工作中用Go: Go基础

背景介绍

工作中用Go: 工具篇 - 简书 (jianshu.com) 介绍了相关工具的使用, 这篇聚集 Go基础.

Go is simple but not easy.

Go 很简单，但不容易掌握

type: 类型系统

先说结论:

• 用法: 类型声明 declare; 类型转换 trans; 类型别名 alias; 类型断言 assert
• 值类型 vs 指针类型
• 0值可用

Go内置关键字, 大部分可以直接从源码中查看 <Go>/src/builtin/builtin.go 中查看, 其中大部分都是Go内置类型

怎么快速查看Go源码, 可以访问上一篇blog: 工作中用Go: 工具篇 - 简书 (jianshu.com)

var 变量

变量的本质: 特定名字 <-> 特定内存块

• 静态语言: 变量所绑定的********内存********区域是要有一个明确的边界的 -> 知道类型才能知道大小
  • 指针: 指针虽然大小固定(32bit/64bit, 依赖平台), 但是其指向的内存, 必须知道类型, 才能知道大小

变量声明的3种方式:

• := 推荐, 支持类型自动推导, 常用分支控制中的局部变量
• var
• 函数的命名返回值

// 申明且显式初始化
a := int(10) 

// 默认为0值
var a int

func A() (a int) // 命名返回值相当于 var a int

变量的作用域(scope)

• 包级别变量: 大写可导出
• 局部变量: 代码库(block{}) 控制语句(for if switch)

变量常见问题 - 变量遮蔽(variable shadowing): 定义了同名变量, 容易导致变量混淆, 产生隐藏bug且难以定位

a, err := A()
// do something
b, err := B() // 再次定义同名 err 变量

type alias 类型别名

类型别名(type alias)的存在，是 渐进式代码修复(Gradual code repair) 的关键

// <Go>/src/builtin/builtin.go

// rune is an alias for int32 and is equivalent to int32 in all ways. It is
// used, by convention, to distinguish character values from integer values.
type rune = int32

类型别名其实是对现实世界的一种映射, 同一个事物拥有不同的名字的场景太多, 比如 apple 和 苹果, 再比如 土豆 和 马铃薯 , 更有意思的一个例子:

你们抓周树人，关我鲁迅什么事？ -- 《楼外楼》

0值

Go中基础类型和0值对照表:

type	0值
int byte rune	0
float	0.0
bool	false
string	""
struct	字段都为0值
slice map pointer interface func	nil

关于 nil, 可以从源码中获取到详细信息:

// <Go>/src/builtin/builtin.go

// nil is a predeclared identifier representing the zero value for a
// pointer, channel, func, interface, map, or slice type.
var nil Type // Type must be a pointer, channel, func, interface, map, or slice type

func 也只是类型的一种:

t := T{}
f := func(){} // 函数字面值.FunctionLiteral

type HandlerFunc func(ResponseWriter, *Request)
http.HandlerFunc(hello) // hello 和 HandlerFunc 出入参相同, 所以才能进行类型转换
func hello(writer http.ResponseWriter, request *http.Request) {
 // fmt.Fprintln(writer, "<h1>hello world</h1>")
 fmt.Fprintf(writer, "<h1>hello world %v</h1>", request.FormValue("name"))
}

值类型 vs 指针类型

结合上面变量的本质来理解:

变量的本质: 特定名字 <-> 特定内存块

那么值类型和指针类型就很容易理解: 值类型在函数调用过程中会发生复制, 指向新的内存块, 而指针则指向同一块内存

再结合上面的0值, 有一个简单的规则:

0值的为 nil 的类型, 函数调用时不会发生复制

当然, 这条规则还需要打上不少补丁, 我们在后面继续聊

还有一个经典问题: 值类型 vs 指针类型, 怎么选 / 用哪个?

其实回答这个问题, 只需要列举几个 Must 的 case 即可:

• noCopy: 不应该复制的场景, 这种情况必须使用指针类型, 尤其要注意 struct, 默认是值类型T, 如果有 noCopy 字段, 必须使用指针类型*T

// 源码中 sync.Mutex 上的说明
// A Mutex must not be copied after first use.

