Golang快速入门：从菜鸟到大佬

最近写了不少Go代码，但是写着写着，还是容易忘，尤其是再写点Python代码后。所以找了一篇不错的Golang基础教程，翻译一下，时常看看。

原文链接: 「Learning Go — from zero to hero」 by Milap Neupane

开始

Go是由各种 包 组成的。main包是程序的入口，由它告诉编译器，这是一个可执行程序，而不是共享包。main包定义如下：

package main

工作区

Go的工作区是由环境变量GOPATH决定的。
你可以在工作区里随心所欲地写代码，Go会在GOPATH或者GOROOT目录下搜索包。注：GOROOT是Go的安装路径。

设置GOPATH为你想要的目录：

# export 环境变量
export GOPATH=~/workspace
# 进入工作区目录
cd ~/workspace

在工作区目录里创建main.go文件。

package main

import (
 "fmt"
)

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

我们使用import关键字来引入一个包。func main是执行代码的入口，fmt是Go的内置包，主要用来格式化输入/输出。而Println是fmt中的一个打印函数。

想要运行Go程序，有两种方法。

方法一

大家都知道，Go是一门编译型语言，所以在执行之前，我们需要先编译它。

> go build main.go

这个命令会生成二进制可执行文件 main，然后我们再运行它。

> ./main 
# Hello World!

方法二

一个go run命令就可以搞定。

go run main.go
# Hello World!

注意：你可以在这个网站执行本文中的代码。

变量

Go中的变量都是显式声明的。Go是静态语言，因此声明变量时，就会去检查变量的类型。

变量声明有以下三种方式。

# 1) a的默认值为0
var a int

# 2) 声明并初始化a，a自动赋值为int
var a = 1

# 3) 简写声明
message := "hello world"

还可以在一行声明多个变量

var b, c int = 2, 3

数据类型

数字，字符串 和 布尔型

Go 支持的数字存储类型有很多，比如 int, int8, int16, int32, int64,uint, uint8, uint16, uint32, uint64, uintptr 等等。

字符串类型存储一个字节序列。使用string关键字来声明。

布尔型使用bool声明。

Go还支持复数类型数据类型，可以使用complex64和complex128进行声明。

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)

数组, 分片 和 映射Map

数组是包含同一数据类型的元素序列，在声明时确定数组长度，因此不能随意扩展。

数组的声明方式如下：

var a [5]int

多维数组的声明方式如下：

var multiD [2][3]int

Go中的数组有一定限制，比如不能修改数组长度、不能添加元素、不能获取子数组。这时候，更适合使用slice[分片]这一类型。

分片用于存储一组元素，允许随时扩展其长度。分片的声明类似数组，只是去掉了长度声明。

var b []int

这行代码会创建一个 0容量、0长度的分片。也可以使用以下代码 设置分片的容量和长度。

// 初始化一个长度为5，容量为10的分片
numbers := make([]int,5,10)

实际上，分片是对数组的抽象。分片使用数组作为底层结构。一个分片由三部分组成：容量、长度和指向底层数组的指针。

使用append或者copy方法可以扩大分片的容量。append方法在分片的末尾追加元素，必要时会扩大分片容量。

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

还可以使用copy方法来扩大容量。

// 创建一个更大容量的分片
number2 := make([]int, 15)
// 把原分片复制到新分片
copy(number2, number)

如何创建一个分片的子分片呢？参考以下代码。

// 创建一个长度为4的分片
number2 = []int{1,2,3,4}
fmt.Println(numbers) // -> [1 2 3 4]
// 创建子分片
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的一种数据类型，用于记录键值间的映射关系。使用以下代码创建一个map。

var m map[string]int

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

这里，m是一个键为string，值为int的map变量。

类型转换

接下来看一下如何进行简单的类型转换。

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

并非所有的数据类型都能转换成其他类型。注意：确保数据类型与转换类型相互兼容。

条件语句

if else

参考以下代码中的if-else语句进行条件判断。注意：花括号与条件语句要在同一行。

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用于组织多个条件语句，详看以下代码

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

循环

Go中用于循环的关键字只有一个for。

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

以上代码类似于C语言中的while循环。另一种循环方式如下：

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

Go中的死循环

for {
}

指针

Go提供了指针，用于存储值的地址。指针使用*来声明。

var ap *int

这里的ap变量即指向整型的指针。使用&运算符获取变量地址，*运算符用来获取指针所指向的值。

a := 12
ap = &a

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

以下两种情况，通常优先选用指针。

• 把结构体作为参数传递时。因为值传递会耗费更多内存。
• 声明某类型的方法时。传递指针后，方法/函数可以直接修改指针所指向的值。

比如：

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

函数

main包中的main函数是go程序执行的入口，除此以外，我们还可以定义其他函数。

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关键字加上函数名来定义一个函数。函数的参数需要指明数据类型，最后是返回的数据类型。

函数的返回值也可以在函数中提前定义：

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

这里c被定义为返回值，因此调用return语句时，c会被自动返回。

你也可以一次返回多个变量：

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、结构体和接口

Go 不是完全面向对象的语言，但是有了 方法、结构体和接口，它也可以达到面向对象的效果。

Struct 结构体

结构体包含不同类型的字段，可用来对数据进行分组。例如，如果我们要对Person类型的数据进行分组，那么可以定义一个人的各种属性，包括姓名，年龄，性别等。

type person struct {
  name string
  age int
  gender string
}

有了Person类型后，现在来创建一个 Person对象:

