Go入门指南

Go / 2022-10-15

Go入门练习网站:https://tour.go-zh.org/welcome/1
官方文档:https://go-zh.org/doc/

基础

包、变量和函数

每个 Go 程序都是由包构成的。
程序从 main 包开始运行。
本程序通过导入路径 “fmt” 和 “math/rand” 来使用这两个包。
按照约定,包名与导入路径的最后一个元素一致。例如,“math/rand” 包中的源码均以 package rand 语句开始。

package main

import (
	"fmt"
	"math/rand"
)

func main() {
	fmt.Println("My favorite number is", rand.Intn(10))
}

导入

此代码用圆括号组合了导入,这是“分组”形式的导入语句。
当然你也可以编写多个导入语句,例如:

import "fmt"
import "math"

不过使用分组导入语句是更好的形式。

package main

import (
	"fmt"
	"math"
)

func main() {
	fmt.Printf("Now you have %g problems.\n", math.Sqrt(7))
}

导出名

在 Go 中,如果一个名字以大写字母开头,那么它就是已导出的。例如,Pizza 就是个已导出名,Pi 也同样,它导出自 math 包。
pizza 和 pi 并未以大写字母开头,所以它们是未导出的。
在导入一个包时,你只能引用其中已导出的名字。任何“未导出”的名字在该包外均无法访问。

package main

import (
	"fmt"
	"math"
)

func main() {
	fmt.Println(math.Pi)
}

函数

函数可以没有参数或接受多个参数。
在本例中,add 接受两个 int 类型的参数。
注意类型在变量名 之后。

package main

import "fmt"

func add(x int, y int) int {
	return x + y
}

func main() {
	fmt.Println(add(42, 13))
}

当连续两个或多个函数的已命名形参类型相同时,除最后一个类型以外,其它都可以省略。
在本例中,
x int, y int
被缩写为
x, y int

package main

import "fmt"

func add(x, y int) int {
	return x + y
}

func main() {
	fmt.Println(add(42, 13))
}

多值返回

函数可以返回任意数量的返回值。
swap 函数返回了两个字符串。

package main

import "fmt"

func swap(x, y string) (string, string) {
	return y, x
}

func main() {
	a, b := swap("hello", "world")
	fmt.Println(a, b)
}

命名返回值

Go 的返回值可被命名,它们会被视作定义在函数顶部的变量
返回值的名称应当具有一定的意义,它可以作为文档使用。
没有参数的 return 语句返回已命名的返回值。也就是 直接 返回。
直接返回语句应当仅用在下面这样的短函数中。在长的函数中它们会影响代码的可读性。

package main

import "fmt"

func split(sum int) (x, y int) {
	x = sum * 4 / 9
	y = sum - x
	return
}

func main() {
	fmt.Println(split(17))
}

变量

var 语句用于声明一个变量列表,跟函数的参数列表一样,类型在最后。
就像在这个例子中看到的一样,var 语句可以出现在包或函数级别。

package main

import "fmt"

var c, python, java bool

func main() {
	var i int
	fmt.Println(i, c, python, java)
}

变量的初始化

变量声明可以包含初始值,每个变量对应一个。
如果初始化值已存在,则可以省略类型;变量会从初始值中获得类型。

package main

import "fmt"

var i, j int = 1, 2

func main() {
	var c, python, java = true, false, "no!"
	fmt.Println(i, j, c, python, java)
}

短变量声明

在函数中,简洁赋值语句 := 可在类型明确的地方代替 var 声明。
函数外的每个语句都必须以关键字开始(var, func 等等),因此 := 结构不能在函数外使用。

package main

import "fmt"

func main() {
	var i, j int = 1, 2
	k := 3
	c, python, java := true, false, "no!"

	fmt.Println(i, j, k, c, python, java)
}

基本类型

Go 的基本类型有

bool

string

int int8 int16 int32 int64
uint uint8 uint16 uint32 uint64 uintptr

byte // uint8 的别名

rune // int32 的别名
// 表示一个 Unicode 码点

float32 float64

complex64 complex128

本例展示了几种类型的变量。 同导入语句一样,变量声明也可以“分组”成一个语法块。
int, uintuintptr 在 32 位系统上通常为 32 位宽,在 64 位系统上则为 64 位宽。 当你需要一个整数值时应使用 int 类型,除非你有特殊的理由使用固定大小或无符号的整数类型。

package main

import (
	"fmt"
	"math/cmplx"
)

var (
	ToBe   bool       = false
	MaxInt uint64     = 1<<64 - 1
	z      complex128 = cmplx.Sqrt(-5 + 12i)
)

func main() {
	fmt.Printf("Type: %T Value: %v\n", ToBe, ToBe)
	fmt.Printf("Type: %T Value: %v\n", MaxInt, MaxInt)
	fmt.Printf("Type: %T Value: %v\n", z, z)
}

