Golang(Go语言)

Golang(Go语言)

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Go(又称Golang)是Google开发的一种静态强类型、编译型、并发型,并具有垃圾回收功能的编程语言。

罗伯特·格瑞史莫、罗勃·派克及肯·汤普逊于2007年9月开始设计Go,稍后伊恩·兰斯·泰勒(Ian Lance Taylor)、拉斯·考克斯(Russ Cox)加入项目。Go是基于Inferno操作系统所开发的。Go于2009年11月正式宣布推出,成为开放源代码项目,支持Linux、macOS、Windows等操作系统。

在2016年,Go被软件评价公司TIOBE选为“TIOBE 2016年最佳语言”。

目前,Go每半年发布一个二级版本(即从a.x升级到a.y)。

描述

Go的语法接近C语言,但对于变量的声明有所不同。Go支持垃圾回收功能。Go的并行计算模型是以东尼·霍尔的通信顺序进程(CSP)为基础,采取类似模型的其他语言包括Occam和Limbo,Go也具有这个模型的特征,比如通道传输。通过goroutine和通道等并行构造可以建造线程池和管道等。在1.8版本中开放插件(Plugin)的支持,这意味着现在能从Go中动态加载部分函数。

与C++相比,Go并不包括如枚举、异常处理、继承、泛型(此功能在go1.18中加入)、断言、虚函数等功能,但增加了切片(Slice) 型、并发、管道、垃圾回收、接口等特性的语言级支持。对于断言的存在,则持负面态度,同时也为自己不提供类型继承来辩护。

不同于Java,Go原生提供了关联数组(也称为哈希表(Hashes)或字典(Dictionaries))。

历史

2007年,Google设计Go,目的在于提高在多核、网络机器(networked machines)、大型代码库(codebases)的情况下的开发效率。当时在Google,设计师们想要解决其他语言使用中的缺点,但是仍保留他们的优点。

  • 静态类型和运行时效率。(如:C++)
  • 可读性和易用性。(如:Python 和 JavaScript)
  • 高性能的网络和多进程。

设计师们主要受他们之间流传的“不要像C++”启发。

Go于2009年11月正式宣布推出,版本1.0在2012年3月发布。之后,Go广泛应用于Google的产品以及许多其他组织和开源项目。

在2016年11月,Go(一种无衬线体)和Go Mono 字体(一种等宽字体)分别由设计师查尔斯·比格洛和克莉丝·荷姆斯发布。两种字体均采用了WGL4,并且依照着 DIN 1450 标准,可清晰地使用了 large x-height 和 letterforms 。

在2018年8月,本地的图标更换了。待描述完整 然而,Gopher mascot 仍旧命相同的名字。

在2018年8月,Go的主要贡献者发布了两个关于语言新功能的“草稿设计——泛型和异常处理,同时寻求Go用户的反馈。Go 由于在1.x时,缺少对泛型编程的支持和冗长的异常处理而备受批评。

版本历史

主要版本发布日期语言改动其他改动
1 – 1.0.32012-03-28初始版本 
1.11 – 1.11.62018-08-24
  • Go 1.11 增加 WebAssembly 的实验入口。
  • Go 1.11 初次支持新概念 “modules”, 是 GOPATH 的代替品,并支持版本和包的分发。
  • Go 1.11 停止支持 Windows XP 和 Windows Vista.
  • Go 1.11.3 以及之后会修复 crypto/x509 包的 TLS 认证的脆弱性(vulnerability) .
1.12.12019-02-25
  • Opt-in 对TLS 1.3支持
  • 增强对 modules 的支持( 为在 Go 1.13 称为默认选择做准备)
  • 支持 windows/arm
  • 提高 macOS & iOS 向前兼容
1.13.12019-09-03
  • Go 已支持更统一和更现代化的 数字字义前缀 (number literal prefixes )
  • crypto/tls 包中对TLS 1.3 的支持。(Go 1.14 将会移除 opt-out)
  • 支持错误包装(Error wrapping)


 

代码示例

Hello World

下面是用Go写成的Hello World程序:

package main

import "fmt"

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

HTTP网页服务器

透过Go仅需几行代码就完成HTTP网页服务器的实现:

package main

import (
    "io"
    "net/http"
)

func hello(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    io.WriteString(w, "Hello world!")
}

func main() {
    http.HandleFunc("/", hello)
    http.ListenAndServe(":8000", nil)
}

