Go 语法速览与实践清单(V0.5)

Go 语法速览与实践清单(V0.5)

Go CheatSheet 是对于 Go 学习/实践过程中的语法与技巧进行盘点,其属于 Awesome CheatSheet 系列,致力于提升学习速度与研发效能,即可以将其当做速查手册,也可以作为轻量级的入门学习资料。 本文参考了许多优秀的文章与代码示范,统一声明在了 Go Links;如果希望深入了解某方面的内容,可以继续阅读 Go 开发:语法基础与工程实践,或者前往 coding-snippets/go 查看使用 Go 解决常见的数据结构与算法、设计模式、业务功能方面的代码实现。

环境配置与语法基础

可以前往这里下载 Go SDK 安装包,或者使用 brew 等包管理器安装。go 命令依赖于 $GOPATH 环境变量进行代码组织,多项目情况下也可以使用 ln 进行目录映射以方便进行项目管理。GOPATH 允许设置多个目录,每个目录都会包含三个子目录:src 用于存放源代码,pkg 用于存放编译后生成的文件,bin 用于存放编译后生成的可执行文件。

环境配置完毕后,可以使用 go get 获取依赖,go run 运行程序,go build 来编译项目生成与包名(文件夹名)一致的可执行文件。Golang 1.8 之后支持 dep 依赖管理工具,对于空的项目使用 dep init 初始化依赖配置,其会生成 Gopkg.toml Gopkg.lock vendor/这三个文件(夹)。

我们可以使用 dep ensure -add github.com/pkg/errors 添加依赖,运行之后,其会在 toml 文件中添加如下锁:

[[constraint]]
  name = "github.com/pkg/errors"
  version = "0.8.0"

简单的 Go 中 Hello World 代码如下:

package main
import "fmt"
func main() {
    fmt.Println("hello world")
}

也可以使用 Beego 实现简单的 HTTP 服务器:

package main
import "github.com/astaxie/beego"
func main() {
    beego.Run()
}

Go 并没有相对路径引入,而是以文件夹为单位定义模块,譬如我们新建名为 math 的文件夹,然后使用 package math 来声明该文件中函数所属的模块。

import (
        mongo "mywebapp/libs/mongodb/db" // 对引入的模块重命名
        _ "mywebapp/libs/mysql/db" // 使用空白下划线表示仅调用其初始化函数

)

外部引用该模块是需要使用工作区间或者 vendor 相对目录,其目录索引情况如下:

cannot find package "sub/math" in any of:
    ${PROJECTROOT}/vendor/sub/math (vendor tree)
    /usr/local/Cellar/go/1.10/libexec/src/sub/math (from $GOROOT)
    ${GOPATH}/src/sub/math (from $GOPATH)

Go 规定每个源文件的首部需要进行包声明,可执行文件默认放在 main 包中;而各个包中默认首字母大写的函数作为其他包可见的导出函数,而小写函数则默认外部不可见的私有函数。

表达式与控制流

变量声明与赋值

作为强类型静态语言,Go 允许我们在变量之后标识数据类型,也为我们提供了自动类型推导的功能。

// 声明三个变量,皆为 bool 类型
var c, python, java bool

// 声明不同类型的变量,并且赋值
var i bool, j int = true, 2

// 复杂变量声明
var (
    ToBe   bool       = false
    MaxInt uint64     = 1<<64 - 1
    z      complex128 = cmplx.Sqrt(-5 + 12i)
)

// 短声明变量
c, python, java := true, false, "no!"

// 声明常量
const constant = "This is a constant"

在 Go 中,如果我们需要比较两个复杂对象的相似性,可以使用 reflect.DeepEqual 方法:

m1 := map[string]int{
    "a":1,
    "b":2,
}
m2 := map[string]int{
    "a":1,
    "b":2,
}
fmt.Println(reflect.DeepEqual(m1, m2))

条件判断

Go 提供了增强型的 if 语句进行条件判断:

// 基础形式
if x > 0 {
    return x
} else {
    return -x
}

// 条件判断之前添加自定义语句
if a := b + c; a < 42 {
    return a
} else {
    return a - 42
}