零值

没有明确初始值的变量声明会被赋予它们的 零值。
零值是:

  • 数值类型为 0,
  • 布尔类型为 false,
  • 字符串为 “”(空字符串)。
package main

import "fmt"

func main() {
	var i int
	var f float64
	var b bool
	var s string
	fmt.Printf("%v %v %v %q\n", i, f, b, s)
}

类型转换

表达式 T(v) 将值 v 转换为类型 T。

一些关于数值的转换:

var i int = 42
var f float64 = float64(i)
var u uint = uint(f)

或者,更加简单的形式:

i := 42
f := float64(i)
u := uint(f)

与 C 不同的是,Go 在不同类型的项之间赋值时需要显式转换。

package main

import (
	"fmt"
	"math"
)

func main() {
	var x, y int = 3, 4
	var f float64 = math.Sqrt(float64(x*x + y*y))
	var z uint = uint(f)
	fmt.Println(x, y, z)
}

类型推导

在声明一个变量而不指定其类型时(即使用不带类型的 := 语法或 var = 表达式语法),变量的类型由右值推导得出。

当右值声明了类型时,新变量的类型与其相同:

var i int
j := i // j 也是一个 int

不过当右边包含未指明类型的数值常量时,新变量的类型就可能是 int, float64 或 complex128 了,这取决于常量的精度:

i := 42           // int
f := 3.142        // float64
g := 0.867 + 0.5i // complex128

尝试修改示例代码中 v 的初始值,并观察它是如何影响类型的。

package main

import "fmt"

func main() {
	v := 0.867 + 0.5i // 修改这里!
	fmt.Printf("v is of type %T\n", v)
}

常量

常量的声明与变量类似,只不过是使用 const 关键字。

常量可以是字符、字符串、布尔值或数值。

常量不能用 := 语法声明。

package main

import "fmt"

const Pi = 3.14

func main() {
	const World = "世界"
	fmt.Println("Hello", World)
	fmt.Println("Happy", Pi, "Day")

	const Truth = true
	fmt.Println("Go rules?", Truth)
}

数值常量

数值常量是高精度的 值。

一个未指定类型的常量由上下文来决定其类型。

再尝试一下输出 needInt(Big) 吧。

int 类型最大可以存储一个 64 位的整数,有时会更小。)
int 可以存放最大64位的整数,根据平台不同有时会更少。)

package main

import "fmt"

const (
	// 将 1 左移 100 位来创建一个非常大的数字
	// 即这个数的二进制是 1 后面跟着 100 个 0
	Big = 1 << 100
	// 再往右移 99 位,即 Small = 1 << 1,或者说 Small = 2
	Small = Big >> 99
)

func needInt(x int) int {
	return x*10 + 1
}
func needFloat(x float64) float64 {
	return x * 0.1
}

func main() {
	fmt.Println(needInt(Small))
	fmt.Println(needFloat(Small))
	fmt.Println(needFloat(Big))
}

流程控制语句:for、if、else、switch 和 defer

for

Go 只有一种循环结构:for 循环。

基本的 for 循环由三部分组成,它们用分号隔开:

  • 初始化语句:在第一次迭代前执行
  • 条件表达式:在每次迭代前求值
  • 后置语句(可选):在每次迭代的结尾执行
  • 初始化语句(可选)通常为一句短变量声明,该变量声明仅在 for 语句的作用域中可见。

一旦条件表达式的布尔值为 false,循环迭代就会终止。

注意:和 C、Java、JavaScript 之类的语言不同,Go 的 for 语句后面的三个构成部分外没有小括号, 大括号 { } 则是必须的。

package main

import "fmt"

func main() {
	sum := 0
	for i := 0; i < 10; i++ {
		sum += i
	}
	fmt.Println(sum)
}

for 是 Go 中的 “while”

此时你可以去掉分号,因为 C 的 while 在 Go 中叫做 for。

package main

import "fmt"

func main() {
	sum := 1
	for sum < 1000 {
		sum += sum
	}
	fmt.Println(sum)
}

if

Go 的 if 语句与 for 循环类似,表达式外无需小括号 ( ) ,而大括号 { } 则是必须的。

package main

import (
	"fmt"
	"math"
)

func sqrt(x float64) string {
	if x < 0 {
		return sqrt(-x) + "i"
	}
	return fmt.Sprint(math.Sqrt(x))
}

func main() {
	fmt.Println(sqrt(2), sqrt(-4))
}

同 for 一样, if 语句可以在条件表达式前执行一个简单的语句。

该语句声明的变量作用域仅在 if 之内。

在 if 的简短语句中声明的变量同样可以在任何对应的 else 块中使用。

package main

import (
	"fmt"
	"math"
)

