Go语言编程入门超级指南 _ 【IIS7站长之家】

Go语言编程入门超级指南

作者：cdai 时间：2021-02-18 12:34

1.序言

Golang作为一门出身名门望族的编程语言新星，像豆瓣的Redis平台Codis、类Evernote的云笔记leanote等。

1.1 为什么要学习

如果有人说X语言比Y语言好，两方的支持者经常会激烈地争吵。如果你是某种语言老手，你就是那门语言的“传道者”，下意识地会保护它。无论承认与否，你都已被困在一个隧道里，你看到的完全是局限的。《肖申克的救赎》对此有很好的注脚：

[Red] These walls are funny. First you hate ‘em, then you get used to ‘em. Enough time passes, you get so you depend on them. That's institutionalized.
这些墙很有趣。起初你恨它们，之后你习惯了它们。随着时间流逝，你开始以来它们。这就是体制。
在你还没有被完全“体制化”时，为何不多学些语言，哪怕只是浅尝辄止，潜移默化中也许你的思维壁垒就松动了。不管是Golang还是Ruby还是其他语言，当看到一些语法习惯与之前熟悉的C和Java不同时，的确潜意识里就会产生抵触情绪，觉得这不好，还是自己习惯的那套好。长此以往，如果不能冲破自己的心理，“坐以待毙”，被时间淘汰恐怕只是早晚的事儿。所以这里的关键也不是非要学习Golang，而是要不断地学！

1.2 用什么工具来开发

Golang也有专门的IDE，但由于最近迷上了Sublime Text神器，所以这里还是用ST来学习Golang。配置步骤与在ST中使用其他语言开发都类似：

安装智能提示插件GoSublime
创建编译配置脚本
点Preferences -> Package Settings -> GoSublime -> User Settings中写入（感觉保存时自动格式化出来的缩进、空格等风格有些“讨厌”，所以就禁掉了）：

复制代码代码如下:

{
    "fmt_enabled": false,
    "env": {
        "path":"D:\\Program Files (x86)\\Go\bin"
    }
}

点新建Build System产生go.sublime-build中写入：

{
    "path": "D:\\Program Files (x86)\\Go\\bin",
    "cmd": ["go", "run", "${file}"],
    "selector": "source.go"
}

2.你好，世界

Golang版的HelloWorld来了！一眼望去，package和import的声明方式与Java如出一辙，比较明显的区别是：func关键字、每行末尾没有分号、Println()大写的函数名。这个例子虽小，却“五脏俱全”，后面会逐一分析这个小例子中碰到的Golang语法点。

复制代码代码如下:

package main

import "fmt"

func main() {
fmt.Println("你好，世界！")
}

2.1 运行方式

Golang提供了go run“解释”执行和go build编译执行两种运行方式，所谓的“解释”执行其实也是编译出了可执行文件后才执行的。

复制代码代码如下:

$ go run helloworld.go

你好，世界！

复制代码代码如下:

$ go build helloworld.go

$ ls

helloworld helloworld.go

复制代码代码如下:

$ ./helloworld

你好，世界！

2.2 Package管理

上面例子中我们使用的就是fmt包下的Println()函数。Golang约定：我们可以用./或../相对路径来引自己的package；如果不是相对路径，那么go会去$GOPATH/src下查找。

2.3 格式化输出

类似C、Java等语言，Golang的fmt包提供了格式化输出功能，而且像%d、%s等占位符和\t、\r、\n转义也几乎完全一致。但Golang的Println不支持格式化，只有Printf支持，所以我们经常会在后面加入\n换行。此外，Golang加入了%T打印值的类型，%v打印数组等集合的所有元素。

复制代码代码如下:

package main

import "fmt"
import "math"

/**
* This is Printer!
* 布尔值：false
* 二进制：11111111
* 八进制：377
* 十六进制：FF
* 十进制：255
* 浮点数：3.141593
* 字符串：printer
*
* 对象类型：int,string,bool,float64
* 集合：[1 2 3 4 5]
*/
func main() {
fmt.Println("This is Printer!")

