基础语法
前言
Go语言定义
Go(又称 Golang)是 Google 的 Robert Griesemer,Rob Pike 及 Ken Thompson 开发的一种静态、强类型、编译型语言。Go 语言语法与 C 相近,但功能上有:内存安全,GC,结构形态及 CSP-style 并发计算
。适用范围
本篇文章适用于学习过其他面向对象语言(Java、Php),但没有学过Go语言的初学者。文章主要从Go与Java功能上的对比来阐述Go语言的基础语法、面向对象编程、并发与错误四个方面。
一、基础语法
Go语言的基础语法与常规的编程语言基本类似,所不同的有声明变量的方式,数组、切片、字典的概念及功能与Java不太相同,不过Java中这些数据结构都可以通过类比功能的方式在Go中使用。
1.1 变量、常量、nil与零值、方法、包、可见性、指针
1.1.1 变量声明
Go语言中有两种方式
1.使用
var
关键字声明,且需要注意的是,与大多数强类型语言不同,Go语言的声明变量类型位于变量名称的后面。Go语句结束不需要分号。var num int
var result string = "this is result"
2.使用
:=
赋值。num := 3
等同于 var num int = 3
其中变量的类型会根据右侧的值进行匹配,例如"3"会匹配为int,"3.0"会匹配为float64,"result"会匹配为string。
1.1.2 常量声明
使用
const
来声明一个常量,一个常量在声明后不可改变。const laugh string = "go"
1.1.3 nil与零值
只声明未赋值的变量,其值为nil。类似于java中的“null” 。
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)。
1.1.4 方法、包
Go中方法的定义
使用func关键字来定义一个方法,后面跟方法名,然后是参数,返回值(如果有的话,没有返回值则不写)。
func MethodName(p1 Parm, p2 Parm) int{}
多个返回值
Go 函数与其他编程语言一大不同之处在于支持多返回值,这在处理程序出错的时候非常有用。例如,如果上述
add
函数只支持非负整数相加,传入负数则会报错。变长参数
包与可见性
在 Go 语言中,无论是变量、函数还是类属性和成员方法,它们的可见性都是以包为维度的,而不是类似传统面向编程那样,类属性和成员方法的可见性封装在所属的类中,然后通过
private
、protected
和 public
这些关键字来修饰其可见性。Go 语言没有提供这些关键字,不管是变量、函数,还是自定义类的属性和成员方法,它们的可见性都是根据其首字母的大小写来决定的,如果变量名、属性名、函数名或方法名首字母大写,就可以在包外直接访问这些变量、属性、函数和方法,否则只能在包内访问,因此 Go 语言类属性和成员方法的可见性都是包一级的,而不是类一级的。
假如说一个名为
domain
的文件夹下有3个.go文件,则三个文件中的package
都应为domain
,其中程序的入口main方法所在的文件,包为main
1.1.5 指针
对于学过C语言来说,指针还是比较熟悉的,我所理解的指针,其实就是一个在内存中实际的16进制的地址值,引用变量的值通过此地址去内存中取出对应的真实值。
1.2 条件、循环、分支
1.2.1 条件
与Java语言的if基本相同
1.2.2 循环
1.2.3 分支
1.3 数组、切片、字典
1.3.1 数组
数组功能与Java语言类似,都是长度不可变,并且可以使用多维数组,也可以通过arrays[i]来存储或获取值。
数组使用较为简单,但是存在着难以解决的问题:长度固定 。
例如当我们在程序中需要一个数据结构来存储获取到的所有用户,因为用户数量是会随着时间变化的,但是数组其长度却不可改变,所以数组并不适合存储长度会发生改变的数据。因此在Go语言中通过使用切片来解决以上问题。
1.3.2 切片
切片相比于Java来说是一种全新的概念。在Java中,对于不定长的数据存储结构,可以使用List接口来完成操作,例如有ArrayList与LinkList,这些接口可以实现数据的随时添加与获取,并没有对长度进行限制。但是在Go中不存在这样的接口,而是通过切片(Slice)来完成不定长的数据长度存储。
