Golang快速入門：從菜鳥變大佬

最近寫了不少Go程式碼，但是寫著寫著，還是容易忘，尤其是再寫點Python程式碼後。所以找了一篇不錯的Golang基礎教程，翻譯一下，時常看看。

原文連結: 「Learning Go — from zero to hero」 by Milap Neupane

開始

Go是由各種 包 組成的。main包是程式的入口，由它告訴編譯器，這是一個可執行程式，而不是共享包。main包定義如下：

package main

工作區

Go的工作區是由環境變數GOPATH決定的。
你可以在工作區裡隨心所欲地寫程式碼，Go會在GOPATH或者GOROOT目錄下搜尋包。注：GOROOT是Go的安裝路徑。

設定GOPATH為你想要的目錄：

# export 環境變數
export GOPATH=~/workspace
# 進入工作區目錄
cd ~/workspace

在工作區目錄裡建立mian.go檔案。

package main

import (
 "fmt"
)

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

我們使用import關鍵字來引入一個包。func main是執行程式碼的入口，fmt是Go的內建包，主要用來格式化輸入/輸出。而Println是fnt中的一個列印函式。

想要執行Go程式，有兩種方法。

方法一

大家都知道，Go是一門編譯型語言，所以在執行之前，我們需要先編譯它。

> go build main.go

這個命令會生成二進位制可執行檔案 main，然後我們再執行它。

> ./main 
# Hello World!

方法二

一個go run命令就可以搞定。

go run main.go
# Hello World!

注意：你可以在這個網站執行本文中的程式碼。

變數

Go中的變數都是顯式宣告的。Go是靜態語言，因此宣告變數時，就會去檢查變數的型別。

變數宣告有以下三種方式。

# 1) a的預設值為0
var a int

# 2) 宣告並初始化a，a自動賦值為int
var a = 1

# 3) 簡寫宣告
message := "hello world"

還可以在一行宣告多個變數

var b, c int = 2, 3

資料型別

數字，字串 和 布林型

Go 支援的數字儲存型別有很多，比如 int, int8, int16, int32, int64,uint, uint8, uint16, uint32, uint64, uintptr 等等。

字串型別儲存一個位元組序列。使用string關鍵字來宣告。

布林型使用bool宣告。

Go還支援複數型別資料型別，可以使用complex64和complex128進行宣告。

var a bool = true
var b int = 1
var c string = 'hello world'
var d float32 = 1.222
var x complex128 = cmplx.Sqrt(-5 + 12i)

陣列, 分片 和 對映Map

陣列是包含同一資料型別的元素序列，在宣告時確定陣列長度，因此不能隨意擴充套件。

陣列的宣告方式如下：

var a [5]int

多維陣列的宣告方式如下：

var multiD [2][3]int

Go中的陣列有一定限制，比如不能修改陣列長度、不能新增元素、不能獲取子陣列。這時候，更適合使用slice[分片]這一型別。

分片用於儲存一組元素，允許隨時擴充套件其長度。分片的宣告類似陣列，只是去掉了長度宣告。

var b []int

這行程式碼會建立一個 0容量、0長度的分片。也可以使用以下程式碼 設定分片的容量和長度。

// 初始化一個長度為5，容量為10的分片
numbers := make([]int,5,10)

實際上，分片是對陣列的抽象。分片使用陣列作為底層結構。一個分片由三部分組成：容量、長度和指向底層陣列的指標。

使用append或者copy方法可以擴大分片的容量。append方法在分片的末尾追加元素，必要時會擴大分片容量。

numbers = append(numbers, 1, 2, 3, 4)

還可以使用copy方法來擴大容量。

// 建立一個更大容量的分片
number2 := make([]int, 15)
// 把原分片複製到新分片
copy(number2, number)

如何建立一個分片的子分片呢？參考以下程式碼。

// 建立一個長度為4的分片
number2 = []int{1,2,3,4}
fmt.Println(numbers) // -> [1 2 3 4]
// 建立子分片
slice1 := number2[2:]
fmt.Println(slice1) // -> [3 4]
slice2 := number2[:3]
fmt.Println(slice2) // -> [1 2 3]
slice3 := number2[1:4]
fmt.Println(slice3) // -> [2 3 4]

Map也是Go的一種資料型別，用於記錄鍵值間的對映關係。使用以下程式碼建立一個map。

var m map[string]int

// 新增 鍵/值
m['clearity'] = 2
m['simplicity'] = 3
// 列印值
fmt.Println(m['clearity']) // -> 2
fmt.Println(m['simplicity']) // -> 3