    fmt.Printf("布尔值：%t\n", 1 == 2)
    fmt.Printf("二进制：%b\n", 255)
    fmt.Printf("八进制：%o\n", 255)
    fmt.Printf("十六进制：%X\n", 255)
    fmt.Printf("十进制：%d\n", 255)
    fmt.Printf("浮点数：%f\n", math.Pi)
    fmt.Printf("字符串：%s\n", "printer")

fmt.Printf("对象类型：%T,%T,%T,%T\n", 1, "hello", true, math.E)
fmt.Printf("集合：%v\n", [5]int{1, 2, 3, 4, 5})
}

3.语法基础

3.1 变量和常量

虽然Golang是静态类型语言，却用类似JavaScript中的var关键字声明变量。而且像同样是静态语言的Scala一样，支持类型自动推断。有一点很重要的不同是：如果明确指明变量类型的话，类型要放在变量名后面。这有点别扭吧？！后面会看到函数的入参和返回值的类型也要这样声明。

复制代码代码如下:

package main

import "fmt"

/**
* 单变量声明：num[100], word[hello]
* 多变量声明：i[1], i[2], k[3]
* 推导类型：b1[true], b2[false]
* 常量：age[20], pi[3.141593]
*/
func main() {
    var num int = 100
    var word string = "hello"
    fmt.Printf("单变量声明：num[%d], word[%s]\n", num, word)

var i, j, k int = 1, 2, 3
fmt.Printf("多变量声明：i[%d], i[%d], k[%d]\n", i, j, k)

    var b1 = true
    b2 := false
    fmt.Printf("推导类型：b1[%t], b2[%t]\n", b1, b2)

    const age int = 20
    const pi float32 = 3.1415926
    fmt.Printf("常量：age[%d], pi[%f]\n", age, pi)
}

3.2 控制语句

作为最基本的语法要素，Golang的各种控制语句也是特点鲜明。在对C继承发扬的同时，也有自己的想法融入其中：

if/switch/for的条件部分都没有圆括号，但必须有花括号。
switch的case中不需要break。《C专家编程》里也“控诉”了C的fall-through问题。既然90%以上的情况都要break，为何不将break作为case的默认行为？而且编程语言后来者也鲜有纠正这一问题的。
switch的case条件可以是多个值。
Golang中没有while。

复制代码代码如下:

package main

import "fmt"

/**
* testIf: x[2] is even
* testIf: x[3] is odd
*
* testSwitch: One
* testSwitch: Two
* testSwitch: Three, Four, Five [3]
* testSwitch: Three, Four, Five [4]
* testSwitch: Three, Four, Five [5]
*
* 标准模式：[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6]
* While模式：[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6]
* 死循环模式：[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6]
*/
func main() {
    testIf(2)
    testIf(3)
    testSwitch(1)
    testSwitch(2)
    testSwitch(3)
    testSwitch(4)
    testSwitch(5)
    testFor(7)
}

func testIf(x int) {
    if x % 2 == 0 {
        fmt.Printf("testIf: x[%d] is even\n", x)
    } else {
        fmt.Printf("testIf: x[%d] is odd\n", x)
    }
}

func testSwitch(i int) {
    switch i {
        case 1:
            fmt.Println("testSwitch: One")
        case 2:
            fmt.Println("testSwitch: Two")
        case 3, 4, 5:
            fmt.Printf("testSwitch: Three, Four, Five [%d]\n", i)
        default:
            fmt.Printf("testSwitch: Invalid value[%d]\n", i)
    }
}

func testFor(upper int) {
    fmt.Print("标准模式：")
    for i := 0; i < upper; i++ {
        fmt.Printf("[%d] ", i)
    }
    fmt.Println()

    fmt.Print("While模式：")
    j := 0
    for j < upper {
        fmt.Printf("[%d] ", j)
        j++
    }
    fmt.Println()

    fmt.Print("死循环模式：")
    k := 0
    for {
        if (k >= upper) {
            break
        }
        fmt.Printf("[%d] ", k)
        k++
    }
    fmt.Println()
}