切片与数组最大的不同就是切片不用声明长度。但是切片与数组并非毫无关系,数组可以看作是切片的底层数组,而切片则可以看作是数组某个连续片段的引用。切片可以只使用数组的一部分元素或者整个数组来创建,甚至可以创建一个比所基于的数组还要大的切片:
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。
切片的长度从功能上类比与Java中List的size(),即通过len(slice)来感知切片的长度,即可对len(slice)进行循环,来动态控制切片内的具体内容。切片的容量在实际开发中运用不多,了解其概念即可。
创建切片
动态操作切片
切片的常用场景
模拟上述提到的问题使用切片解决方案
1.3.3 字典
字典也可称为 ‘键值对’ 或 ‘key-value’,是一种常用的数据结构,Java中有各种Map接口,常用的有HashMap等。在Go中通过使用字典来实现键值对的存储,字典是无序的,所以不会根据添加顺序来保证数据的顺序。
字典的声明与初始化
字典的使用场景
二、面向对象编程
2.1 Go语言中的类
众所周知,在面向对象的语言中,一个类应该具有属性、构造方法、成员方法三种结构,Go语言也不例外。
2.1.1 类的声明与初始化
Go语言中并没有明确的类的概念,只有
struct
关键字可以从功能上类比为 面向对象语言中的“类” 。比如要定义一个学生类,可以这么做:2.1.2 成员方法
Go中的成员方法声明与其他语言不大相同。以Student类为例,
2.2 接口
接口在 Go 语言中有着至关重要的地位,如果说 goroutine 和 channel 是支撑起 Go 语言并发模型的基石,那么接口就是 Go 语言整个类型系统的基石。Go 语言的接口不单单只是接口,下面就让我们一步步来探索 Go 语言的接口特性。
2.2.1 传统侵入式接口实现
和类的实现相似,Go 语言的接口和其他语言中提供的接口概念完全不同。以 Java、PHP 为例,接口主要作为不同类之间的契约(Contract)存在,对契约的实现是强制的,体现在具体的细节上就是如果一个类实现了某个接口,就必须实现该接口声明的所有方法,这个叫「履行契约」:
这个时候,如果有另外有一个接口
iTemplate2
声明了与 iTemplate
完全一样的接口方法,甚至名字也叫 iTemplate
,只不过位于不同的命名空间下,编译器也会认为上面的类 Template
只实现了 iTemplate
而没有实现 iTemplate2
接口。这在我们之前的认知中是理所当然的,无论是类与类之间的继承,还是类与接口之间的实现,在 Java、PHP 这种单继承语言中,存在着严格的层级关系,一个类只能直接继承自一个父类,一个类也只能实现指定的接口,如果没有显式声明继承自某个父类或者实现某个接口,那么这个类就与该父类或者该接口没有任何关系。
我们把这种接口称为侵入式接口,所谓「侵入式」指的是实现类必须明确声明自己实现了某个接口。这种实现方式虽然足够明确和简单明了,但也存在一些问题,尤其是在设计标准库的时候,因为标准库必然涉及到接口设计,接口的需求方是业务实现类,只有具体编写业务实现类的时候才知道需要定义哪些方法,而在此之前,标准库的接口就已经设计好了,我们要么按照约定好的接口进行实现,如果没有合适的接口需要自己去设计,这里的问题就是接口的设计和业务的实现是分离的,接口的设计者并不能总是预判到业务方要实现哪些功能,这就造成了设计与实现的脱节。
接口的过分设计会导致某些声明的方法实现类完全不需要,如果设计的太简单又会导致无法满足业务的需求,这确实是一个问题,而且脱离了用户使用场景讨论这些并没有意义,以 PHP 自带的 SessionHandlerInterface 接口为例,该接口声明的接口方法如下:
用户自定义的 Session 管理器需要实现该接口,也就是要实现该接口声明的所有方法,但是实际在做业务开发的时候,某些方法其实并不需要实现,比如如果我们基于 Redis 或 Memcached 作为 Session 存储器的话,它们自身就包含了过期回收机制,所以
gc
方法根本不需要实现,又比如 close
方法对于大部分驱动来说,也是没有什么意义的。正是因为这种不合理的设计,所以在编写 PHP 类库中的每个接口时都需要纠结以下两个问题(Java 也类似):
- 一个接口需要声明哪些接口方法?
- 如果多个类实现了相同的接口方法,应该如何设计接口?比如上面这个
SessionHandlerInterface
,有没有必要拆分成多个更细分的接口,以适应不同实现类的需要?
