5] with length 3
goroutine 1 [running]:
exit status 2

在 Python、Java 等语言中有 try...catch 机制，在 try 中捕获各种类型的异常，在 catch 中定义异常处理的行为。Go 语言也提供了类似的机制 defer 和 recover。

func get(index int) (ret int) {
    defer func() {
        if r := recover(); r != nil {
            fmt.Println("Some error happened!", r)
            ret = -1
        }
    }()
    arr := [3]int{2, 3, 4}
    return arr[index]
}

func main() {
    fmt.Println(get(5))
    fmt.Println("finished")
}

$ go run .
Some error happened! runtime error: index out of range [5] with length 3
-1
finished

• 在 get 函数中，使用 defer 定义了异常处理的函数，在协程退出前，会执行完 defer 挂载的任务。因此如果触发了 panic，控制权就交给了 defer。
• 在 defer 的处理逻辑中，使用 recover，使程序恢复正常，并且将返回值设置为 -1，在这里也可以不处理返回值，如果不处理返回值，返回值将被置为默认值 0。

6 结构体，方法和接口

6.1 结构体(struct) 和方法(methods)

结构体类似于其他语言中的 class，可以在结构体中定义多个字段，为结构体实现方法，实例化等。接下来我们定义一个结构体 Student，并为 Student 添加 name，age 字段，并实现 hello() 方法。

type Student struct {
    name string
    age  int
}

func (stu *Student) hello(person string) string {
    return fmt.Sprintf("hello %s, I am %s", person, stu.name)
}

func main() {
    stu := &Student{
        name: "Tom",
    }
    msg := stu.hello("Jack")
    fmt.Println(msg) // hello Jack, I am Tom
}

• 使用 Student{field: value, ...} 的形式创建 Student 的实例，字段不需要每个都赋值，没有显性赋值的变量将被赋予默认值，例如 age 将被赋予默认值 0。
• 实现方法与实现函数的区别在于，func 和函数名 hello 之间，加上该方法对应的实例名 stu 及其类型 *Student，可以通过实例名访问该实例的字段name和其他方法了。
• 调用方法通过 实例名.方法名(参数) 的方式。

除此之外，还可以使用 new 实例化：

func main() {
    stu2 := new(Student)
    fmt.Println(stu2.hello("Alice")) // hello Alice, I am  , name 被赋予默认值""
}

6.2 接口(interfaces)

一般而言，接口定义了一组方法的集合，接口不能被实例化，一个类型可以实现多个接口。

举一个简单的例子，定义一个接口 Person 和对应的方法 getName() 和 getAge()：

type Person interface {
    getName() string
}

type Student struct {
    name string
    age  int
}

func (stu *Student) getName() string {
    return stu.name
}

type Worker struct {
    name   string
    gender string
}

func (w *Worker) getName() string {
    return w.name
}

func main() {
    var p Person = &Student{
        name: "Tom",
        age:  18,
    }

    fmt.Println(p.getName()) // Tom
}

• Go 语言中，并不需要显式地声明实现了哪一个接口，只需要直接实现该接口对应的方法即可。
• 实例化 Student 后，强制类型转换为接口类型 Person。 在上面的例子中，我们在 main 函数中尝试将 Student 实例类型转换为 Person，如果 Student 没有完全实现 Person 的方法，比如我们将 (*Student).getName() 删掉，编译时会出现如下报错信息。

*Student does not implement Person (missing getName method)

但是删除 (*Worker).getName() 程序并不会报错，因为我们并没有在 main 函数中使用。这种情况下我们如何确保某个类型实现了某个接口的所有方法呢？一般可以使用下面的方法进行检测，如果实现不完整，编译期将会报错。

var _ Person = (*Student)(nil)
var _ Person = (*Worker)(nil)

• 将空值 nil 转换为 *Student 类型，再转换为 Person 接口，如果转换失败，说明 Student 并没有实现 Person 接口的所有方法。
• Worker 同上。

实例可以强制类型转换为接口，接口也可以强制类型转换为实例。

func main() {
    var p Person = &Student{
        name: "Tom",
        age:  18,
    }

    stu := p.(*Student) // 接口转为实例
    fmt.Println(stu.getAge())
}

6.3 空接口

如果定义了一个没有任何方法的空接口，那么这个接口可以表示任意类型。例如

func main() {
    m := make(map[string]interface{})
    m["name"] = "Tom"
    m["age"] = 18
    m["scores"] = [3]int{98, 99, 85}
    fmt.Println(m) // map[age:18 name:Tom scores:[98 99 85]]
}

7 并发编程(goroutine)

7.1 sync

Go 语言提供了 sync 和 channel 两种方式支持协程(goroutine)的并发。

例如我们希望并发下载 N 个资源，多个并发协程之间不需要通信，那么就可以使用 sync.WaitGroup，等待所有并发协程执行结束。

import (
    "fmt"
    "sync"
    "time"
)

var wg sync.WaitGroup

func download(url string) {
    fmt.Println("start to download", url)
    time.Sleep(time.Second) // 模拟耗时操作
    wg.Done()
}

func main() {
    for i := 0; i < 3; i++ {
        wg.Add(1)
        go download("a.com/" + string(i+'0'))
    }
    wg.Wait()
    fmt.Println("Done!")
}