// Go中还有特殊 noCopy 类型
// noCopy may be added to structs which must not be copied
// after the first use.
//
// See https://golang.org/issues/8005#issuecomment-190753527
// for details.
//
// Note that it must not be embedded, due to the Lock and Unlock methods.
type noCopy struct{}

// Lock is a no-op used by -copylocks checker from `go vet`.
func (*noCopy) Lock()   {}
func (*noCopy) Unlock() {}

• 不应当复制的场景: 比如结构体使用 []byte 字段, 如果使用值类型T 导致 []byte 在调用过程中产生复制, 会大大影响性能, 这种情况就要使用*T, 更多细节, 可以参考这个地址: 03 Decisions | Google Style Guides (gocn.github.io)

// Good:
type Record struct {
  buf bytes.Buffer
  // other fields omitted
}

func New() *Record {...}

func (r *Record) Process(...) {...}

func Consumer(r *Record) {...}

// Bad:
type Record struct {
  buf bytes.Buffer
  // other fields omitted
}

func (r Record) Process(...) {...} // Makes a copy of r.buf

func Consumer(r Record) {...} // Makes a copy of r.buf

0值可用

大部分情况下, Go中的类型都是满足 0值可用 的, 需要注意几个点:

• map 不是 0值可用 , 必须进行初始化
  • 使用 make, 如果知道大小也可以预先指定
  • 初始化对应值
  • 函数命名返回值中的map (m map[int]int, 需要显式初始化一次

m := make(map[int]int, 10) // 推荐

var m = map[int]int{1:1} // 初始化对应值

• 0值可用的特殊类型: sync.Mutex sync.Once ...

// 以 sync.Mutex 的使用举例
var mu sync.Mutex // 零值不需要额外初始化

type Counter struct {
 Type int
 Name string

 mu  sync.Mutex // 1.放在要控制的字段上面并空行 2.内嵌字段
 cnt uint64
}

// 1.封装成方法 
// 2.读写都需要
func (c *Counter) Incr() {
 c.mu.Lock()
 c.cnt++
 c.mu.Unlock()
}
func (c *Counter) Cnt() uint64 {
 c.mu.Lock()
 defer c.mu.Unlock()
 return c.cnt
}

• 在具体实践过程中, 类型在申明时没有赋值会自动赋0值, 就需要注意0值什么满足业务需求, 比如:

type ReqListReq struct {
 Month     string     `form:"month"`      // 期间, 格式: 202212
 Status    pay.Status `form:"status"`     // 审批状态
}

type Status int // 审批状态

const (
 StatusNone    Status = iota // 0值
 StatusInit                  // 未开始
 StatusIng                   // 审批中
 StatusDone                  // 已通过
 StatusReject                // 已拒绝
 StatusCancel                // 已撤回
)

如果请求带了 status 查询条件, 则一定非0值

语法和易错点

byte / rune / string

type rune = int32: Go中用 rune 表示一个 utf8 编码, 在 utf8 中, 一个字符由 1-4字节 来编码

len("汉") // 3
utf8.RuneCountInString("汉") // 1

[]byte("汉") // []byte{0xE6, 0xB1, 0x89}
[]rune("汉")

遍历string:

• for-i / s[0] -> byte
• for-range -> rune

字符串拼接:

• + +=
• fmt
• strings 或者 bytes 包中的方法: strings.Builder

性能上的注意点:

• string 和 []byte 的转换会分配内存, 一个推荐的做法是 []byte 使用 bytes 包中的方法, 基本 strings 包有的功能, bytes 包都有
• 使用 strings.Builder 时一定要使用 Grow(), 底层是使用的 slice

slice

• 预先指定大小, 减少内存分配
  • len 需要指定为 0, len不为0时会将 len 个元素全部设为0值, append 从 len 后的元素开始

s := make([]int, 0, 10)
s = append(s, 10)

• 切片的切片: slice 底层使用的 array , 由于 slice 会自动扩容, 在使用切片的切片时, 就一定要小心: 发生写操作时, 是否会影响到原来的切片?

map

• map不是0值可用, 上面👆🏻已经讲到

• map是无序的, 而且是开发组特意加的, 原因可以参考官方blog, 这一条说起来简单, 但是实践上却非常容易犯错, 特别是使用 map 返回 keys / values 集合的情况

