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go語言的初體驗

  • 2021 年 3 月 28 日
  • 筆記

分享最近學習 Go 語言的心得和體會，適合有編程基礎的人，因為這裡只做經驗性的總結概述，不做基礎教學的入門知識講解，如果想要學習編程語言的基礎知識，請出門左轉進入官方文檔，查看基礎教學文檔。

Go 概覽

Go 的特徵

我經常說要學一樣東西，首先要搞清楚它為什麼會出現？ 解決了什麼問題 ？

只要了解這些底層的根本問題，你才會有持續的動力深入學習，而不是盲目跟風和三分鐘熱度。

Go 語言是 google 在 2009年11月發佈的項目，在編程語言裏面算是非常年輕的小夥子。

至於 Go 語言的誕生和歷史，大家可以看看這篇文章：三分鐘了解 Go 語言的前世今生

我個人認為 Go 的誕生是有時代的必要性，因為她主要解決主要是解決了：

  • 動態語言的性能和弱類型問題
  • 靜態語言的開發效率和複雜度，還有並發問題

我們都知道 Google 是世界上數據量最大的公司，Go 語言的輕量級線程設計，也幫助 Google 降低運算和並發計算的成本，這也是 Go 語言能誕生的一個重要目的。

在數據爆炸的今天，Go 語言重新平衡了開發效率和運行性能，所以 Go 會在未來十年，都是最重要的編程語言

關於 go 的定位，大家看下圖可能會更清晰：

Go的定位

Go 的設計理念

剛接觸這門語言的時候，能感受到它的設計者是經過認真思考的，從不同語言遷移過來的開發者，可以從 Go 身上看到很多其他語言的影子，因為設計者借鑒了許多其他語言的設計，但是它也非常的剋制，不是完全照搬，而且非常精準的把優秀並且使用的設計融入到 Go 當中，將很多不實用且複雜的設計直接剔除。

雖然 Go 出自名門，你從 Go 身上看不到什麼學院派的影子，沒有多餘的設計，沒有複雜的概念，處處可見的 簡單，實用 的設計理念，因為它的創造者的理念是：

只有通過設計上的簡單性，系統才能在增長的過程中保持穩定和自洽

Go 另外還有一個特點區別於其他語言的就是，Go 語言為了追求代碼可讀性，可能是第一個將代碼風格在編譯器層面做出強制要求的語言。例如：

  • 首字母大寫代表 public，代表導出類型，外部可訪問
  • 首字母小寫代碼 private，代表非導出類型，僅內部可訪問
  • 還有對 {} 換行的限制，
  • 編譯層面就不允許出現無用變量
  • 等等&……

Go 對於動態語言：

寫過動態語言類似 Ruby，Python 的開發者，最頭痛的應該就是類型問題，因為不確定類型，導致很多問題在編譯期無法被發現，直接 runtime 的時候才能暴露出現，處理成本極高。Go 語言提供簡單夠用的類型系統，對於動態語言開發者不會有太大的手上成本，也幫助了動態語言的開發者解決大多數類型問題。

Go 對於靜態語言：

Go 語言並沒有去照搬 C++ 和 Java 那套超級複雜的類型系統，Go 放棄了大量的 OOP 特性，不支持繼承和重載，對於 Java/C++ 等主流 OOP 編程語言，Go 可能也是一個徹頭徹尾的異類，但是不要懷疑 Go 也是一門面向對象的編程語言，只是他在用自己理解方法，一種不同尋常的方式來解釋面向對象，它的特徵如下：