func pow(x, n, lim float64) float64 {
	if v := math.Pow(x, n); v < lim {
		return v
	} else {
		fmt.Printf("%g >= %g\n", v, lim)
	}
	// 这里开始就不能使用 v 了
	return lim
}

func main() {
	fmt.Println(
		pow(3, 2, 10),
		pow(3, 3, 20),
	)
}

switch

switch 是编写一连串 if - else 语句的简便方法。它运行第一个值等于条件表达式的 case 语句。

Go 的 switch 语句类似于 C、C++、Java、JavaScript 和 PHP 中的,不过 Go 只运行选定的 case,而非之后所有的 case。 实际上,Go 自动提供了在这些语言中每个 case 后面所需的 break 语句。 除非以 fallthrough 语句结束,否则分支会自动终止。 Go 的另一点重要的不同在于 switch 的 case 无需为常量,且取值不必为整数

package main

import (
	"fmt"
	"runtime"
)

func main() {
	fmt.Print("Go runs on ")
	switch os := runtime.GOOS; os {
	case "darwin":
		fmt.Println("OS X.")
	case "linux":
		fmt.Println("Linux.")
	default:
		// freebsd, openbsd,
		// plan9, windows...
		fmt.Printf("%s.\n", os)
	}
}

defer

defer 语句会将函数推迟到外层函数返回之后执行。

推迟调用的函数其参数会立即求值,但直到外层函数返回前该函数都不会被调用。推迟的函数调用会被压入一个栈中。当外层函数返回时,被推迟的函数会按照后进先出的顺序调用。

package main

import "fmt"

func main() {
	defer fmt.Println("world")

	fmt.Println("hello")
}

struct、slice 和映射

指针

Go 拥有指针。指针保存了值的内存地址。

类型 *T 是指向 T 类型值的指针。其零值为 nil。

var p *int

& 操作符会生成一个指向其操作数的指针。

i := 42
p = &i
  • 操作符表示指针指向的底层值。
fmt.Println(*p) // 通过指针 p 读取 i
*p = 21         // 通过指针 p 设置 i

这也就是通常所说的“间接引用”或“重定向”。

与 C 不同,Go 没有指针运算。

package main

import "fmt"

func main() {
	i, j := 42, 2701

	p := &i         // 指向 i
	fmt.Println(*p) // 通过指针读取 i 的值
	*p = 21         // 通过指针设置 i 的值
	fmt.Println(i)  // 查看 i 的值

	p = &j         // 指向 j
	*p = *p / 37   // 通过指针对 j 进行除法运算
	fmt.Println(j) // 查看 j 的值
}

结构体

一个结构体(struct)就是一组字段(field)。

结构体字段使用点号来访问。

结构体字段可以通过结构体指针来访问。

如果我们有一个指向结构体的指针 p,那么可以通过 (*p).X 来访问其字段 X。不过这么写太啰嗦了,所以语言也允许我们使用隐式间接引用,直接写 p.X 就可以。

package main

import "fmt"

type Vertex struct {
	X int
	Y int
}

func main() {
	v := Vertex{1, 2}
	p := &v
	p.X = 1e9
	fmt.Println(v)
}

数组

类型 [n]T 表示拥有 n 个 T 类型的值的数组。

表达式

var a [10]int
会将变量 a 声明为拥有 10 个整数的数组。

数组的长度是其类型的一部分,因此数组不能改变大小。这看起来是个限制,不过没关系,Go 提供了更加便利的方式来使用数组。

package main

import "fmt"

func main() {
	var a [2]string
	a[0] = "Hello"
	a[1] = "World"
	fmt.Println(a[0], a[1])
	fmt.Println(a)

	primes := [6]int{2, 3, 5, 7, 11, 13}
	fmt.Println(primes)
}

切片

每个数组的大小都是固定的。而切片则为数组元素提供动态大小的、灵活的视角。在实践中,切片比数组更常用。

类型 []T 表示一个元素类型为 T 的切片。

切片通过两个下标来界定,即一个上界和一个下界,二者以冒号分隔:

a[low : high]

它会选择一个半开区间,包括第一个元素,但排除最后一个元素。

以下表达式创建了一个切片,它包含 a 中下标从 1 到 3 的元素:

a[1:4]