這裡，m是一個鍵為string，值為int的map變數。

型別轉換

接下來看一下如何進行簡單的型別轉換。

a := 1.1
b := int(a)
fmt.Println(b)
//-> 1

並非所有的資料型別都能轉換成其他型別。注意：確保資料型別與轉換型別相互相容。

條件語句

if else

參考以下程式碼中的if-else語句進行條件判斷。注意：花括號與條件語句要在同一行。

if num := 9; num < 0 {
 fmt.Println(num, "is negative")
} else if num < 10 {
 fmt.Println(num, "has 1 digit")
} else {
 fmt.Println(num, "has multiple digits")
}

switch case

switch-case用於組織多個條件語句，詳看以下程式碼

i := 2
switch i {
case 1:
 fmt.Println("one")
case 2:
 fmt.Println("two")
default:
 fmt.Println("none")
}

迴圈

Go中用於迴圈的關鍵字只有一個for。

i := 0
sum := 0
for i < 10 {
 sum += 1
  i++
}
fmt.Println(sum)

以上程式碼類似於C語言中的while迴圈。另一種迴圈方式如下：

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

Go中的死迴圈

for {
}

指標

Go提供了指標，用於儲存值的地址。指標使用*來宣告。

var ap *int

這裡的ap變數即指向整型的指標。使用&運算子獲取變數地址，*運算子用來獲取指標所指向的值。

a := 12
ap = &a

fmt.Println(*ap)
// => 12

以下兩種情況，通常優先選用指標。

• 把結構體作為引數傳遞時。因為值傳遞會耗費更多記憶體。
• 宣告某型別的方法時。傳遞指標後，方法/函式可以直接修改指標所指向的值。

比如：

func increment(i *int) {
  *i++
}
func main() {
  i := 10
  increment(&i)
  fmt.Println(i)
}
//=> 11

函式

main包中的main函式是go程式執行的入口，除此以外，我們還可以定義其他函式。

func add(a int, b int) int {
 c := a + b
 return c
}
func main() {
 fmt.Println(add(2, 1))
}
//=> 3

如上所示，Go中使用func關鍵字加上函式名來定義一個函式。函式的引數需要指明資料型別，最後是返回的資料型別。

函式的返回值也可以在函式中提前定義：

func add(a int, b int) (c int) {
  c = a + b
  return
}
func main() {
  fmt.Println(add(2, 1))
}
//=> 3

這裡c被定義為返回值，因此呼叫return語句時，c會被自動返回。

你也可以一次返回多個變數：

func add(a int, b int) (int, string) {
  c := a + b
  return c, "successfully added"
}
func main() {
  sum, message := add(2, 1)
  fmt.Println(message)
  fmt.Println(sum)
}

方法、結構體和介面

Go 不是完全物件導向的語言，但是有了 方法、結構體和介面，它也可以達到物件導向的效果。

Struct 結構體

結構體包含不同型別的欄位，可用來對資料進行分組。例如，如果我們要對Person型別的資料進行分組，那麼可以定義一個人的各種屬性，包括姓名，年齡，性別等。

type person struct {
  name string
  age int
  gender string
}

有了Person型別後，現在來建立一個 Person物件:

//方法 1: 指定引數和值
p = person{name: "Bob", age: 42, gender: "Male"}

//方法 2: 僅指定值
person{"Bob", 42, "Male"}

可以使用.來獲取一個物件的引數。

p.name
//=> Bob
p.age
//=> 42
p.gender
//=> Male

也可以通過結構體的指標物件來獲取引數。

pp = &person{name: "Bob", age: 42, gender: "Male"}
pp.name
//=> Bob

方法

方法是一種帶有接收器的函式。接收器可以是一個值或指標。我們可以把剛剛建立的Person型別作為接收器來建立方法：

package main
import "fmt"

// 定義結構體
type person struct {
  name   string
  age    int
  gender string
}

// 定義方法
func (p *person) describe() {
  fmt.Printf("%v is %v years old.", p.name, p.age)
}
func (p *person) setAge(age int) {
  p.age = age
}

func (p person) setName(name string) {
  p.name = name
}

func main() {
  pp := &person{name: "Bob", age: 42, gender: "Male"}
  
  // 使用 . 來呼叫方法 
  pp.describe()
  // => Bob is 42 years old
  pp.setAge(45)
  fmt.Println(pp.age)
  //=> 45
  pp.setName("Hari")
  fmt.Println(pp.name)
  //=> Bob
}