// 常用的类型判断
var val interface{}
val = "foo"
if str, ok := val.(string); ok {
    fmt.Println(str)
}

Go 也支持使用 Switch 语句:

// 基础格式
switch operatingSystem {
case "darwin":
    fmt.Println("Mac OS Hipster")
    // 默认 break,不需要显式声明
case "linux":
    fmt.Println("Linux Geek")
default:
    // Windows, BSD, ...
    fmt.Println("Other")
}

// 类似于 if,可以在条件之前添加自定义语句
switch os := runtime.GOOS; os {
case "darwin": ...
}

// 使用 switch 语句进行类型判断:
switch v := anything.(type) {
  case string:
    fmt.Println(v)
  case int32, int64:
    ...
  default:
    fmt.Println("unknown")
}

Switch 中也支持进行比较:

number := 42
switch {
    case number < 42:
        fmt.Println("Smaller")
    case number == 42:
        fmt.Println("Equal")
    case number > 42:
        fmt.Println("Greater")
}

或者进行多条件匹配:

var char byte = '?'
switch char {
    case ' ', '?', '&', '=', '#', '+', '%':
        fmt.Println("Should escape")
}

循环

Go 支持使用 for 语句进行循环,不存在 while 或者 until:

for i := 1; i < 10; i++ {
}

// while - loop
for ; i < 10;  {
}

// 单条件情况下可以忽略分号
for i < 10  {
}

// ~ while (true)
for {
}

我们也可以使用 range 函数,对于 Arrays 与 Slices 进行遍历:

// loop over an array/a slice
for i, e := range a {
    // i 表示下标,e 表示元素
}

// 仅需要元素
for _, e := range a {
    // e is the element
}

// 或者仅需要下标
for i := range a {
}

// 定时执行
for range time.Tick(time.Second) {
    // do it once a sec
}

Function: 函数

定义,参数与返回值

// 简单函数定义
func functionName() {}

// 含参函数定义
func functionName(param1 string, param2 int) {}

// 多个相同类型参数的函数定义
func functionName(param1, param2 int) {}

// 函数表达式定义
add := func(a, b int) int {
    return a + b
}

Go 支持函数的最后一个参数使用 ... 设置为不定参数,即可以传入一个或多个参数值:

func adder(args ...int) int {
    total := 0
    for _, v := range args { // Iterates over the arguments whatever the number.
        total += v
    }
    return total
}

adder(1, 2, 3) // 6
adder(9, 9) // 18

nums := []int{10, 20, 30}
adder(nums...) // 60

我们也可以使用 Function Stub 作为函数参数传入,以实现回调函数的功能:

func Filter(s []int, fn func(int) bool) []int {
    var p []int // == nil
    for _, v := range s {
        if fn(v) {
            p = append(p, v)
        }
    }
    return p
}

虽然 Go 不是函数式语言,但是也可以用其实现柯里函数(Currying Function):

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

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

func main() {
    add3 := adder(3)
    fmt.Println(add3(4))    // 7
}

Go 支持多个返回值:

// 返回单个值
func functionName() int {
    return 42
}

// 返回多个值
func returnMulti() (int, string) {
    return 42, "foobar"
}
var x, str = returnMulti()

// 命名返回多个值
func returnMulti2() (n int, s string) {
    n = 42
    s = "foobar"
    // n and s will be returned
    return
}
var x, str = returnMulti2()

闭包: Closure

Go 同样支持词法作用域与变量保留,因此我们可以使用闭包来访问函数定义处外层的变量:

func scope() func() int{
    outer_var := 2
    foo := func() int { return outer_var}
    return foo
}

闭包中并不能够直接修改外层变量,而是会自动重定义新的变量值:

func outer() (func() int, int) {
    outer_var := 2
    inner := func() int {
        outer_var += 99
        return outer_var // => 101 (but outer_var is a newly redefined
    }
    return inner, outer_var // => 101, 2 (outer_var is still 2, not mutated by inner!)
}

函数执行

Go 中提供了 defer 关键字,允许将某个语句的执行推迟到函数返回语句之前:

func read(...) (...) {
  f, err := os.Open(file)
  ...
  defer f.Close()
  ...
  return .. // f will be closed