  • 它沒有繼承、甚至沒有類
  • 沒有繼承，通過組合來完成繼承
  • 類型和接口都是非侵入式（無需聲明接口的實現）

至於 Go 其他語言的區別，可以單獨列出一篇文章，這裡暫時不深入討論了……

Go 語法簡介

短賦值語句、遞增語句

符合 Java 程序員的習慣、Go 支持短賦值語句、遞增語句，下面簡單看一個示例即可：

x := 0
x += 5
fmt.Print(x)			// x = 5

x++
fmt.Print(x)			// x = 6

x--
fmt.Print(x)			// x = 5

Go 雖然是靜態編譯型語言，但是擁有很多動態語言才有的語法特性，比如批量賦值、變量交換，示例：

// 批量賦值
x, y, z := 1, 2, 3
// 交換變量
x, y = y ,x

Java 程序員應該很羨慕這種交換變量的寫法，因為在 Java 中想要交換變量必須要聲明一個很彆扭的 tmp 臨時變量才能實現變量的交換

Go 只支持 for 一種循環語句（減少心智負擔）

// for 格式
for init; condition; post{
  // 循環邏輯
}

for i := range ary {
	// for range 用於遍歷 slice 的快捷方法
}

初體驗

Go 命名規範

不同於其他語言，Go 中的函數、變量、常量、類型和包都遵循一個簡單和統一的原則：

  • 名稱開始是一個 Unicode 字符即可，區分大小寫
  • 例如：HeapSort 和 heapSort 是不同的名稱

還有就是上面說到的，通過大小寫的命名規範，直接把 private 和 public 權限聲明的關鍵字這種並無很大作用的關鍵字給移除了，這種在不改變功能的前提下做減法，可謂是刀法快准狠

另外在 Go 官方的 Demo 和文檔來看， Go 是比較推崇簡短的命名原則，有以下兩點：

  • 如果作用域越長，那麼命名就應該越清晰（也就是越長）
  • Go 是推崇駝峰命名法的，而不是 C 語言裏面的下劃線分割法
關鍵字

我們先看一組數據對比：

  • C++ 關鍵字數量 62 個
  • Java 關鍵字數量 53 個
  • Go 關鍵字數量 25 個

從關鍵字的數量上，也可以看得出 Go 語言的設計者的剋制，對簡單設計哲學的踐行。也降低學習成本和學習 Go 語言的心智負擔，是一門對於初學者非常友好的語言

變量表達式

總結一下 Go 其實只有 4種可聲明的類型，主要如下：

  • 變量：通過 var 或者 := 聲明
  • 常量：通過關鍵字 const 聲明
  • 類型：通過關鍵字 type 聲明
  • 函數：通過關鍵字 func 聲明

變量的標準聲明格式是：

var name type = expression
// 上面聲明方式很清晰，但是很啰嗦，平時很少用，通常使用短變量的聲明格式
// 如下：
name := expression		// 短變量可以通過 expression 自動推導 name 的類型

短變量聲明格式短小，靈活，所以是平時很常用的聲明方式。

另外在 Go 語言中，變量，常量都可以通過以下方式進行批量聲明：

var (
  ...
)

const (
	...
)

如果變量沒有初始化表達式，例如 var name int，那麼會觸發 Go 語言的零值機制（Default Value），具體每種類型對應的零值，大家可以自行 Google，這裡就不長篇大論了。

通過零值其實可以明白：Go 裏面不存在沒有初始化的變量，這也保證了 Go 語言的健壯性，不容易出現低級錯誤

引用傳遞和值傳遞

熟悉 Go 語言基礎的都知道 Go 的引用傳遞在不加任何修飾符的情況下，默認是值傳遞，為什麼要這樣設計呢 ？

因為這樣的設計會為 Go 語言的垃圾回收帶來性能上的提升，值傳遞可以最大化的減少變量的逃逸行為，變量會最大概率的被分配到棧上，棧上分配的變量是無需等待 GC 的回收，還可以減少堆內存的佔用和 GC 的壓力，倒不是要大家去學習垃圾回收的工作原理，或者特別去關心變量的逃逸行為，但是對於變量的生命周期還是要搞清楚的。

在 Go 裏面通過表達式的 &variable 可以獲取該變量的指針，通過 *pointer 可以獲取該指針變量的值，這是眾所周知的事情，所以在 Go 裏面想要傳遞引用也是很簡單的事情，並且使用指針可以在無需知道變量名字的情況下，讀取和更新變量。

指針是可以比較的，相同值的指針必然相同，我們看一段代碼：

p := 0			// 聲明類型
&p != nil		// true， 比較指針，說明 p 當前指向一個變量

var x, y int 		// 聲明類型， default value 0
&x == &x 				// true， 相同指針結果必然相等
&x == &y				// false，指針不同，結果不相等

函數參數也可以通過 * 表示當前參數的傳遞類型，例如函數： func incr(p *int) 表示當前 p 參數是指針傳遞，不過多年編程經驗來看，這樣引用傳遞過多的話，可能你的程序庫龐大後，或者你想找到一個被經常傳遞的引用變量在哪裡被修改的，你可能會很難找到和定位，這可能是傳遞指針所帶來的一個副作用吧

