Go！漂亮的語言！

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這一周，利用每天晚上下班回來後的一小時，學習了Google開發的Go語言，算是對其有了個基本的瞭解。確實是門漂亮的語言。

首先，從它的設計目標是設計一種高效的、靜態編譯的、易於編寫的語言。它涉足的是系統級的編程，試圖與C/C++抗衡。

詳細來說，它的設計目標有如下幾點（來自wikipedia和golang FAQ）：

• 安全：型別安全與記憶體安全。沒有繼承，無需處理類型的依賴關係，弱化類型的使用；變數預設初始化，簡化設計負擔。
• 並發和通訊的支援。內建的並發機制使得多線程編程變得非常簡單；內建的chan（channel）類型簡化了線程間通訊。
• 完全的記憶體記憶體回收機制。
  
• 高速編譯。沒有標頭檔、Makefile等複雜的工程依賴關係，使得編譯速度更快，工程更容易組織。

而在我看來，通過一周的學習，給我留下最深印象的，是如下幾個方面：

1. 更符合自然語言的文法。類型的聲明放在變數後面，實戰發現確實比放在前面更易讀。
2. 方便的內建類型。string、map、數組等，這些複雜的類型都內建於語言中。
3. 內建的並發機制。對於多線程程式的編寫支援非常好。
4. 沒有類、只有結構和介面。只是很不習慣，目前還沒有發現這樣做的好處。
5. 文檔。從基本的文法、包的文檔，到教程、設計建議等。對於理解Go，寫好Go非常有協助。

下面我將以我在教程中寫的一些代碼為例，說說我對上面幾點的理解。

自然的文法

go語言的文法，非常符合英語文法的習慣（英語文法較漢語更具有邏輯性，更能清楚的解釋問題）。

比如

定義一個變數：x int，用英語來讀就是x of type int；

定義一個函數：func add(x, y int) int，讀出來就是：a function named add, with parameter x & y of type int, that returns int。非常自然。

當然，要顯示出這種定義的自然性，我們可以看一個複雜的例子，函數指標：

首先看看C語言的定義方式：

int (*fp)(int (*ff)(int x, int y), int b)

它定義了一個函數指標fp，指向一個以函數指標ff和b為參數，並返回int的函數。其中ff指向一個以x,y為參數，並返回int的函數。x！真複雜

如果用Go呢？

fp func(ff func(x, y int) int, b int) int

是不是剛好與上面的描述符合？

這種符合自然語言文法的定義方式，簡化了代碼理解的步驟，也不容易出錯。

關於此部分更詳細的內容，可以參考Go's Declaration Syntax。

下面給出一個hello world程式，一睹為快：

// 類似Java，用包名來組織代碼package mainimport "fmt"// 程式的“入口”，main函數。func main() {fmt.Println("Hello, 世界")// 沒有return語句}

方便的內建類型

這裡我以tour.golang.org中的一個練習為例子，介紹go語言中的map和string。

這個練習要求：

實現WordCount函數。此函數輸入一句英文語句，並返回一個map類型，儲存每個單詞對應的重複次數。主函數以及寫好，包含一個wc.Test函數，用於測試WordCount函數的正確性。

提示：strings.Fields可能會很有協助。

下面是我的實現：

package mainimport ("tour/wc""strings")func WordCount(s string) map[string]int {// 建立一個鍵為string，值為int的map// make可以用來建立任何類型的變數。// 比如make([]int, 3)是建立3個元素的int數組m := make(map[string]int)// 變數的使用可以不用顯示的指明類型// 這裡，words的類型即Fields的傳回值類型，是個字串數組words := strings.Fields(s)// Go語言沒有while、do-while// for 條件 { 執行體 } 即相當於while// for { 執行體 } 即無限迴圈// 這裡，使用for的range特性，取words的索引和值// 分別給_和word，底線_相當於一個預留位置，不賦值給具體的變數// 同樣，還可以使用：i, _ := range words，表示只需要其索引// 甚至可以使用：_, _ := range words，表示只需要迴圈相應次數即可for _, word := range words {// 根據鍵取map中的值，並修改// Go是記憶體安全的語言，如果m中不存在word鍵// 將會自動建立一個word，並初始化其值為0m[word]++;}return m}func main() {wc.Test(WordCount)}

由這個例子，我們可以瞭解到Go語言的很多特性，比如_, word := range words這樣的多個賦值同時進行（也可用於函數傳回值），比如內建的string、map類型，比如簡化的迴圈體（沒有括弧，去掉while,do-while，支援多種迴圈條件的定義），還有代碼的組織方式等。