分号和花括号
分号由词法分析器在扫描源代码过程自动插入的，分析器使用简单的规则：如果在一个新行前方的最后一个标记是一个标识符（包括像int和float64这样的单词）、一个基本的如数值这样的文字、或break continue fallthrough return ++ – ) }中的一个时，它就会自动插入分号。
分号的自动插入规则产生了“蝴蝶效应”：所有控制结构的左花括号不都能放在下一行。因为按照上面的规则，这样做会导致分析器在左花括号的前方插入一个分号，从而引起难以预料的结果。所以Golang中是不能随便换行的。
3.3 函数

函数有几点不同：

func关键字。
最大的不同就是“倒序”的类型声明。
不需要函数原型，引用的函数可以后定义。这一点很好，真不喜欢C语言里要么将“最底层抽象”的函数放在最前面定义，要么写一堆函数原型声明在最前面。
3.4 集合

Golang提供了数组和Map作为基本数据结构：

数组中的元素会自动初始化，例如int数组元素初始化为0
切片（借鉴Python）的区间跟主流语言一样，都是 “左闭右开”
用 range()遍历数组和Map

复制代码代码如下:

package main

import "fmt"

/**
* Array未初始化: [0 0 0 0 0]
* Array赋值: [0 10 0 20 0]
* Array初始化: [0 1 2 3 4 5]
* Array二维: [[0 1 2] [1 2 3]]
* Array切片： [2 3] [0 1 2 3] [2 3 4 5]
*
* Map哈希表：map[one:1 two:2 three:3]，长度[3]
* Map删除元素后：map[one:1 three:3]，长度[2]
* Map打印：
* one => 1
* four => 4
* three => 3
* five => 5
*/
func main() {
testArray()
testMap()
}

func testArray() {
var a [5]int
fmt.Println("Array未初始化: ", a)

    a[1] = 10
    a[3] = 20
    fmt.Println("Array赋值: ", a)

b := []int{0, 1, 2, 3, 4, 5}
fmt.Println("Array初始化: ", b)

    var c [2][3]int
    for i := 0; i < 2; i++ {
        for j := 0; j < 3; j++ {
            c[i][j] = i + j
        }
    }
    fmt.Println("Array二维: ", c)

    d := b[2:4] // b[3,4]
    e := b[:4] // b[1,2,3,4]
    f := b[2:] // b[3,4,5]
    fmt.Println("Array切片：", d, e, f)
}

func testMap() {
m := make(map[string]int)

    m["one"] = 1
    m["two"] = 2
    m["three"] = 3
    fmt.Printf("Map哈希表：%v，长度[%d]\n", m, len(m))

delete(m, "two")
fmt.Printf("Map删除元素后：%v，长度[%d]\n", m, len(m))

    m["four"] = 4
    m["five"] = 5
    fmt.Println("Map打印：")
    for key, val := range m {
        fmt.Printf("\t%s => %d\n", key, val)
    }
    fmt.Println()
}

3.5 指针和内存分配

Golang中可以使用指针，并提供了两种内存分配机制：

new：分配长度为0的空白内存，返回类型T*。
make：仅用于切片、map、chan消息管道，返回类型T而不是指针。

复制代码代码如下:

package main

import "fmt"

/**
* 整数i=[10]，指针pInt=[0x184000c0]，指针指向*pInt=[10]
* 整数i=[3]，指针pInt=[0x184000c0]，指针指向*pInt=[3]
* 整数i=[5]，指针pInt=[0x184000c0]，指针指向*pInt=[5]
*
* Wild的数组指针： <nil>
* Wild的数组指针==nil[true]
*
* New分配的数组指针： &[]
* New分配的数组指针[0x18443010]，长度[0]
* New分配的数组指针==nil[false]
* New分配的数组指针Make后： &[0 0 0 0 0 0 0 0 0 0]
* New分配的数组元素[3]： 23
*
* Make分配的数组引用： [0 0 0 0 0 0 0 0 0 0]
*/
func main() {
testPointer()
testMemAllocate()
}

func testPointer() {
    var i int = 10;
    var pInt *int = &i;
    fmt.Printf("整数i=[%d]，指针pInt=[%p]，指针指向*pInt=[%d]\n",
                    i, pInt, *pInt)