基本類型

Go 的基本類型也很少，常用的也就是：整型（int）、浮點（flora）、布爾（bool）、字符串（string）、複數（complex），和 Java 的不同之處在於，string 在 Go 裏面是內置的基本數據類型，在 Java 中確實一個實體類。不過我個人感受 String 本就應該是基本數據類型。用類組合 byte[] 來實現字符串似乎還是有些彆扭。

整數

這裡主要區分有符號整數、無符號整數。

不過無符號因為無法表達負數，所以平時使用場景比較少，往往只用於數據庫自增 ID，位運算和特定算數，實現位集，解析二進制等，這裡要了解平時還是使用 int 等有符號整數比較多就好，具體區分如下：

  • 有符號整數：int8、int16、int32、int64
  • 無符號整數：uint8、uint16、uint32、uint64

Int 後面的數字代表類型的大小，也就是 2N 次冪，使用明確的類型可以更好的利用內存空間，Go 語言的所有二元操作符和其他無言別無二致，另外 Go 不支持三元表達式，原因我也不知道為什麼，個人猜測可能是因為考慮函數多返回值的原因，但是 if/else 這樣的代碼就要寫很多了，感覺還是挺嘔心的。

浮點數 float32、float64 也沒什麼好講的，都很簡單，只有一個原則，如果想要減少浮點運算誤差，盡量推薦使用 float64，因為 float64 有效數是 15 位，差不多是 float32 的 3倍

複數（complex）目前看上去很少用，後面用到再聊聊……

布爾類型（bool）除了名字短點，基本和其他語言沒有區別，跳過

字符串

可以簡單聊聊，string 是 Go 的基本數據類型，這點和 Java 的類型有些不同，但是相同點還是蠻多的，例如：

  • 都可以通過加號（+）拼接字符串，但是返回新的字符串（但性能敏感慎用）

不知道是不是 Go 語言設計者同時也是 UTF-8 編碼的設計者（Rob、Ken），所以 Go 語言源文件默認就是 UTF8 編碼，可以預見到使用 Go 語言會大大減少亂碼問題。

另外介紹幾個 Go 常用處理字符的工具包，如下：

  • strings：提供搜索、比較、替換等平時常用的字符操作函數
  • bytes：顧名思義，提供操作 byte[] 類型的函數
  • strconv：提供布爾，整數，浮點等其他類型轉為 string 的服務
  • unicode：提供對於文字符號特性判斷的函數服務
命名返回值

Go 語言可以在返回類型中，給返回值命名，所以在 return 中就無需再顯示返回，代碼如下

func split(sum int) (x, y int) {
  x = sum + 3
  y = sum + x
  return 	// 將變量直接返回
}

func main() {
  fmt.Println(split(50))		// res:53, 103
}

不過這種靈活的寫法，會對影響代碼的可讀性，不利於團隊協作。不推薦使用。

從代碼可讀性和團隊協作的角度來說，建議寫成如下方式，代碼更可讀，如下：

func split(sum int) (int, int) {
  x := sum + 3
  y := sum + x
  return x, y
}

func main() {
  fmt.Println(split(50))		// res:53, 103
}
常量

值得注意的是，常量使用 const 關鍵字，任何基本數據類型都可以聲明為常量，但是不能使用 := 語法聲明，示例：

const Pi = 3.14
const World = "世界"
const Truth = true

跟 import 類似可以批量聲明，這樣可以減少很多 const 重複聲明，，如下：

const (
  Pi = 3.14
  World = "世界"
  Truth = true
)
循環

只有 for 一種循環，簡單用法如下：

sum := 0
for i := 0; i < 10; i++ {
  sum += i
}

Go語言的循環和 Java、Javascript 的區別主要在於沒有小括號，但是大括號則是必須的

很多編程語言都有 while 語句，但是在 Go 裏面也是可以用 for 替代，如下：

sum := 1
for sum < 100 {
  sum += 1  // sum 累積 100 次
}

// out: 100
if

跟 for 類似，if 也是沒有小括號的，其他方面和常見的語言差不多，如下：

if x < 0 {
  fmt.Println('x < 0')
}

比較有特色的是，Go語言的 if 可以在執行表達式之前，執行一段聲明語句，如下：

func conditon(x, n, lim float64) float64 {
  // 初始化 v 變量，在進行表達式判定
  // 值得注意的是：v 是 if 條件內的局部變量，外部無法調用
  if v := x * n; v < lim {
    return v
  }
  return lim
}