注意，此處的接收器是一個指標，方法中對指標進行的任何修改，都可以反映在接收器pp上。這樣可以避免複製帶來的記憶體消耗。

注意：上面示例中，age被修改了，而name不變。因為只有setAge傳入的是指標型別，可以對接收器進行修改。

介面

在Go中，介面是方法的集合。介面可以對一個型別的屬性進行分組，比如：

type animal interface {
  description() string
}

animal是一個介面。通過實現animal介面，我們來建立兩種不同型別的動物。

package main

import (
  "fmt"
)

type animal interface {
  description() string
}

type cat struct {
  Type  string
  Sound string
}

type snake struct {
  Type      string
  Poisonous bool
}

func (s snake) description() string {
  return fmt.Sprintf("Poisonous: %v", s.Poisonous)
}

func (c cat) description() string {
  return fmt.Sprintf("Sound: %v", c.Sound)
}

func main() {
  var a animal
  a = snake{Poisonous: true}
  fmt.Println(a.description())
  a = cat{Sound: "Meow!!!"}
  fmt.Println(a.description())
}

//=> Poisonous: true
//=> Sound: Meow!!!

在main函式中，我們建立了一個型別為animal的變數a。然後，給動物指定蛇和貓的型別，並列印a.description。

包

在Go中，所有的程式碼都寫在包裡面。main包是程式執行的入口，Go自帶了很多內建包，最有名的就是剛剛用過的fmt包。

“Go packages in the main mechanism for programming in the large that go provides and they make possible to divvy up a large project into smaller pieces.”

— Robert Griesemer

安裝一個包

go get <package-url-github>
// 舉個例子
go get github.com/satori/go.uuid

包預設安裝在GOPATH環境變數設定的工作區中。可以使用cd $GOPATH/pkg命令進入目錄，檢視已安裝的包。

自定義包

首先建立一個custom_package資料夾

> mkdir custom_package
> cd custom_package

假設要建立一個person包，首先在custom_package目錄下建立一個person資料夾。

> mkdir person
> cd person

然後建立一個 person.go檔案

package person
func Description(name string) string {
  return "The person name is: " + name
}
func secretName(name string) string {
  return "Do not share"
}

現在需要安裝這個包，以便引入並使用它。

> go install

注意：如果以上命令報錯，確認一下GO111MODULE環境變數是否設定正確，參考連結。

然後回到custom_package目錄下，建立一個main.go檔案。

package main
import(
  "custom_package/person"
  "fmt"
)
func main(){ 
  p := person.Description("Milap")
  fmt.Println(p)
}
// => The person name is: Milap

現在，就可以引入包，並呼叫Description方法了。注意，secretName方法是小寫字母開頭的私有方法，所以不能被外部呼叫。

包的文件

Go內建了對包文件的支援。執行以下命令生成文件:

go doc person Description

這將為person包生成Description函式的文件。請使用以下命令執行Web伺服器，檢視文件：

godoc -http=":8080"

開啟這個連結http://localhost:8080/pkg/，就能看到文件了。

Go中的一些內建包

fmt

fmt包實現了格式化I/O功能。我們已經使用過這個包列印內容到標準輸出流了。

json

另外一個很有用的包是json，用來編碼/解碼Json資料。

// 編碼
package main

import (
  "fmt"
  "encoding/json"
)

func main(){
  mapA := map[string]int{"apple": 5, "lettuce": 7}
  mapB, _ := json.Marshal(mapA)
  fmt.Println(string(mapB))
}

// 解碼
package main

import (
  "fmt"
  "encoding/json"
)

type response struct {
  PageNumber int `json:"page"`
  Fruits []string `json:"fruits"`
}

func main(){
  str := `{"page": 1, "fruits": ["apple", "peach"]}`
  res := response{}
  json.Unmarshal([]byte(str), &res)
  fmt.Println(res.PageNumber)
}
//=> 1

使用Unmarshal解碼json位元組時，第一個引數是json位元組，第二個是期望解碼後的結構體指標。注意：json:"page"負責把page對映到結構體中的PageNumber欄位上。

錯誤處理

報錯是程式中的意外產物。假如我們正在使用API呼叫一個外部服務。這個API呼叫可能成功，也可能失敗。比如，可以使用以下方法，處理報錯：

package main

import (
  "fmt"
  "net/http"
)

func main(){
  resp, err := http.Get("http://example.com/")
  if err != nil {
    fmt.Println(err)
    return
  }
  fmt.Println(resp)
}

返回自定義錯誤

在寫函式時，我們可能會遇到需要報錯的情景，這時可以返回一個自定義的error物件。

func Increment(n int) (int, error) {
  if n < 0 {
    // return error object
    return nil, errors.New("math: cannot process negative number")
  }
  return (n + 1), nil
}
func main() {
  num := 5
 
  if inc, err := Increment(num); err != nil {
    fmt.Printf("Failed Number: %v, error message: %v", num, err)
  }else {
    fmt.Printf("Incremented Number: %v", inc)
  }
}