    *pInt = 3
    fmt.Printf("整数i=[%d]，指针pInt=[%p]，指针指向*pInt=[%d]\n",
                    i, pInt, *pInt)

    i = 5
    fmt.Printf("整数i=[%d]，指针pInt=[%p]，指针指向*pInt=[%d]\n",
                    i, pInt, *pInt)
}

func testMemAllocate() {
    var pNil *[]int
    fmt.Println("Wild的数组指针：", pNil)
    fmt.Printf("Wild的数组指针==nil[%t]\n", pNil == nil)

    var p *[]int = new([]int)
    fmt.Println("New分配的数组指针：", p)
    fmt.Printf("New分配的数组指针[%p]，长度[%d]\n", p, len(*p))
    fmt.Printf("New分配的数组指针==nil[%t]\n", p == nil)

//Error occurred
//(*p)[3] = 23

    *p = make([]int, 10)
    fmt.Println("New分配的数组指针Make后：", p)
    (*p)[3] = 23
    fmt.Println("New分配的数组元素[3]：", (*p)[3])

var v []int = make([]int, 10)
fmt.Println("Make分配的数组引用：", v)
}

3.6 面向对象编程

Golang的结构体跟C有几点不同：

结构体可以有方法，其实也就相当于OOP中的类了。
支持带名称的初始化。
用指针访问结构中的属性也用”.”而不是”->”，指针就像Java中的引用一样。
没有public，protected，private等访问权限控制。C也没有protected，C中默认是public的，private需要加static关键字限定。Golang中方法名大写就是public的，小写就是private的。
同时，Golang支持接口和多态，而且接口有别于Java中继承和实现的方式，而是采取了类似Ruby中更为新潮的Duck Type。只要struct与interface有相同的方法，就认为struct实现了这个接口。就好比只要能像鸭子那样叫，我们就认为它是一只鸭子一样。

复制代码代码如下:

package main

import (
"fmt"
"math"
)

// -----------------
// Struct
// -----------------

type Person struct {
    name    string
    age     int
    email   string
}

func (p *Person) getName() string {
return p.name
}

// -------------------
// Interface
// -------------------

type shape interface {
area() float64
}

type rect struct {
width float64
height float64
}

func (r *rect) area() float64 {
return r.width * r.height
}

type circle struct {
radius float64
}

func (c *circle) area() float64 {
return math.Pi * c.radius * c.radius
}

// -----------------
// Test
// -----------------

/**
* 结构Person[{cdai 30 cdai@gmail.com}]，姓名[cdai]
* 结构Person指针[&{cdai 30 cdai@gmail.com}]，姓名[cdai]
* 用指针修改结构Person为[{carter 40 cdai@gmail.com}]
*
* Shape[0]周长为[13.920000]
* Shape[1]周长为[58.088048]
*/
func main() {
testStruct()
testInterface()
}

func testStruct() {
    p1 := Person{"cdai", 30, "cdai@gmail.com"}
    p1 = Person{name: "cdai", age: 30, email: "cdai@gmail.com"}
    fmt.Printf("结构Person[%v]，姓名[%s]\n", p1, p1.getName())

ptr1 := &p1
fmt.Printf("结构Person指针[%v]，姓名[%s]\n", ptr1, ptr1.getName())

    ptr1.age = 40
    ptr1.name = "carter"
    fmt.Printf("用指针修改结构Person为[%v]\n", p1)
}

func testInterface() {
r := rect { width: 2.9, height: 4.8 }
c := circle { radius: 4.3 }

    s := []shape{ &r, &c }
    for i, sh := range s {
        fmt.Printf("Shape[%d]周长为[%f]\n", i, sh.area())
    }
}

3.7 异常处理

Golang中异常的使用比较简单，可以用errors.New创建，也可以实现Error接口的方法来自定义异常类型，同时利用函数的多返回值特性可以返回异常类。比较复杂的是defer和recover关键字的使用。Golang没有采取try-catch“包住”可能出错代码的这种方式，而是用延迟处理的方式。