  • 查询使用的下拉框
  • 查询多行数据后使用 map 拼接数据, 然后使用map返回 values

• 解决map无序通常2个方法

  • 使用slice保证顺序: 比如上面的例子, 申明了个 slice 就好了, 因为元素都是指针, 让map去拼数据, 后续返回的 slice 就是最终结果了
  • 使用sort.Slice 排序

• map无序还会影响一个骚操作: for-range 遍历map的时候新增key, 新增的key不一定会被遍历到

sort.Slice(resp, func(i, j int) bool {
 return resp[i].MonthNumber < resp[j].MonthNumber
})

• map没有使用 ok 进行判断, 尤其是 map[k]*T 的场景, 极易导致 runtime error: invalid memory address or nil pointer dereference
• map不是并发安全, 真这样写了, 编译也不会通过的😅
• map实现set, 推荐使用 struct{} 明确表示不需要value

type Set[K comparable] map[K]struct{}

struct

• 最重要的其实上面已经介绍过的: T是值类型, *T是指针类型
  • T在初始化时默认会把所有字段设为为0值
  • *T 默认是nil, 其实是不可用状态, 必须要初始化后才能使用
  • 值类型T会产生复制, 要注意 noCopy 的场景

var t T // T的所有字段设置为0值进行初始化

var t *T // nil, 不推荐, t必须初始化才能使用
(t *T) // 函数的命名返回值也会踩这个坑

t := &T{} // 等价的, 都是使用 0 值来初始化T并返回指针, 推荐使用 &T{}
t := new(T)

• 还有2个奇淫巧技

1. struct{} 是 0 内存占用, 可以在一些优化一些场景, 不需要分配内存, 比如

• 上面的 type Set[K comparable] map[K]struct{}
• chan: chan struct{}

2. struct 内存对齐(aligned)

// 查看内存占用: unsafe.Sizeof
i := int32(10)
s := struct {}{}
fmt.Println(unsafe.Sizeof(i)) // 4
fmt.Println(unsafe.Sizeof(s)) // 0

// 查看内存对齐后的内存占用
unsafe.Alignof()

for

• for-range 循环, 循环的 v 始终指向同一个内存, 每次都讲遍历的元素, 进行值复制给 v

// bad
var a []T
var b []*T
for _, v := range a {
 b = append(b, &v) // &V 都是指向同一个地址, 最后导致 b 中都是相同的元素
}

• for+go 外部变量 vs 传参

// bad
for i := 0; i < 10; i++ {
 go func() {
  println(i) // 协程被调度时, i 的值并不确定
 }()
}

// good
for i := 0; i < 10; i++ {
 go func(i int) {
  println(i)
 }(i)
}

break

break + for/select/switch 只能跳出一层循环, 如果要跳出多层循环, 使用 break label

switch

Go中的switch和以前的语言有很大的不同, break只能退出当前switch, 而 Go 中 switch 执行完当前 case 就会退出, 所以大部分情况下, break 都可以省略

func

• 出入参: 还是上面的内容, 值类型 vs 指针类型, 需要注意的是: string/slice/map 作为入参, 只是传了一个描述符进来, 并不会发生全部数据的拷贝
• 变长参数: func(a ...int) 相当于 a []int
• 具名返回值(a int) 相当于 var a int, 考虑到 0值可用, 一定要注意是否要对变量进行初始化
  • 适用场景: 相同类型的值进行区分, 比如返回经纬度; 简短函数简化0值申明, 是函数更简洁
• func也是一种类型, var f func() 和 func f() 函数签名相同(出入参相同)时可以进行类型转换

err

• 惯例
  • 如果有 err, 作为函数最后一个返回值
  • 预期内err, 使用 value; 非预期err, 使用 type

// 初始化
err := errors.New("xxx")
err := fmt.Errorf("%v", xxx)

// wrap
err := fmt.Errorf("wrap err: %w", err)

// 预期内err
var ErrFoo = errors.New("foo")

// 非预期err, 比如 net.Error
// An Error represents a network error.
type Error interface {
 error
 Timeout() bool // Is the error a timeout?