接下我们来看看 Go 语言的接口是如何避免这些问题的。
2.2.2 Go 语言的接口实现
在 Go 语言中,类对接口的实现和子类对父类的继承一样,并没有提供类似
implement
这种关键字显式声明该类实现了哪个接口,一个类只要实现了某个接口要求的所有方法,我们就说这个类实现了该接口。例如,我们定义了一个
File
类,并实现了 Read()
、Write()
、Seek()
、Close()
四个方法:假设我们有如下接口(Go 语言通过关键字
interface
来声明接口,以示和结构体类型的区别,花括号内包含的是待实现的方法集合):尽管
File
类并没有显式实现这些接口,甚至根本不知道这些接口的存在,但是我们说 File
类实现了这些接口,因为 File
类实现了上述所有接口声明的方法。当一个类的成员方法集合包含了某个接口声明的所有方法,换句话说,如果一个接口的方法集合是某个类成员方法集合的子集,我们就认为该类实现了这个接口。与 Java、PHP 相对,我们把 Go 语言的这种接口称作非侵入式接口,因为类与接口的实现关系不是通过显式声明,而是系统根据两者的方法集合进行判断。这样做有两个好处:
- 其一,Go 语言的标准库不需要绘制类库的继承/实现树图,在 Go 语言中,类的继承树并无意义,你只需要知道这个类实现了哪些方法,每个方法是干什么的就足够了。
- 其二,定义接口的时候,只需要关心自己应该提供哪些方法即可,不用再纠结接口需要拆得多细才合理,也不需要为了实现某个接口而引入接口所在的包,接口由使用方按需定义,不用事先设计,也不用考虑之前是否有其他模块定义过类似接口。
这样一来,就完美地避免了传统面向对象编程中的接口设计问题。
三、并发与多线程
3.1 Goroutine
对于任何一个优秀的语言来说,并发处理的能力都是决定其优劣的关键。在Go语言中,通过Goroutine来实现并发的处理。
Go语言中没有像Java那么多的锁来限制资源同时访问,只提供了Mutex来进行同步操作。
3.2 Channel
多协程之间通过Channel进行通信,从功能上可以类比为Java的volatile关键字。
ch := make(chan int)
声明一个int型的Channel,两个协程之间可以通过ch
进行int数据通信。通过Channel进行数据传输。
四、错误处理
4.1 error
Go 语言错误处理机制非常简单明了,不需要学习了解复杂的概念、函数和类型,Go 语言为错误处理定义了一个标准模式,即
error
接口,该接口的定义非常简单:其中只声明了一个
Error()
方法,用于返回字符串类型的错误消息。对于大多数函数或类方法,如果要返回错误,基本都可以定义成如下模式 —— 将错误类型作为第二个参数返回:然后在调用返回错误信息的函数/方法时,按照如下「卫述语句」模板编写处理代码即可:
非常简洁优雅。
4.2 defer
defer用于确保一个方法执行完成之后,无论执行结果是否成功,都要执行defer中的语句。类似于Java中的try..catch..finally用法。例如在文件处理中,无论结果是否成功,都要关闭文件流。
4.3 panic
Go语言中没有太多的异常类,不像Java一样有Error、Exception等错误类型,当然也没有try..catch语句。
Panic(恐慌),意味在程序运行中出现了错误,如果该错误未被捕获的话,就会造成系统崩溃退出。例如一个简单的panic:
a := 1/0
。就会引发panic: integer divide by zero。
其中第一行表示出问题的协程,第二行是问题代码所在的包和函数,第三行是问题代码的具体位置,最后一行则是程序的退出状态,通过这些信息,可以帮助你快速定位问题并予以解决。
4.4 recover
当有可以预见的错误时,又不希望程序崩溃退出,可以使用recover()语句来捕获未处理的panic。recover应当放在defer语句中,且该语句应该在方法中前部,避免未能执行到defer语句时就引发了系统异常退出。
可以看到,虽然会出现异常,但我们使用recover()捕获之后,就不会出现系统崩溃退出的情形,而只是将该方法结束。其中
fmt.Printf("%d / %d = %d\n", i, j, k)
语句并没有执行到,因为代码执行到他的上一步已经出现异常导致该方法提前结束。4 recover
当有可以预见的错误时,又不希望程序崩溃退出,可以使用recover()语句来捕获未处理的panic。recover应当放在defer语句中,且该语句应该在方法中前部,避免未能执行到defer语句时就引发了系统异常退出。
可以看到,虽然会出现异常,但我们使用recover()捕获之后,就不会出现系统崩溃退出的情形,而只是将该方法结束。其中
fmt.Printf("%d / %d = %d\n", i, j, k)
语句并没有执行到,因为代码执行到他的上一步已经出现异常导致该方法提前结束。五、总结
通过以上的学习,大家可以以使用为目的的初步了解到go的基础语法,但是仅凭本文想要学明白go是完全不够的。例如go的最大优势之一“协程”,由于文章目的就没有特别详细展开,有兴趣的同学可以继续学习。
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