切片并不存储任何数据,它只是描述了底层数组中的一段。
更改切片的元素会修改其底层数组中对应的元素。
与它共享底层数组的切片都会观测到这些修改。

切片的长度与容量

切片拥有 长度容量

切片的长度就是它所包含的元素个数。

切片的容量是从它的第一个元素开始数,到其底层数组元素末尾的个数。

切片 s 的长度和容量可通过表达式 len(s) 和 cap(s) 来获取。

你可以通过重新切片来扩展一个切片,给它提供足够的容量。试着修改示例程序中的切片操作,向外扩展它的容量,看看会发生什么。

nil 切片

切片的零值是 nil。

nil 切片的长度和容量为 0 且没有底层数组。

用 make 创建切片

切片可以用内建函数 make 来创建,这也是你创建动态数组的方式。

make 函数会分配一个元素为零值的数组并返回一个引用了它的切片:

a := make([]int, 5)  // len(a)=5

要指定它的容量,需向 make 传入第三个参数:

b := make([]int, 0, 5) // len(b)=0, cap(b)=5

b = b[:cap(b)] // len(b)=5, cap(b)=5
b = b[1:]      // len(b)=4, cap(b)=4
package main

import "fmt"

func main() {
	a := make([]int, 5)
	printSlice("a", a)

	b := make([]int, 0, 5)
	printSlice("b", b)

	c := b[:2]
	printSlice("c", c)

	d := c[2:5]
	printSlice("d", d)
}

func printSlice(s string, x []int) {
	fmt.Printf("%s len=%d cap=%d %v\n",
		s, len(x), cap(x), x)
}

向切片追加元素

为切片追加新的元素是种常用的操作,为此 Go 提供了内建的 append 函数。内建函数的文档对此函数有详细的介绍。

func append(s []T, vs ...T) []T

append 的第一个参数 s 是一个元素类型为 T 的切片,其余类型为 T 的值将会追加到该切片的末尾。

append 的结果是一个包含原切片所有元素加上新添加元素的切片。

当 s 的底层数组太小,不足以容纳所有给定的值时,它就会分配一个更大的数组。返回的切片会指向这个新分配的数组。

package main

import "fmt"

func main() {
	var s []int
	printSlice(s)

	// 添加一个空切片
	s = append(s, 0)
	printSlice(s)

	// 这个切片会按需增长
	s = append(s, 1)
	printSlice(s)

	// 可以一次性添加多个元素
	s = append(s, 2, 3, 4)
	printSlice(s)
}

func printSlice(s []int) {
	fmt.Printf("len=%d cap=%d %v\n", len(s), cap(s), s)
}

Range

for 循环的 range 形式可遍历切片或映射。

当使用 for 循环遍历切片时,每次迭代都会返回两个值(类似于python的enumerate)。第一个值为当前元素的下标,第二个值为该下标所对应元素的一份副本。

可以将下标或值赋予 _ 来忽略它。
for i, _ := range pow for _, value := range pow
若你只需要索引,忽略第二个变量即可。
for i := range pow

package main

import "fmt"

var pow = []int{1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128}

func main() {
	for i, v := range pow {
		fmt.Printf("2**%d = %d\n", i, v)
	}
}

映射

映射将键映射到值。

映射的零值为 nil 。nil 映射既没有键,也不能添加键。

make 函数会返回给定类型的映射,并将其初始化备用。

映射的文法与结构体相似,不过必须有键名。
若顶级类型只是一个类型名,你可以在文法的元素中省略它。

package main

import "fmt"

type Vertex struct {
	Lat, Long float64
}

var m = map[string]Vertex{
	"Bell Labs": Vertex{
		40.68433, -74.39967,
	},
	"Google": Vertex{
		37.42202, -122.08408,
	},
}

func main() {
	fmt.Println(m)
}

修改映射

在映射 m 中插入或修改元素:

m[key] = elem

获取元素:

elem = m[key]

删除元素:

delete(m, key)

通过双赋值检测某个键是否存在:

elem, ok = m[key]

若 key 在 m 中,ok 为 true ;否则,ok 为 false。

若 key 不在映射中,那么 elem 是该映射元素类型的零值。

同样的,当从映射中读取某个不存在的键时,结果是映射的元素类型的零值。

注 :若 elem 或 ok 还未声明,你可以使用短变量声明:

elem, ok := m[key]
package main

import "fmt"