結構體和介面

Go語言沒有類的概念，沒有構造、解構函式，更沒有繼承。只有結構體和介面。

下面以Exercise: Images為例，介紹Go語言的結構體和介面的使用：

package mainimport ("image""image/color""tour/pic")// 定義Image類型// 類似的定義還可以這樣：type MyInt int// 相當於typedeftype Image struct{content [][]uint32// 二維數組，儲存圖片內容// 包含每個像素點的RGBA值。width, height int// 圖片寬度和高度}// 自訂的像素點函數，返回給定點的RGBA值func valueOfPointer(x, y int) uint32 {return uint32(0xfffff*x^(0xfffff*y + 0xff))}// 自訂的圖片產生函數，用於使用給定的像素點函數產生一幅圖片func makePic(w, h int, f func(int,int) uint32) *Image {img := new(Image)img.width = wimg.height = h// 此處先申請一個長度為w，類型為[]uint32的數組img.content = make([][]uint32, w)for x := 0; x < w; x++ {// 再為每個數組的元素申請h長度的uint32型數組// 由此而建立出一塊 w x h 的二維數組img.content[x] = make([]uint32, h)// 使用f函數為每個像素賦值for y := 0; y < h; y++ {img.content[x][y] = f(x, y)}}return img}////////////////////////////////////////////// 接下來的幾個函數是介面image.Image的函數實現// Go語言中，無需顯示的申明實現介面// 只需要實現介面的所有函數，即實現了介面// Bounds 函數返回圖片的可用性區域域// 在 func 和函數名之間加上類型，表示此函數是該類型的成員函數// 注意，此處的類型不僅限於結構體，比如浮點數、整數都可以。func (img *Image) Bounds() image.Rectangle {return image.Rect(0, 0, img.width, img.height)}// ColorModel 函數指明圖片使用的顏色模式// 這裡，我們選用RGBA模式func (img *Image) ColorModel() color.Model {return color.RGBAModel}// At 函數，返回指定像素點的顏色屬性func (img *Image) At(x, y int) color.Color {// 根據練習的說明設定超出範圍的點的顏色if x >= img.width || y >= img.height {return color.RGBA{uint8(x), uint8(y), 0xff, 0xff}}// 根據儲存的二維數組，產生RGBA模式的顏色並返回var c = img.content[x][y]return color.RGBA{uint8((c >> 24) & 0xff),uint8((c >> 16) & 0xff),uint8((c >> 8) & 0xff),uint8(c & 0xff) }}func main() {m := makePic(200, 100, valueOfPointer)// 調用pic類的ShowImage來顯示產生的圖片pic.ShowImage(m)}

可能是我還未理解Go語言的精髓，暫時沒有發現這種沒有類、甚至沒有顯示繼承關係的設計有怎樣的優勢。如果有知道的朋友一定要告訴我，非常感謝！

內建的並發機制

Go語言內建了並發機制，無需第三方庫的支援就可以方便的建立線程。並且，Go語言套件含一個chan類型用於線程間的變數傳遞，降低了使用共用記憶體傳遞的風險，有些類似於unix裡的管道。

下面先以一個Equivalent Binary Trees的例子，來介紹並發以及chan的使用，並進一步熟悉Go語言：

package mainimport ("fmt""tour/tree""sort")// Walk 遍曆t，將其所有的內容由ch發送出去// 我使用遞迴的方式實現了它// 注意，Go語言的channel是有類型的func Walk(t *tree.Tree, ch chan int) {if t.Left != nil {Walk(t.Left, ch)}if t.Right != nil {Walk(t.Right, ch)}// 使用 <- 符號將變數值發送到chanch <- t.Value}// Same 決定t1、t2是否是具有相同內容的兩棵樹func Same(t1, t2 *tree.Tree) bool {// 建立兩個具有緩衝的管道// 管理髮送的線程將不停的發送，直至緩衝溢出，// 等到管理接收的線程取出值以後，才能繼續發送// 這相當於一個固定大小的隊列。ch1 := make(chan int, 10)ch2 := make(chan int, 10)// 使用兩個數組來儲存樹的內容a1  := make([]int, 10)a2  := make([]int, 10)// 建立兩個線程，同時開始遍曆go Walk(t1, ch1)go Walk(t2, ch2)// 主線程將不停的接收另外兩個線程傳來的資料for i := 0; i < 10; i++ {a1[i] = <- ch1a2[i] = <- ch2}// 排序以便於檢查其內容是否一致sort.Ints(a1)sort.Ints(a2)for i := 0; i < 10; i++ {if a1[i] != a2[i] {return false}}return true}func main() {// tree.New(k)可以建立內容包含k, 2k, 3k, ..., nk的樹t1 := tree.New(1)t2 := tree.New(2)ch := make(chan int, 10)// 列印t1樹fmt.Print("t1: ")go Walk(t1, ch)for i := 0; i < 10; i++ {fmt.Printf("%2d, ", <- ch)}fmt.Println()// 列印t2樹fmt.Print("t2: ")go Walk(t2, ch)for i := 0; i < 10; i++ {fmt.Printf("%2d, ", <- ch)}fmt.Println()// 測試Same函數fmt.Printf("Is %v that t1 equal t1.\n", Same(t1, t1))fmt.Printf("Is %v that t1 equal t2.\n", Same(t1, t2))}

由例子可以看到管道的使用方式： <- 。發送可以用 channel <- value，接收可以用 variable := <- channel。非常形象。

Go語言中的並發是基於函數的。使用 go function() 即可使此函數在新的線程中運行，父線程將繼續運行，不會等待函數結束。

並發更複雜更靈活的運用，請看練習：Web Crawler。

OK，關於Go的簡單介紹就到這裡，更詳細的文檔請參閱Go語言官方網站：http://golang.org/。

本專題（Go語言學習）所涉及的代碼已經同步到GitHub上，便於分享，下面是連結：

https://github.com/tankery/study-go

註：從今天起，我將以每星期至少一篇的頻率寫這份部落格。

至於每周一篇的頻率，是由我常年加班的工作性質決定的。每周一篇，法定節日休息。。。