大部分的內建包或者外部包，都有自己的報錯處理機制。因此我們使用的任何函式可能報錯，這些報錯都不應該被忽略，應該像上面示例中，在呼叫函式的地方，優雅地處理報錯。

Panic

當程式在執行過程中，突然遇到了未處理的報錯，就會導致panic。在Go中，更推薦使用error物件，而不是panic來處理異常。發生panic後，程式會停止執行，但會執行defer語句程式碼。

//Go
package main

import "fmt"

func main() {
    f()
    fmt.Println("Returned normally from f.")
}

func f() {
    defer func() {
        if r := recover(); r != nil {
            fmt.Println("Recovered in f", r)
        }
    }()
    fmt.Println("Calling g.")
    g(0)
    fmt.Println("Returned normally from g.")
}

func g(i int) {
    if i > 3 {
        fmt.Println("Panicking!")
        panic(fmt.Sprintf("%v", i))
    }
    defer fmt.Println("Defer in g", i)
    fmt.Println("Printing in g", i)
    g(i + 1)
}

Defer

Defer語句總是在函式最後執行。

在上面的栗子中，我們觸發了panic，但是defer語句依然會在最後執行。Defer適用於 需要在函式最後執行某些操作的場景，比如關閉檔案。

併發

Go在設計時考慮了併發性。 Go中的併發可以通過輕量級執行緒Go routines來實現。

Go routine

Go routine是一個函式，它可以與另一個函式並行或併發執行。 建立Go routine非常簡單,只需在函式前面新增關鍵字go，就可以使其並行執行。 同時，它很輕量級，因此可以建立上千個routine。

package main
import (
  "fmt"
  "time"
)
func main() {
  go c()
  fmt.Println("I am main")
  time.Sleep(time.Second * 2)
}
func c() {
  time.Sleep(time.Second * 2)
  fmt.Println("I am concurrent")
}
//=> I am main
//=> I am concurrent

上面的示例中，c函式是一個Go routine，與main函式中的執行緒並行。有時我們想在多個執行緒之間共享資源。 Go傾向於不與另一個執行緒共享變數，因為這會增加死鎖和資源等待的可能。但是仙人自有妙招，就是接下來講到的go channel。

Channels

我們可以使用channel在兩個routine之間傳遞資料。建立channel時，需要指定其接收的資料型別。

c := make(chan string)

通過上面建立的channel，我們可以傳送/接收string型別的資料。

package main

import "fmt"

func main(){
  c := make(chan string)
  go func(){ c <- "hello" }()
  msg := <-c
  fmt.Println(msg)
}
//=>"hello"

接收方channel會一直等待傳送方發資料到channel。

單向channel

在某些場景下，我們希望Go routine只接收資料但不傳送資料，反之亦然。 這時，我們可以建立一個單向channel。

package main

import (
 "fmt"
)

func main() {
 ch := make(chan string)
 
 go sc(ch)
 fmt.Println(<-ch)
}

// sc函式：只能傳送資料給 channel，不能接收資料
func sc(ch chan<- string) {
 ch <- "hello"
}

使用select語句在Go routine中處理多個channel

一個函式可能正在等待多個通道。這時，我們可以使用select語句。

package main

import (
 "fmt"
 "time"
)

func main() {
 c1 := make(chan string)
 c2 := make(chan string)
 go speed1(c1)
 go speed2(c2)
 fmt.Println("The first to arrive is:")
 select {
 case s1 := <-c1:
  fmt.Println(s1)
 case s2 := <-c2:
  fmt.Println(s2)
 }
}

func speed1(ch chan string) {
 time.Sleep(2 * time.Second)
 ch <- "speed 1"
}

func speed2(ch chan string) {
 time.Sleep(1 * time.Second)
 ch <- "speed 2"
}
// => The first to arrive is:
// => speed 2

Buffered channel

在Go中，你還可以使用緩衝區channel，如果緩衝區已滿，傳送到該channel的訊息將被阻塞。

package main

import "fmt"

func main(){
  ch := make(chan string, 2)
  ch <- "hello"
  ch <- "world"
  ch <- "!" // extra message in buffer
  fmt.Println(<-ch)
}

// => fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!

最後嘮嘮嗑

為什麼 Golang 能夠成功呢？

Simplicity… — Rob-pike

因為簡單...

好了，本文終於結束了！你從菜鳥變成大佬了嗎？開個玩笑，希望看完能有所收穫。