用defer调用的函数会以后进先出（LIFO）的方式，在当前函数结束后依次顺行执行。defer的这一特点正好可以用来处理panic。当panic被调用时，它将立即停止当前函数的执行并开始逐级解开函数堆栈，同时运行所有被defer的函数。如果这种解开达到堆栈的顶端，程序就死亡了。但是，也可以使用内建的recover函数来重新获得Go程的控制权并恢复正常的执行。由于仅在解开期间运行的代码处在被defer的函数之内，recover仅在被延期的函数内部才是有用的。

复制代码代码如下:

package main

import (
    "fmt"
    "errors"
    "os"
)

/**
* 自定义Error类型，实现内建Error接口
* type Error interface {
*      Error() string
* }
*/
type MyError struct {
    arg int
    msg string
}

func (e *MyError) Error() string {
return fmt.Sprintf("%d - %s", e.arg, e.msg)
}

/**
* Failed[*errors.errorString]: Bad Arguments - negative!
* Success: 16
* Failed[*main.MyError]: 1000 - Bad Arguments - too large!
*
* Recovered! Panic message[Cannot find specific file]
* 4 3 2 1 0
*/
func main() {
    // 1.Test error
    args := []int{-1, 4, 1000}
    for _, i := range args {
        if r, e := testError(i); e != nil {
            fmt.Printf("Failed[%T]: %v\n", e, e)
        } else {
            fmt.Println("Success: ", r)
        }
    }

    // 2.Test defer
    src, err := os.Open("control.go")
    if (err != nil) {
        fmt.Printf("打开文件错误[%v]\n", err)
        return
    }
    defer src.Close()
    // use src...

    for i := 0; i < 5; i++ {
        defer fmt.Printf("%d ", i)
    }

    // 3.Test panic/recover
    defer func() {
        if r := recover(); r != nil {
            fmt.Printf("Recovered! Panic message[%s]\n", r)
        }
    }()

    _, err2 := os.Open("test.go")
    if (err2 != nil) {
        panic("Cannot find specific file")
    }
}

func testError(arg int) (int, error) {
    if arg < 0 {
        return -1, errors.New("Bad Arguments - negative!")
    } else if arg > 256 {
        return -1, &MyError{ arg, "Bad Arguments - too large!" }
    } else {
        return arg * arg, nil
    }
}

4.高级特性

上面介绍的只是Golang的基本语法和特性，尽管像控制语句的条件不用圆括号、函数多返回值、switch-case默认break、函数闭包、集合切片等特性相比Java的确提高了开发效率，但这些在其他语言中也都有，并不是Golang能真正吸引人的地方。不仅是Golang，我们学习任何语言当然都是从基本语法特性着手，但学习时要不断地问自己：使这门语言区别于其他语言的”独到之处“在哪？这种独到之处往往反映了语言的设计思想、出发点、要解决的”痛点“，这才是一门语言或任何技术的立足之本。

4.1 goroutine

goroutine使用go关键字来调用函数，也可以使用匿名函数。可以简单的把go关键字调用的函数想像成pthread_create。如果一个goroutine没有被阻塞，那么别的goroutine就不会得到执行。也就是说goroutine阻塞时，Golang会切换到其他goroutine执行，这是非常好的特性！Java对类似goroutine这种的协程没有原生支持，像Akka最害怕的就是阻塞。因为协程不等同于线程，操作系统不会帮我们完成“现场”保存和恢复，所以要实现goroutine这种特性，就要模拟操作系统的行为，保存方法或函数在协程“上下文切换”时的Context，当阻塞结束时才能正确地切换回来。像Kilim等协程库利用字节码生成，能够胜任，而Akka完全是运行时的。

注意：如果你要真正的并发，需要调用runtime.GOMAXPROCS(CPU_NUM)设置。

复制代码代码如下:

package main

import "fmt"

func main() {
go f("goroutine")

    go func(msg string) {
        fmt.Println(msg)
    }("going")