异常处理

Go 语言中并不存在 try-catch 等异常处理的关键字,对于那些可能返回异常的函数,只需要在函数返回值中添加额外的 Error 类型的返回值:

type error interface {
    Error() string
}

某个可能返回异常的函数调用方式如下:

import (
    "fmt"
    "errors"
)

func main() {
    result, err:= Divide(2,0)

    if err != nil {
            fmt.Println(err)
    }else {
            fmt.Println(result)
    }
}

func Divide(value1 int,value2 int)(int, error) {
    if(value2 == 0){
        return 0, errors.New("value2 mustn't be zero")
    }
    return value1/value2  , nil
}

Go 还为我们提供了 panic 函数,所谓 panic,即是未获得预期结果,常用于抛出异常结果。譬如当我们获得了某个函数返回的异常,却不知道如何处理或者不需要处理时,可以直接通过 panic 函数中断当前运行,打印出错误信息、Goroutine 追踪信息,并且返回非零的状态码:

_, err := os.Create("/tmp/file")
if err != nil {
    panic(err)
}

数据类型与结构

类型绑定与初始化

Go 中的 type 关键字能够对某个类型进行重命名:

// IntSlice 并不等价于 []int,但是可以利用类型转换进行转换
type IntSlice []int
a := IntSlice{1, 2}

可以使用 T(v) 或者 obj.(T) 进行类型转换,obj.(T) 仅针对 interface{} 类型起作用:

t := obj.(T) // if obj is not T, error
t, ok := obj.(T) // if obj is not T, ok = false

// 类型转换与判断
str, ok := val.(string);

基本数据类型

interface {} // ~ java Object
bool // true/false
string
int8  int16  int32  int64
int // =int32 on 32-bit, =int64 if 64-bit OS
uint8 uint16 uint32 uint64 uintptr
uint
byte // alias for uint8
rune // alias for int32, represents a Unicode code point
float32 float64

字符串

// 多行字符串声明
hellomsg := `
 "Hello" in Chinese is 你好 ('Ni Hao')
 "Hello" in Hindi is नमस्ते ('Namaste')
`

格式化字符串:

fmt.Println("Hello, 你好, नमस्ते, Привет, ᎣᏏᏲ") // basic print, plus newline
p := struct { X, Y int }{ 17, 2 }
fmt.Println( "My point:", p, "x coord=", p.X ) // print structs, ints, etc
s := fmt.Sprintln( "My point:", p, "x coord=", p.X ) // print to string variable

fmt.Printf("%d hex:%x bin:%b fp:%f sci:%e",17,17,17,17.0,17.0) // c-ish format
s2 := fmt.Sprintf( "%d %f", 17, 17.0 ) // formatted print to string variable

序列类型

Array 与 Slice 都可以用来表示序列数据,二者也有着一定的关联。

Array

其中 Array 用于表示固定长度的,相同类型的序列对象,可以使用如下形式创建:

[N]Type
[N]Type{value1, value2, ..., valueN}

// 由编译器自动计算数目
[...]Type{value1, value2, ..., valueN}

其具体使用方式为:

// 数组声明
var a [10]int

// 赋值
a[3] = 42

// 读取
i := a[3]

// 声明与初始化
var a = [2]int{1, 2}
a := [2]int{1, 2}
a := [...]int{1, 2}

Go 内置了 len 与 cap 函数,用于获取数组的尺寸与容量:

var arr = [3]int{1, 2, 3}
arr := [...]int{1, 2, 3}

len(arr) // 3
cap(arr) // 3

不同于 C/C++ 中的指针(Pointer)或者 Java 中的对象引用(Object Reference),Go 中的 Array 只是值(Value)。这也就意味着,当进行数组拷贝,或者函数调用中的参数传值时,会复制所有的元素副本,而非仅仅传递指针或者引用。显而易见,这种复制的代价会较为昂贵。

Slice

Slice 为我们提供了更为灵活且轻量级地序列类型操作,可以使用如下方式创建 Slice:

// 使用内置函数创建
make([]Type, length, capacity)
make([]Type, length)