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

	m["Answer"] = 42
	fmt.Println("The value:", m["Answer"])

	m["Answer"] = 48
	fmt.Println("The value:", m["Answer"])

	delete(m, "Answer")
	fmt.Println("The value:", m["Answer"])

	v, ok := m["Answer"]
	fmt.Println("The value:", v, "Present?", ok)
}

函数值

函数也是值。它们可以像其它值一样传递。

函数值可以用作函数的参数或返回值。

package main

import (
	"fmt"
	"math"
)

func compute(fn func(float64, float64) float64) float64 {
	return fn(3, 4)
}

func main() {
	hypot := func(x, y float64) float64 {
		return math.Sqrt(x*x + y*y)
	}
	fmt.Println(hypot(5, 12))

	fmt.Println(compute(hypot))
	fmt.Println(compute(math.Pow))
}

函数的闭包

Go 函数可以是一个闭包。闭包是一个函数值,它引用了其函数体之外的变量。该函数可以访问并赋予其引用的变量的值,换句话说,该函数被这些变量“绑定”在一起。

例如,函数 adder 返回一个闭包。每个闭包都被绑定在其各自的 sum 变量上。

package main

import "fmt"

func adder() func(int) int {
	sum := 0
	return func(x int) int {
		sum += x
		return sum
	}
}

func main() {
	pos, neg := adder(), adder()
	for i := 0; i < 10; i++ {
		fmt.Println(
			pos(i),
			neg(-2*i),
		)
	}
}

方法和接口

方法和接口

方法

Go 没有类。不过你可以为结构体类型定义方法。

方法就是一类带特殊的 接收者 参数的函数。

方法接收者在它自己的参数列表内,位于 func 关键字和方法名之间。

记住:方法只是个带接收者参数的函数。

在此例中,Abs 方法拥有一个名为 v,类型为 Vertex 的接收者。

package main

import (
	"fmt"
	"math"
)

type Vertex struct {
	X, Y float64
}

func (v Vertex) Abs() float64 {
	return math.Sqrt(v.X*v.X + v.Y*v.Y)
}

func main() {
	v := Vertex{3, 4}
	fmt.Println(v.Abs())
}

指针接收者

你可以为指针接收者声明方法。

这意味着对于某类型 T,接收者的类型可以用 *T 的文法。(此外,T 不能是像 *int 这样的指针。)

例如,这里为 *Vertex 定义了 Scale 方法。

指针接收者的方法可以修改接收者指向的值(就像 Scale 在这做的)。由于方法经常需要修改它的接收者,指针接收者比值接收者更常用。

试着移除第 16 行 Scale 函数声明中的 *,观察此程序的行为如何变化。

若使用值接收者,那么 Scale 方法会对原始 Vertex 值的副本进行操作。(对于函数的其它参数也是如此。)Scale 方法必须用指针接受者来更改 main 函数中声明的 Vertex 的值。

package main

import (
	"fmt"
	"math"
)

type Vertex struct {
	X, Y float64
}

func (v Vertex) Abs() float64 {
	return math.Sqrt(v.X*v.X + v.Y*v.Y)
}

func (v *Vertex) Scale(f float64) {
	v.X = v.X * f
	v.Y = v.Y * f
}

func main() {
	v := Vertex{3, 4}
	v.Scale(10)
	fmt.Println(v.Abs())
}

选择值或指针作为接收者

使用指针接收者的原因有二:

  1. 首先,方法能够修改其接收者指向的值。

  2. 其次,这样可以避免在每次调用方法时复制该值。若值的类型为大型结构体时,这样做会更加高效。

在本例中,Scale 和 Abs 接收者的类型为 *Vertex,即便 Abs 并不需要修改其接收者。

通常来说,所有给定类型的方法都应该有值或指针接收者,但并不应该二者混用。

package main

import (
	"fmt"
	"math"
)

type Vertex struct {
	X, Y float64
}

func (v *Vertex) Scale(f float64) {
	v.X = v.X * f
	v.Y = v.Y * f
}

func (v *Vertex) Abs() float64 {
	return math.Sqrt(v.X*v.X + v.Y*v.Y)
}

func main() {
	v := &Vertex{3, 4}
	fmt.Printf("Before scaling: %+v, Abs: %v\n", v, v.Abs())
	v.Scale(5)
	fmt.Printf("After scaling: %+v, Abs: %v\n", v, v.Abs())
}

接口

接口类型 是由一组方法签名定义的集合。

接口类型的变量可以保存任何实现了这些方法的值。

注意: 示例代码的 22 行存在一个错误。由于 Abs 方法只为 *Vertex (指针类型)定义,因此 Vertex(值类型)并未实现 Abser。

package main

import (
	"fmt"
	"math"
)

type Abser interface {
	Abs() float64
}

func main() {
	var a Abser
	f := MyFloat(-math.Sqrt2)
	v := Vertex{3, 4}

	a = f  // a MyFloat 实现了 Abser
	a = &v // a *Vertex 实现了 Abser

	// 下面一行,v 是一个 Vertex(而不是 *Vertex)
	// 所以没有实现 Abser。
	a = v

	fmt.Println(a.Abs())
}

type MyFloat float64

func (f MyFloat) Abs() float64 {
	if f < 0 {
		return float64(-f)
	}
	return float64(f)
}