    // Block main thread
    var input string
    fmt.Scanln(&input)
    fmt.Println("done")
}

func f(msg string) {
fmt.Println(msg)
}

4.2 原子操作

像Java一样，Golang支持很多CAS操作。运行结果是unsaftCnt可能小于200，因为unsafeCnt++在机器指令层面上不是一条指令，而可能是从内存加载数据到寄存器、执行自增运算、保存寄存器中计算结果到内存这三部分，所以不进行保护的话有些更新是会丢失的。

复制代码代码如下:

package main

import (
    "fmt"
    "time"
    "sync/atomic"
    "runtime"
)

func main() {
// IMPORTANT!!!
runtime.GOMAXPROCS(4)

    // thread-unsafe
    var unsafeCnt int32 = 0
    for i := 0; i < 10; i++ {
        go func() {
            for i := 0; i < 20; i++ {
                time.Sleep(time.Millisecond)
                unsafeCnt++
            }
        }()
    }
    time.Sleep(time.Second)
    fmt.Println("cnt: ", unsafeCnt)

    // CAS toolkit
    var cnt int32 = 0
    for i := 0; i < 10; i++ {
        go func() {
            for i := 0; i < 20; i++ {
                time.Sleep(time.Millisecond)
                atomic.AddInt32(&cnt, 1)
            }
        }()
    }

    time.Sleep(time.Second)
    cntFinal := atomic.LoadInt32(&cnt)
    fmt.Println("cnt: ", cntFinal)
}

神奇CAS的原理
Golang的AddInt32()类似于Java中AtomicInteger.incrementAndGet()，其伪代码可以表示如下。二者的基本思想是一致的，本质上是乐观锁：首先，从内存位置M加载要修改的数据到寄存器A中；然后，修改数据并保存到另一寄存器B；最终，利用CPU提供的CAS指令（Java通过JNI调用到）用一条指令完成：1）A值与M处的原值比较；2）若相同则将B值覆盖到M处。
若不相同，则CAS指令会失败，说明从内存加载到执行CAS指令这一小段时间内，发生了上下文切换，执行了其他线程的代码修改了M处的变量值。那么重新执行前面几个步骤再次尝试。
ABA问题：即另一线程修改了M位置的数据，但是从原值改为C，又从C改回原值。这样上下文切换回来，CAS指令发现M处的值“未改变”（实际是改了两次，最后改回来了），所以CAS指令正常执行，不会失败。这种问题在Java中可以用AtomicStampedReference/AtomicMarkableReference解决。

复制代码代码如下:

public final int incrementAndGet() {

    for (;;) {

        int current = get();

        int next = current + 1;

        if (compareAndSet(current, next))

            return next;

    }

}

4.3 Channel管道

通过前面可以看到，尽管goroutine很方便很高效，但如果滥用的话很可能会导致并发安全问题。而Channel就是用来解决这个问题的，它是goroutine之间通信的桥梁，类似Actor模型中每个Actor的mailbox。多个goroutine要修改一个状态时，可以将请求都发送到一个Channel里，然后由一个goroutine负责顺序地修改状态。

Channel默认是阻塞的，也就是说select时如果没有事件，那么当前goroutine会发生读阻塞。同理，Channel是有大小的，当Channel满了时，发送方会发生写阻塞。Channel这种阻塞的特性加上goroutine可以很容易就能实现生产者-消费者模式。

用case可以给Channel设置阻塞的超时时间，避免一直阻塞。而default则使select进入无阻塞模式。

复制代码代码如下:

package main

import (
"fmt"
"time"
)

/**
* Output:
* received message: hello
* received message: world
*
* received from channel-1: Hello
* received from channel-2: World
*
* received message: hello
* Time out!
*
* Nothing received!
* received message: hello
* Nothing received!
* Nothing received!
* Nothing received!
* Nothing received!
* Nothing received!
* Nothing received!
* Nothing received!
* Nothing received!
* Nothing received!
* received message: world
* Nothing received!
* Nothing received!
* Nothing received!
*/
func main() {
listenOnChannel()
selectTwoChannels()

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