condition(3, 5, 10)			// out: 10
switch

switch 是簡化一連串 if else 的利器，不過 Go 語言的 switch 和其他語言差別不大，這裡就不多說了。。

延遲函數 defer

算是 Go 語言的特色，Go 的語言運行機制保證它會在函數返回後執行，所以通常用於關閉資源（網絡/文件/IO）等操作，如下：

defer fmt.Println("end")		// 最先聲明，但會在最後執行

fmt.Println("hello")
fmt.Println("Phoenix")

//out: 
//hello
//Phoenix
//end

值得注意的是，在使用 defer 聲明函數被壓力棧中，所以有多個 defer 聲明會根據 FIFO 先進先出的順序執行，如下

defer fmt.Println("1")
defer fmt.Println("2")
defer fmt.Println("3")

fmt.Println("done")

// done
// 3
// 2
// 1
指針

Go 通過 & 可以直接操作指針，並且通過 * 操作符可以通過指針修改引用值，如下：

x, y = 100, 200
p := &x			// get i 指針
*p = 21		  // 通過指針修改引用值
fmt.Println(x)		//out x = 21
slice 切片

是 Go 語言比較常用的動態數組，值得注意的是它的傳遞是引用的，任何對切出來的變量進行修改，都會影響到原本的值，代碼如下：

names := []string{
  "金剛",
  "哥斯拉",
  "怪獸",
  "奧特曼"
}

a := names[0:2]		// out:[金剛,哥斯拉]
b := names[1:3]		// out:[哥斯拉,怪獸]
b[0] = "XXX"

fmt.Println(a)		// out:[金剛,XXX]
fmt.Println(b)		// out:[XXX,怪獸]
fmt.Println(names)// out:[金剛,XXX,怪獸,奧特曼]

備註：聲明一個 slice 就像聲明一個沒有長度的數組

slice 的快捷切片寫法：

s := []int{2, 3, 5, 7, 11, 13}
s = s[1:4]		// out: 3, 5, 7
// s[0:2] 的簡寫
s = s[:2]			// out: 3, 5
s = s[1:]			// out: 5

在 slice 中 length 和 capacity 是分開存儲，例如上面改變長度，並不會改變容量，在 slice 中的長度和容量可以通過函數 len() 和 cap() 獲取，參考以下幾行代碼：

s := []int{2, 3, 5, 7, 11, 13}		// len=6, cap=6
s = s[:0]			// len=0, cap=6
s = s[:4]			// len=4, cap=6
Map

Go 語言 map 的簡單用法：

// 使用字面量，聲明並且初始化一個簡單的 map，[key:string，value:int]
s := map[string]int{"a": 123, "b": 456, "c":789}
// out: map[a:123 b:456 c:789]

// 插入和更新
s["d"] = 1001		// out: map[a:123 b:456 c:789, d:1001]

//刪除元素
delete(s, "d")		// out: map[a:123 b:456 c:789]

// 檢索元素
value = s["a"]		// out: 123

// 比較常用的快捷檢索
if v, ok := s["a"]; ok {
  fmt.Println("the value is >", v)			// out: 123
}
函數變量

在 Go 中函數可以作為變量複製，也可以作為參數被引用

// 聲明函數參數為函數變量，fn 則執行該函數
func compute(fn func(float64, float64) float64) float64 {
  return fn(3, 4)
}

// 聲明函數變量
hypot := func(x, y float64) float64 {
  return math.Sqrt(x*x + y*y)
}

// 傳遞函數變量
hypot(5, 12)		// out: 13
compute(hypot)	// out: 5
閉包

Go 的閉包是一段匿名函數，並且可以訪問外部的局部變量，如下 adder 返回一個函數閉包：

func adder() func(int) int {
		sum := 5
		return func(x int) int {
			sum += x
			return sum
		}
}

// 聲明 pos 函數變量
pos := adder()
fmt.Println(pos(5))		// out: 10

後面還有很多內容。。。。有空再聊。。。

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