type Vertex struct {
	X, Y float64
}

func (v *Vertex) Abs() float64 {
	return math.Sqrt(v.X*v.X + v.Y*v.Y)
}

接口与隐式实现

类型通过实现一个接口的所有方法来实现该接口。既然无需专门显式声明,也就没有“implements”关键字。

隐式接口从接口的实现中解耦了定义,这样接口的实现可以出现在任何包中,无需提前准备。

因此,也就无需在每一个实现上增加新的接口名称,这样同时也鼓励了明确的接口定义。

package main

import "fmt"

type I interface {
	M()
}

type T struct {
	S string
}

// 此方法表示类型 T 实现了接口 I,但我们无需显式声明此事。
func (t T) M() {
	fmt.Println(t.S)
}

func main() {
	var i I = T{"hello"}
	i.M()
}

接口值

接口也是值。它们可以像其它值一样传递。

接口值可以用作函数的参数或返回值。

在内部,接口值可以看做包含值和具体类型的元组:
(value, type)

接口值保存了一个具体底层类型的具体值。

接口值调用方法时会执行其底层类型的同名方法。

package main

import (
	"fmt"
	"math"
)

type I interface {
	M()
}

type T struct {
	S string
}

func (t *T) M() {
	fmt.Println(t.S)
}

type F float64

func (f F) M() {
	fmt.Println(f)
}

func main() {
	var i I

	i = &T{"Hello"}
	describe(i)
	i.M()

	i = F(math.Pi)
	describe(i)
	i.M()
}

func describe(i I) {
	fmt.Printf("(%v, %T)\n", i, i)
}

底层值为 nil 的接口值

即便接口内的具体值为 nil,方法仍然会被 nil 接收者调用。

在一些语言中,这会触发一个空指针异常,但在 Go 中通常会写一些方法来优雅地处理它(如本例中的 M 方法)。

注意: 保存了 nil 具体值的接口其自身并不为 nil。

package main

import "fmt"

type I interface {
	M()
}

type T struct {
	S string
}

func (t *T) M() {
	if t == nil {
		fmt.Println("<nil>")
		return
	}
	fmt.Println(t.S)
}

func main() {
	var i I

	var t *T
	i = t
	describe(i)
	i.M()

	i = &T{"hello"}
	describe(i)
	i.M()
}

func describe(i I) {
	fmt.Printf("(%v, %T)\n", i, i)
}

nil 接口值

nil 接口值既不保存值也不保存具体类型。

为 nil 接口调用方法会产生运行时错误,因为接口的元组内并未包含能够指明该调用哪个 具体 方法的类型。

package main

import "fmt"

type I interface {
	M()
}

func main() {
	var i I
	describe(i)
	i.M()
}

func describe(i I) {
	fmt.Printf("(%v, %T)\n", i, i)
}

空接口

指定了零个方法的接口值被称为 空接口:

interface{}
空接口可保存任何类型的值。(因为每个类型都至少实现了零个方法。)

空接口被用来处理未知类型的值。例如,fmt.Print 可接受类型为 interface{} 的任意数量的参数。

package main

import "fmt"

func main() {
	var i interface{}
	describe(i)

	i = 42
	describe(i)

	i = "hello"
	describe(i)
}

func describe(i interface{}) {
	fmt.Printf("(%v, %T)\n", i, i)
}

类型断言

类型断言 提供了访问接口值底层具体值的方式。

t := i.(T)

该语句断言接口值 i 保存了具体类型 T,并将其底层类型为 T 的值赋予变量 t。

若 i 并未保存 T 类型的值,该语句就会触发一个恐慌。

为了 判断 一个接口值是否保存了一个特定的类型,类型断言可返回两个值:其底层值以及一个报告断言是否成功的布尔值。

t, ok := i.(T)

若 i 保存了一个 T,那么 t 将会是其底层值,而 ok 为 true。

否则,ok 将为 false 而 t 将为 T 类型的零值,程序并不会产生恐慌。

请注意这种语法和读取一个映射时的相同之处。

package main

import "fmt"

func main() {
	var i interface{} = "hello"

	s := i.(string)
	fmt.Println(s)

	s, ok := i.(string)
	fmt.Println(s, ok)

	f, ok := i.(float64)
	fmt.Println(f, ok)

	f = i.(float64) // 报错(panic)
	fmt.Println(f)
}

类型选择

类型选择 是一种按顺序从几个类型断言中选择分支的结构。

类型选择与一般的 switch 语句相似,不过类型选择中的 case 为类型(而非值), 它们针对给定接口值所存储的值的类型进行比较。

switch v := i.(type) {
case T:
    // v 的类型为 T
case S:
    // v 的类型为 S
default:
    // 没有匹配,v 与 i 的类型相同
}