Echo命令程序

下面的例子说明了怎样用Go去实现一个像Unix中的Echo命令程序:

package main

import (
    "os"
    "flag"
)

var omitNewline = flag.Bool("n", false, "don't print final newline")

const (
    Space   = " "
    Newline = "\n"
)

func main() {
    flag.Parse() // Scans the arg list and sets up flags
    var s string = ""
    for i := 0; i < flag.NArg(); i++ {
        if i > 0 {
            s += Space
        }
        s += flag.Arg(i)
    }
    if !*omitNewline {
        s += Newline
    }
    os.Stdout.WriteString(s)
}

语言特征

撰写风格

Go有定义如下的撰写风格:

  1. 每行程序结束后不需要撰写分号;
  2. 大括号{不能够换行放置。
  3. if判断式和for循环不需要以小括号包覆起来。
  4. 使用 tab 做排版

除了第二点外(换行会产生编译错误),在不符合上述规定时,仍旧可以编译,但使用了内置gofmt工具后,会自动整理代码,使之符合规定的撰写风格。

项目架构

module

Go 采用 module 的概念(于 go1.11才开始激活,旧版本请参阅工作区),每个项目都是一个 module ,而每个 module 底下会有个 go.mod 的文件,来管理该 module 所引用的外部库、开发版本……等等。

一个 module 的文件夹目录可能如下

go.mod
 hello/
     hello.go                
 outyet/
     main.go                 
     main_test.go           # 測試用的程式
 stringutil/
     reverse.go             
     reverse_test.go        #  測試用的程式
 bmp/
     reader.go              
     writer.go               

然后 go.mod 的内容可能为

<code>module example.org/go-mod-sample

go 1.11

require (
	github.com/golang/example v0.0.0-20220412213650-2e68773dfca0 
	golang.org/x/image v0.1.0 
)</code>

工作区

Go的工作区位于GOPATH,其目录结构如下:

src
pkg
bin

三个目录的用途分别为

目录用途
src引用的外部库
pkg编译时,生成的对象文件
bin编译后的程序

举例来说,整个项目目录可能会如下:

bin/
    hello                          # 生成的執行檔
    outyet                         # 生成的執行檔
pkg/
    linux_amd64/
        github.com/golang/example/
            stringutil.a           # 編譯時,生成的對象檔案
src/
    github.com/golang/example/
        .git/                      # 外部 Git 庫的詮釋資料
 hello/
     hello.go               # Git 庫的程式碼
 outyet/
     main.go                # Git 庫的程式碼
     main_test.go           # Git 庫的程式碼(測試用的程式)
 stringutil/
     reverse.go             # Git 庫的程式碼
     reverse_test.go        # Git 庫的程式碼(測試用的程式)
    golang.org/x/image/
        .git/                      # 外部 Git 庫的詮釋資料
 bmp/
     reader.go              # Git 庫的程式碼
     writer.go              # Git 庫的程式碼

轻型协程

Go的主要特色在于易于使用的并行设计,叫做Goroutine,透过Goroutine能够让程序以异步的方式执行,而不需要担心一个函数导致程序中断,因此Go也非常地适合网络服务。假设有个程序,里面有两个函数:

func main() {
    // 假設 loop 是一個會重複執行十次的迴圈函式。
    // 迴圈執行完畢才會往下執行。
    loop()
    // 執行另一個迴圈。
    loop()
}

这个时候透过Go让其中一个函数同步执行,如此就不需要等待该函数执行完后才能执行下一个函数。

func main() {
    // 透過 `go`,我們可以把這個函式同步執行,
    // 如此一來這個函式就不會阻塞主程式的執行。
    go loop()
    // 執行另一個迴圈。
    loop()
}

Goroutine是类似线程的概念,属于纤程(区别于协程和线程)。线程属于系统层面,通常来说创建一个新的线程会消耗较多的资源且管理不易;而协程的主要作用是提供在一个线程内的并发性,却不能利用多个处理器线程。而 Goroutine就像轻量级的线程,一个Go程序可以执行超过数万个 Goroutine,并且这些性能都是原生级的,随时都能够关闭、结束,且运行在多个处理器线程上。一个核心里面可以有多个Goroutine,透过GOMAXPROCS参数你能够限制Gorotuine可以占用几个系统线程来避免失控。

在内置的官方包中也不时能够看见Goroutine的应用,像是net/http中用来监听网络服务的函数实际上是创建一个不断执行循环的Goroutine;同时搭配了epoll 等IO多路复用机制维护Goroutine的事件循环。

编译器

当前有两个Go编译器分支,分别为官方编译器gc和gccgo。官方编译器在初期使用C写成,后用Go重写从而实现自举。Gccgo是一个使用标准GCC作为后端的Go编译器。

官方编译器支持跨平台编译(但不支持CGO),允许将源代码编译为可在目标系统、架构上执行的二进制文件。