• wg.Add(1)：为 wg 添加一个计数，wg.Done()，减去一个计数。
• go download()：启动新的协程并发执行 download 函数。
• wg.Wait()：等待所有的协程执行结束。

$  time go run .
start to download a.com/2
start to download a.com/0
start to download a.com/1
Done!

real    0m1.563s

可以看到串行需要 3s 的下载操作，并发后，只需要 1s。

7.2 channel

var ch = make(chan string, 10) // 创建大小为 10 的缓冲信道

func download(url string) {
    fmt.Println("start to download", url)
    time.Sleep(time.Second)
    ch <- url // 将 url 发送给信道
}

func main() {
    for i := 0; i < 3; i++ {
        go download("a.com/" + string(i+'0'))
    }
    for i := 0; i < 3; i++ {
        msg := <-ch // 等待信道返回消息。
        fmt.Println("finish", msg)
    }
    fmt.Println("Done!")
}

使用 channel 信道，可以在协程之间传递消息。阻塞等待并发协程返回消息。

$ time go run .
start to download a.com/2
start to download a.com/0
start to download a.com/1
finish a.com/2
finish a.com/1
finish a.com/0
Done!

real    0m1.528s

8 单元测试(unit test)

假设我们希望测试 package main 下 calc.go 中的函数，要只需要新建 calc_test.go 文件，在 ``calc_test.go 中新建测试用例即可。

// calc.go
package main

func add(num1 int, num2 int) int {
    return num1 + num2
}

// calc_test.go
package main

import "testing"

func TestAdd(t *testing.T) {
    if ans := add(1, 2); ans != 3 {
        t.Error("add(1, 2) should be equal to 3")
    }
}

运行 go test，将自动运行当前 package 下的所有测试用例，如果需要查看详细的信息，可以添加 -v 参数。

$ go test -v
=== RUN   TestAdd
--- PASS: TestAdd (0.00s)
PASS
ok      example 0.040s

9 包(Package)和模块(Modules)

9.1 Package

一般来说，一个文件夹可以作为 package，同一个 package 内部变量、类型、方法等定义可以相互看到。

比如我们新建一个文件 calc.go，main.go 平级，分别定义 add 和 main 方法。

// calc.go
package main

func add(num1 int, num2 int) int {
    return num1 + num2
}

// main.go
package main

import "fmt"

func main() {
    fmt.Println(add(3, 5)) // 8
}

运行 go run main.go，会报错，add 未定义：

./main.go:6:14: undefined: add

因为 go run main.go 仅编译 main.go 一个文件，所以命令需要换成

$ go run main.go calc.go
8

或

$ go run .
8

Go 语言也有 Public 和 Private 的概念，粒度是包。如果类型/接口/方法/函数/字段的首字母大写，则是 Public 的，对其他 package 可见，如果首字母小写，则是 Private 的，对其他 package 不可见。

9.2 Modules

Go Modules 是 Go 1.11 版本之后引入的，Go 1.11 之前使用 $GOPATH 机制。Go Modules 可以算作是较为完善的包管理工具。同时支持代理，国内也能享受高速的第三方包镜像服务。接下来简单介绍 go mod 的使用。Go Modules 在 1.13 版本仍是可选使用的，环境变量 GO111MODULE 的值默认为 AUTO，强制使用 Go Modules 进行依赖管理，可以将 GO111MODULE 设置为 ON。

在一个空文件夹下，初始化一个 Module

$ go mod init example
go: creating new go.mod: module example

此时，在当前文件夹下生成了go.mod，这个文件记录当前模块的模块名以及所有依赖包的版本。

接着，我们在当前目录下新建文件 main.go，添加如下代码：

package main

import (
    "fmt"

    "rsc.io/quote"
)

func main() {
    fmt.Println(quote.Hello())  // Ahoy, world!
}

运行 go run .，将会自动触发第三方包 rsc.io/quote 的下载，具体的版本信息也记录在了 go.mod 中：

module example

go 1.13

require rsc.io/quote v3.1.0+incompatible

我们在当前目录，添加一个子 package calc，代码目录如下：

demo/
   |--calc/
      |--calc.go
   |--main.go

在 calc.go 中写入

package calc

func Add(num1 int, num2 int) int {
    return num1 + num2
}

在 package main 中如何使用 package cal 中的 Add 函数呢？import 模块名/子目录名 即可，修改后的 main 函数如下：

package main

import (
    "fmt"
    "example/calc"

    "rsc.io/quote"
)

func main() {
    fmt.Println(quote.Hello())
    fmt.Println(calc.Add(10, 3))
}

$ go run .
Ahoy, world!
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