 // Deprecated: Temporary errors are not well-defined.
 // Most "temporary" errors are timeouts, and the few exceptions are surprising.
 // Do not use this method.
 Temporary() bool
}

• 推荐使用 pkg/errors, 使用 %v 可以查看err信息, 使用 %+v 可以查看调用栈
  • 原理是实现了 type Formatter interface

// Format formats the frame according to the fmt.Formatter interface.
//
//    %s    source file
//    %d    source line
//    %n    function name
//    %v    equivalent to %s:%d
//
// Format accepts flags that alter the printing of some verbs, as follows:
//
//    %+s   function name and path of source file relative to the compile time
//          GOPATH separated by \n\t (<funcname>\n\t<path>)
//    %+v   equivalent to %+s:%d
func (f Frame) Format(s fmt.State, verb rune) {
 switch verb {
 case 's':
  switch {
  case s.Flag('+'):
   io.WriteString(s, f.name())
   io.WriteString(s, "\n\t")
   io.WriteString(s, f.file())
  default:
   io.WriteString(s, path.Base(f.file()))
  }
 case 'd':
  io.WriteString(s, strconv.Itoa(f.line()))
 case 'n':
  io.WriteString(s, funcname(f.name()))
 case 'v':
  f.Format(s, 's')
  io.WriteString(s, ":")
  f.Format(s, 'd')
 }
}

defer

• 性能: Go1.17 优化过, 性能损失<5% -> 放心使用
• 场景
  • 关闭资源: defer conn.Close()
  • 配套使用的函数: defer mu.Unlock()
  • recover()
  • 上面场景以外的骚操作, 需谨慎编码

panic

运行时 / panic() 产生, panic 会一直出栈, 直到程序退出或者 recover, 而 defer 一定会在函数运行后执行, 所以:

• recover() 必须放在 defer 中执行, 保证能捕捉到 panic
• 当前协程的 panic 只能被当前协程的 recover 捕获, 一定要小心 野生goroutine, 详细参考这篇blog:

Go源码中还有一种用法: 提示潜在bug

// json/encode.go resolve()
func (w *reflectWithString) resolve() error {
 if w.k.Kind() == reflect.String {
  w.ks = w.k.String()
  return nil
 }
 if tm, ok := w.k.Interface().(encoding.TextMarshaler); ok {
  if w.k.Kind() == reflect.Pointer && w.k.IsNil() {
   return nil
  }
  buf, err := tm.MarshalText()
  w.ks = string(buf)
  return err
 }
 switch w.k.Kind() {
 case reflect.Int, reflect.Int8, reflect.Int16, reflect.Int32, reflect.Int64:
  w.ks = strconv.FormatInt(w.k.Int(), 10)
  return nil
 case reflect.Uint, reflect.Uint8, reflect.Uint16, reflect.Uint32, reflect.Uint64, reflect.Uintptr:
  w.ks = strconv.FormatUint(w.k.Uint(), 10)
  return nil
 }
 panic("unexpected map key type") // 正常情况不会走到这里, 如果走到了, 就有潜在bug
}

方法(method)

• 方法的本质, 是将 receiver 作为函数的第一个参数: func (t *T) xxx(){} -> func xxx(t *T, ){}
• Go有一个语法糖, 无论使用 T 还是 *T 的方法, 都可以调用, 但是需要注意细微的差别:
  • 最重要的: 值类型 vs 指针类型, 尤其是只能使用 *T 的场景
  • 实现 interface 时, *T 可以使用所有方法, 而 T 只能使用 T 定义的方法

interface

• 最重要的一点: interface = type + value, 下面有个很好的例子

func TestInterface(t *testing.T) {
 var a any
 var b error
 var c *error
 d := &b
 t.Log(a == b)   // true
 t.Log(a == c)   // false
 t.Log(c == nil) // true
 t.Log(d == nil) // false
}

使用 debug 查看:

• 尽量使用小接口(1-3个方法): 抽象程度更高 + 易于实现和测试 + 单一职责易于组合复用
• 接口 in, 接口体 out

Go 社区流传一个经验法则：“接受接口，返回结构体（Accept interfaces, return structs）

• 尽量不要使用 any

Go 语言之父 Rob Pike 曾说过：空接口不提供任何信息（The empty interface says nothing）

写在最后

得益于Go的核心理念和设计哲学:

核心理念：简单、诗意、简洁（Simple, Poetic, Pithy）

设计哲学：简单、显式、组合、并发和面向工程

Go 拥有编程语言中相对最少的关键字和类型系统, 让Go入门变得极易学习和上手, 希望这blog能帮助入门的gopher, 更快掌握Go, 同时避免一些易错点