// 声明为不定长度数组
[]Type{}
[]Type{value1, value2, ..., valueN}

// 对现有数组进行切片转换
array[:]
array[:2]
array[2:]
array[2:3]

不同于 Array,Slice 可以看做更为灵活的引用类型(Reference Type),它并不真实地存放数组值,而是包含数组指针(ptr),len,cap 三个属性的结构体。换言之,Slice 可以看做对于数组中某个段的描述,包含了指向数组的指针,段长度,以及段的最大潜在长度,其结构如下图所示:

// 创建 len 为 5,cap 为 5 的 Slice
s := make([]byte, 5)

// 对 Slice 进行二次切片,此时 len 为 2,cap 为 3
s = s[2:4]

// 恢复 Slice 的长度
s = s[:cap(s)]

需要注意的是, 切片操作并不会真实地复制 Slice 中值,只是会创建新的指向原数组的指针,这就保证了切片操作和操作数组下标有着相同的高效率。不过如果我们修改 Slice 中的值,那么其会 真实修改底层数组中的值,也就会体现到原有的数组中:

d := []byte{'r', 'o', 'a', 'd'}
e := d[2:]
// e == []byte{'a', 'd'}
e[1] = 'm'
// e == []byte{'a', 'm'}
// d == []byte{'r', 'o', 'a', 'm'}

Go 提供了内置的 append 函数,来动态为 Slice 添加数据,该函数会返回新的切片对象,包含了原始的 Slice 中值以及新增的值。如果原有的 Slice 的容量不足以存放新增的序列,那么会自动分配新的内存:

// len=0 cap=0 []
var s []int

// len=1 cap=2 [0]
s = append(s, 0)

// len=2 cap=2 [0 1]
s = append(s, 1)

// len=5 cap=8 [0 1 2 3 4]
s = append(s, 2, 3, 4)

// 使用 ... 来自动展开数组
a := []string{"John", "Paul"}
b := []string{"George", "Ringo", "Pete"}
a = append(a, b...) // equivalent to "append(a, b[0], b[1], b[2])"
// a == []string{"John", "Paul", "George", "Ringo", "Pete"}

我们也可以使用内置的 copy 函数,进行 Slice 的复制,该函数支持对于不同长度的 Slice 进行复制,其会自动使用最小的元素数目。同时,copy 函数还能够自动处理使用了相同的底层数组之间的 Slice 复制,以避免额外的空间浪费。

func copy(dst, src []T) int

// 申请较大的空间容量
t := make([]byte, len(s), (cap(s)+1)*2)
copy(t, s)
s = t

映射类型

var m map[string]int
m = make(map[string]int)
m["key"] = 42

// 删除某个键
delete(m, "key")

// 测试该键对应的值是否存在
elem, has_value := m["key"]

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

Struct & Interface: 结构体与接口

Struct: 结构体

Go 语言中并不存在类的概念,只有结构体,结构体可以看做属性的集合,同时可以为其定义方法。

// 声明结构体
type Vertex struct {
    // 结构体的属性,同样遵循大写导出,小写私有的原则
    X, Y int
    z bool
}

// 也可以声明隐式结构体
point := struct {
    X, Y int
}{1, 2}

// 创建结构体实例
var v = Vertex{1, 2}

// 读取或者设置属性
v.X = 4;

// 显示声明键
var v = Vertex{X: 1, Y: 2}

// 声明数组
var v = []Vertex{{1,2},{5,2},{5,5}}

方法的声明也非常简洁,只需要在 func 关键字与函数名之间声明结构体指针即可,该结构体会在不同的方法间进行复制:

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

// Call method
v.Abs()

对于那些需要修改当前结构体对象的方法,则需要传入指针:

func (v *Vertex) add(n float64) {
    v.X += n
    v.Y += n
}
var p *Person = new(Person) // pointer of type Person

Pointer: 指针

// p 是 Vertex 类型
p := Vertex{1, 2}  

// q 是指向 Vertex 的指针
q := &p

// r 同样是指向 Vertex 对象的指针
r := &Vertex{1, 2}

// 指向 Vertex 结构体对象的指针类型为 *Vertex
var s *Vertex = new(Vertex)

Interface: 接口

Go 允许我们通过定义接口的方式来实现多态性:

// 接口声明
type Awesomizer interface {
    Awesomize() string
}

// 结构体并不需要显式实现接口
type Foo struct {}

// 而是通过实现所有接口规定的方法的方式,来实现接口
func (foo Foo) Awesomize() string {
    return "Awesome!"
}
type Shape interface {
   area() float64
}

func getArea(shape Shape) float64 {
   return shape.area()
}

type Circle struct {
   x,y,radius float64
}

type Rectangle struct {
   width, height float64
}

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

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

func main() {
   circle := Circle{x:0,y:0,radius:5}
   rectangle := Rectangle {width:10, height:5}

   fmt.Printf("Circle area: %f\n",getArea(circle))
   fmt.Printf("Rectangle area: %f\n",getArea(rectangle))
}
//Circle area: 78.539816
//Rectangle area: 50.000000

惯用的思路是先定义接口,再定义实现,最后定义使用的方法:

package animals

type Animal interface {
    Speaks() string
}

// implementation of Animal
type Dog struct{}
func (a Dog) Speaks() string { return "woof" }

/** 在需要的地方直接引用 **/

package circus

import "animals"

func Perform(a animal.Animal) { return a.Speaks() }

Go 也为我们提供了另一种接口的实现方案,我们可以不在具体的实现处定义接口,而是在需要用到该接口的地方,该模式为:

func funcName(a INTERFACETYPE) CONCRETETYPE

定义接口:

package animals

type Dog struct{}
func (a Dog) Speaks() string { return "woof" }

/** 在需要使用实现的地方定义接口 **/
package circus

type Speaker interface {
    Speaks() string
}

func Perform(a Speaker) { return a.Speaks() }

Embedding

Go 语言中并没有子类继承这样的概念,而是通过嵌入(Embedding)的方式来实现类或者接口的组合。

// ReadWriter 的实现需要同时满足 Reader 与 Writer
type ReadWriter interface {
    Reader
    Writer
}

// Server 暴露了所有 Logger 结构体的方法
type Server struct {
    Host string
    Port int
    *log.Logger
}

// 初始化方式并未受影响
server := &Server{"localhost", 80, log.New(...)}

// 却可以直接调用内嵌结构体的方法,等价于 server.Logger.Log(...)
server.Log(...)

// 内嵌结构体的名词即是类型名
var logger *log.Logger = server.Logger

并发编程

Goroutines

Goroutines 是轻量级的线程,可以参考并发编程导论一文中的进程、线程与协程的讨论;Go 为我们提供了非常便捷的 Goroutines 语法:

// 普通函数
func doStuff(s string) {
}

func main() {
    // 使用命名函数创建 Goroutine
    go doStuff("foobar")

    // 使用匿名内部函数创建 Goroutine
    go func (x int) {
        // function body goes here
    }(42)
}

Channels

信道(Channel)是带有类型的管道,可以用于在不同的 Goroutine 之间传递消息,其基础操作如下:

// 创建类型为 int 的信道
ch := make(chan int)

// 向信道中发送值
ch <- 42

// 从信道中获取值
v := <-ch

// 读取,并且判断其是否关闭
v, ok := <-ch

// 读取信道,直至其关闭
for i := range ch {
    fmt.Println(i)
}

譬如我们可以在主线程中等待来自 Goroutine 的消息,并且输出:

// 创建信道
messages := make(chan string)

// 执行 Goroutine
go func() { messages <- "ping" }()

// 阻塞,并且等待消息
msg := <-messages

// 使用信道进行并发地计算,并且阻塞等待结果
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

如上创建的是无缓冲型信道(Non-buffered Channels),其是阻塞型信道;当没有值时读取方会持续阻塞,而写入方则是在无读取时阻塞。我们可以创建缓冲型信道(Buffered Channel),其读取方在信道被写满前都不会被阻塞:

ch := make(chan int, 100)

// 发送方也可以主动关闭信道
close(ch)

Channel 同样可以作为函数参数,并且我们可以显式声明其是用于发送信息还是接收信息,从而增加程序的类型安全度:

// ping 函数用于发送信息
func ping(pings chan<- string, msg string) {
    pings <- msg
}

// pong 函数用于从某个信道中接收信息,然后发送到另一个信道中
func pong(pings <-chan string, pongs chan<- string) {
    msg := <-pings
    pongs <- msg
}

func main() {
    pings := make(chan string, 1)
    pongs := make(chan string, 1)
    ping(pings, "passed message")
    pong(pings, pongs)
    fmt.Println(<-pongs)
}

同步

同步,是并发编程中的常见需求,这里我们可以使用 Channel 的阻塞特性来实现 Goroutine 之间的同步:

func worker(done chan bool) {
    time.Sleep(time.Second)
    done <- true
}

func main() {
    done := make(chan bool, 1)
    go worker(done)

    // 阻塞直到接收到消息
    <-done
}

Go 还为我们提供了 select 关键字,用于等待多个信道的执行结果:

// 创建两个信道
c1 := make(chan string)
c2 := make(chan string)

// 每个信道会以不同时延输出不同值
go func() {
    time.Sleep(1 * time.Second)
    c1 <- "one"
}()
go func() {
    time.Sleep(2 * time.Second)
    c2 <- "two"
}()

// 使用 select 来同时等待两个信道的执行结果
for i := 0; i < 2; i++ {
    select {
    case msg1 := <-c1:
        fmt.Println("received", msg1)
    case msg2 := <-c2:
        fmt.Println("received", msg2)
    }
}

Web 编程

HTTP Server

package main

import (
    "fmt"
    "net/http"
)

// define a type for the response
type Hello struct{}

// let that type implement the ServeHTTP method (defined in interface http.Handler)
func (h Hello) ServeHTTP(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    fmt.Fprint(w, "Hello!")
}

func main() {
    var h Hello
    http.ListenAndServe("localhost:4000", h)
}

// Here's the method signature of http.ServeHTTP:
// type Handler interface {
//     ServeHTTP(w http.ResponseWriter, r *http.Request)
// }

Beego

利用 Beego 官方推荐的 bee 命令行工具,我们可以快速创建 Beego 项目,其目录组织方式如下:

quickstart
├── conf
   └── app.conf
├── controllers
   └── default.go
├── main.go
├── models
├── routers
   └── router.go
├── static
   ├── css
   ├── img
   └── js
├── tests
   └── default_test.go
└── views
    └── index.tpl

在 main.go 文件中,我们可以启动 Beego 实例,并且调用路由的初始化配置文件:

package main

import (
        _ "quickstart/routers"
        "github.com/astaxie/beego"
)

func main() {
        beego.Run()
}

而在路由的初始化函数中,我们会声明各个路由与控制器之间的映射关系:

package routers

import (
        "quickstart/controllers"
        "github.com/astaxie/beego"
)

func init() {
        beego.Router("/", &controllers.MainController{})
}

也可以手动指定 Beego 项目中的静态资源映射:

beego.SetStaticPath("/down1", "download1")
beego.SetStaticPath("/down2", "download2")

在具体的控制器中,可以设置返回数据,或者关联的模板名:

package controllers

import (
        "github.com/astaxie/beego"
)

type MainController struct {
        beego.Controller
}

func (this *MainController) Get() {
        this.Data["Website"] = "beego.me"
        this.Data["Email"] = "astaxie@gmail.com"
        this.TplNames = "index.tpl" // version 1.6 use this.TplName = "index.tpl"
}

DevPractics: 开发实践

文件读写

import (
    "io/ioutil"
)
...
datFile1, errFile1 := ioutil.ReadFile("file1")
if errFile1 != nil {
    panic(errFile1)
}
...

测试

VSCode 可以为函数自动生成基础测试用例,并且提供了方便的用例执行与调试的功能。


/** 交换函数 */
func swap(x *int, y *int) {
    x, y = y, x
}

/** 自动生成的测试函数 */
func Test_swap(t *testing.T) {
    type args struct {
        x *int
        y *int
    }
    tests := []struct {
        name string
        args args
    }{
        // TODO: Add test cases.
    }
    for _, tt := range tests {
        t.Run(tt.name, func(t *testing.T) {
            swap(tt.args.x, tt.args.y)
        })
    }
}

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