类型选择中的声明与类型断言 i.(T) 的语法相同,只是具体类型 T 被替换成了关键字 type。

此选择语句判断接口值 i 保存的值类型是 T 还是 S。在 T 或 S 的情况下,变量 v 会分别按 T 或 S 类型保存 i 拥有的值。在默认(即没有匹配)的情况下,变量 v 与 i 的接口类型和值相同。

Stringer

fmt 包中定义的 Stringer 是最普遍的接口之一。

type Stringer interface {
    String() string
}

Stringer 是一个可以用字符串描述自己的类型。fmt 包(还有很多包)都通过此接口来打印值。

package main

import "fmt"

type Person struct {
	Name string
	Age  int
}

func (p Person) String() string {
	return fmt.Sprintf("%v (%v years)", p.Name, p.Age)
}

func main() {
	a := Person{"Arthur Dent", 42}
	z := Person{"Zaphod Beeblebrox", 9001}
	fmt.Println(a, z)
}

错误

Go 程序使用 error 值来表示错误状态。

与 fmt.Stringer 类似,error 类型是一个内建接口:

type error interface {
    Error() string
}

(与 fmt.Stringer 类似,fmt 包在打印值时也会满足 error。)

通常函数会返回一个 error 值,调用的它的代码应当判断这个错误是否等于 nil 来进行错误处理。

i, err := strconv.Atoi("42")
if err != nil {
    fmt.Printf("couldn't convert number: %v\n", err)
    return
}
fmt.Println("Converted integer:", i)

error 为 nil 时表示成功;非 nil 的 error 表示失败。

package main

import (
	"fmt"
	"time"
)

type MyError struct {
	When time.Time
	What string
}

func (e *MyError) Error() string {
	return fmt.Sprintf("at %v, %s",
		e.When, e.What)
}

func run() error {
	return &MyError{
		time.Now(),
		"it didn't work",
	}
}

func main() {
	if err := run(); err != nil {
		fmt.Println(err)
	}
}

Reader

io 包指定了 io.Reader 接口,它表示从数据流的末尾进行读取。

Go 标准库包含了该接口的许多实现,包括文件、网络连接、压缩和加密等等。

io.Reader 接口有一个 Read 方法:

func (T) Read(b []byte) (n int, err error)
Read 用数据填充给定的字节切片并返回填充的字节数和错误值。在遇到数据流的结尾时,它会返回一个 io.EOF 错误。

示例代码创建了一个 strings.Reader 并以每次 8 字节的速度读取它的输出。

package main

import (
	"fmt"
	"io"
	"strings"
)

func main() {
	r := strings.NewReader("Hello, Reader!")

	b := make([]byte, 8)
	for {
		n, err := r.Read(b)
		fmt.Printf("n = %v err = %v b = %v\n", n, err, b)
		fmt.Printf("b[:n] = %q\n", b[:n])
		if err == io.EOF {
			break
		}
	}
}

并发

并发

Go 程

Go 程(goroutine)是由 Go 运行时管理的轻量级线程。

go f(x, y, z)

会启动一个新的 Go 程并执行

f(x, y, z)

f, x, y 和 z 的求值发生在当前的 Go 程中,而 f 的执行发生在新的 Go 程中。

Go 程在相同的地址空间中运行,因此在访问共享的内存时必须进行同步。sync 包提供了这种能力,不过在 Go 中并不经常用到,因为还有其它的办法(见下一页)。

package main

import (
	"fmt"
	"time"
)

func say(s string) {
	for i := 0; i < 5; i++ {
		time.Sleep(500 * time.Millisecond)
		fmt.Println(s)
	}
}

func main() {
	go say("world")
	say("hello")
}

信道

信道是带有类型的管道,你可以通过它用信道操作符 <- 来发送或者接收值。

ch <- v    // 将 v 发送至信道 ch。
v := <-ch  // 从 ch 接收值并赋予 v。

(“箭头”就是数据流的方向。)

和映射与切片一样,信道在使用前必须创建:

ch := make(chan int)

默认情况下,发送和接收操作在另一端准备好之前都会阻塞。这使得 Go 程可以在没有显式的锁或竞态变量的情况下进行同步。

以下示例对切片中的数进行求和,将任务分配给两个 Go 程。一旦两个 Go 程完成了它们的计算,它就能算出最终的结果。

package main

import "fmt"

func sum(s []int, c chan int) {
	sum := 0
	for _, v := range s {
		sum += v
	}
	c <- sum // 将和送入 c
}

func main() {
	s := []int{7, 2, 8, -9, 4, 0}

	c := make(chan int)
	go sum(s[:len(s)/2], c)
	go sum(s[len(s)/2:], c)
	x, y := <-c, <-c // 从 c 中接收