//方法 1: 指定参数和值
p = person{name: "Bob", age: 42, gender: "Male"}

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

可以使用.来获取一个对象的参数。

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

也可以通过结构体的指针对象来获取参数。

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

方法

方法是一种带有接收器的函数。接收器可以是一个值或指针。我们可以把刚刚创建的Person类型作为接收器来创建方法：

package main
import "fmt"

// 定义结构体
type person struct {
  name   string
  age    int
  gender string
}

// 定义方法
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 . 来调用方法 
  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，此处的接收器是一个指针，方法中对指针进行的任何修改，都可以反映在接收器pp上。这样可以避免复制带来的内存消耗。

注意：上面示例中，age被修改了，而name不变。因为只有setAge传入的是指针类型，可以对接收器进行修改。

接口

在Go中，接口是方法的集合。接口可以对一个类型的属性进行分组，比如：

type animal interface {
  description() string
}

animal是一个接口。通过实现animal接口，我们来创建两种不同类型的动物。

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函数中，我们创建了一个类型为animal的变量a。然后，给动物指定蛇和猫的类型，并打印a.description。

包

在Go中，所有的代码都写在包里面。main包是程序执行的入口，Go自带了很多内置包，最有名的就是刚刚用过的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

安装一个包

go get <package-url-github>
// 举个栗子
go get github.com/satori/go.uuid

包默认安装在GOPATH环境变量设置的工作区中。可以使用cd $GOPATH/pkg命令进入目录，查看已安装的包。

自定义包

首先创建一个custom_package文件夹

> mkdir custom_package
> cd custom_package

假设要创建一个person包，首先在custom_package目录下创建一个person文件夹。

> mkdir person
> cd person

然后创建一个 person.go文件

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

现在需要安装这个包，以便引入并使用它。

> go install

注意：如果以上命令报错，确认一下GO111MODULE环境变量是否设置正确，参考链接。

然后回到custom_package目录下，创建一个main.go文件。

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

现在，就可以引入包，并调用Description方法了。注意，secretName方法是小写字母开头的私有方法，所以不能被外部调用。

包的文档

Go内置了对包文档的支持。运行以下命令生成文档:

go doc person Description

这将为person包生成Description函数的文档。请使用以下命令运行Web服务器，查看文档：

godoc -http=":8080"

打开这个链接http://localhost:8080/pkg/，就能看到文档了。

Go中的一些内置包

fmt

fmt包实现了格式化I/O功能。我们已经使用过这个包打印内容到标准输出流了。

json

另外一个很有用的包是json，用来编码/解码Json数据。

// 编码
package main

import (
  "fmt"
  "encoding/json"
)

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

// 解码
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解码json字节时，第一个参数是json字节，第二个是期望解码后的结构体指针。注意：json:"page"负责把page映射到结构体中的PageNumber字段上。

错误处理

报错是程序中的意外产物。假如我们正在使用API调用一个外部服务。这个API调用可能成功，也可能失败。比如，可以使用以下方法，处理报错：

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)
}

返回自定义错误

在写函数时，我们可能会遇到需要报错的情景，这时可以返回一个自定义的error对象。

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)
  }
}

大部分的内置包或者外部包，都有自己的报错处理机制。因此我们使用的任何函数可能报错，这些报错都不应该被忽略，应该像上面示例中，在调用函数的地方，优雅地处理报错。

Panic

当程序在运行过程中，突然遇到了未处理的报错，就会导致panic。在Go中，更推荐使用error对象，而不是panic来处理异常。发生panic后，程序会停止运行，但会运行defer语句代码。

//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语句总是在函数最后执行。

在上面的栗子中，我们触发了panic，但是defer语句依然会在最后执行。Defer适用于 需要在函数最后执行某些操作的场景，比如关闭文件。

并发

Go在设计时考虑了并发性。 Go中的并发可以通过轻量级线程Go routines来实现。

Go routine

Go routine是一个函数，它可以与另一个函数并行或并发执行。 创建Go routine非常简单,只需在函数前面添加关键字go，就可以使其并行执行。 同时，它很轻量级，因此可以创建上千个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函数是一个Go routine，与main函数中的线程并行。有时我们想在多个线程之间共享资源。 Go倾向于不与另一个线程共享变量，因为这会增加死锁和资源等待的可能。但是仙人自有妙招，就是接下来讲到的go channel。

Channels

我们可以使用channel在两个routine之间传递数据。创建channel时，需要指定其接收的数据类型。

c := make(chan string)

通过上面创建的channel，我们可以发送/接收string类型的数据。

package main

import "fmt"

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

接收方channel会一直等待发送方发数据到channel。

单向channel

在某些场景下，我们希望Go routine只接收数据但不发送数据，反之亦然。 这时，我们可以创建一个单向channel。

package main

import (
 "fmt"
)

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

// sc函数：只能发送数据给 channel，不能接收数据
func sc(ch chan<- string) {
 ch <- "hello"
}

使用select语句在Go routine中处理多个channel

一个函数可能正在等待多个通道。这时，我们可以使用select语句。

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，你还可以使用缓冲区channel，如果缓冲区已满，发送到该channel的消息将被阻塞。

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!

最后唠唠嗑

为什么 Golang 能够成功呢？

Simplicity… — Rob-pike

因为简单...

好了，本文终于结束了！你从菜鸟变成大佬了吗？开个玩笑，希望看完能有所收获。