	fmt.Println(x, y, x+y)
}

带缓冲的信道

信道可以是 带缓冲的。将缓冲长度作为第二个参数提供给 make 来初始化一个带缓冲的信道:

ch := make(chan int, 100)
仅当信道的缓冲区填满后,向其发送数据时才会阻塞。当缓冲区为空时,接受方会阻塞。

修改示例填满缓冲区,然后看看会发生什么。

package main

import "fmt"

func main() {
	ch := make(chan int, 2)
	ch <- 1
	ch <- 2
	fmt.Println(<-ch)
	fmt.Println(<-ch)
}

range 和 close

发送者可通过 close 关闭一个信道来表示没有需要发送的值了。接收者可以通过为接收表达式分配第二个参数来测试信道是否被关闭:若没有值可以接收且信道已被关闭,那么在执行完

v, ok := <-ch
之后 ok 会被设置为 false。

循环 for i := range c 会不断从信道接收值,直到它被关闭。

注意: 只有发送者才能关闭信道,而接收者不能。向一个已经关闭的信道发送数据会引发程序恐慌(panic)。

还要注意: 信道与文件不同,通常情况下无需关闭它们。只有在必须告诉接收者不再有需要发送的值时才有必要关闭,例如终止一个 range 循环。

package main

import (
	"fmt"
)

func fibonacci(n int, c chan int) {
	x, y := 0, 1
	for i := 0; i < n; i++ {
		c <- x
		x, y = y, x+y
	}
	close(c)
}

func main() {
	c := make(chan int, 10)
	fmt.Println(len(c),cap(c))
	go fibonacci(cap(c), c)
	for i := range c {
		fmt.Println(i)
	}
}

select 语句

select 语句使一个 Go 程可以等待多个通信操作。

select 会阻塞到某个分支可以继续执行为止,这时就会执行该分支。当多个分支都准备好时会随机选择一个执行。

package main

import "fmt"

func fibonacci(c, quit chan int) {
	x, y := 0, 1
	for {
		select {
		case c <- x:
			x, y = y, x+y
		case <-quit:
			fmt.Println("quit")
			return
		}
	}
}

func main() {
	c := make(chan int)
	quit := make(chan int)
	go func() {
		for i := 0; i < 10; i++ {
			fmt.Println(<-c)
		}
		quit <- 0
	}()
	fibonacci(c, quit)
}

当 select 中的其它分支都没有准备好时,default 分支就会执行。

为了在尝试发送或者接收时不发生阻塞,可使用 default 分支:

select {
case i := <-c:
    // 使用 i
default:
    // 从 c 中接收会阻塞时执行
}
package main

import (
	"fmt"
	"time"
)

func main() {
	tick := time.Tick(100 * time.Millisecond)
	boom := time.After(500 * time.Millisecond)
	for {
		select {
		case <-tick:
			fmt.Println("tick.")
		case <-boom:
			fmt.Println("BOOM!")
			return
		default:
			fmt.Println("    .")
			time.Sleep(50 * time.Millisecond)
		}
	}
}

sync.Mutex

我们已经看到信道非常适合在各个 Go 程间进行通信。

但是如果我们并不需要通信呢?比如说,若我们只是想保证每次只有一个 Go 程能够访问一个共享的变量,从而避免冲突?

这里涉及的概念叫做 互斥(mutualexclusion)* ,我们通常使用 互斥锁(Mutex) 这一数据结构来提供这种机制。

Go 标准库中提供了 sync.Mutex 互斥锁类型及其两个方法:

Lock
Unlock
我们可以通过在代码前调用 Lock 方法,在代码后调用 Unlock 方法来保证一段代码的互斥执行。参见 Inc 方法。

我们也可以用 defer 语句来保证互斥锁一定会被解锁。参见 Value 方法。

package main

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

// SafeCounter 的并发使用是安全的。
type SafeCounter struct {
	v   map[string]int
	mux sync.Mutex
}

// Inc 增加给定 key 的计数器的值。
func (c *SafeCounter) Inc(key string) {
	c.mux.Lock()
	// Lock 之后同一时刻只有一个 goroutine 能访问 c.v
	c.v[key]++
	c.mux.Unlock()
}

// Value 返回给定 key 的计数器的当前值。
func (c *SafeCounter) Value(key string) int {
	c.mux.Lock()
	// Lock 之后同一时刻只有一个 goroutine 能访问 c.v
	defer c.mux.Unlock()
	return c.v[key]
}

func main() {
	c := SafeCounter{v: make(map[string]int)}
	for i := 0; i < 1000; i++ {
		go c.Inc("somekey")
	}

	time.Sleep(time.Second)
	fmt.Println(c.Value("somekey"))
}