Go程序设计语言

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he Go Programming Language “Go是一种开源的程序设计语言,它意在使得人们能够方便地构建简单、可靠、高效的软件。”(来自Go官网golang.org) Go在2007年9月形成构想,并于2009年11月发布,其发明人是Robert Griesemer、Rob Pike和Ken Thompson,这几位都任职于Google。该语言及其配套工具集使得编译和执行既富有表达力又高效,而且使得程序员能够轻松写出可靠、健壮的程序。 Go和C从表面上看起来相似,而且和C一样,它也是专业程序员使用的一种工具,兼有事半功倍之效。但是Go远不止是C的一种升级版本。基于多种其他语言,它取其精华,去其糟粕。它实现并发功能的设施是全新的、高效的,实现数据抽象和面向对象的途径是极其灵活的。它还实现了自动化的内存管理,或称为垃圾回收。 Go特别适用于构建基础设施类软件(如网络服务器),以及程序员使用的工具和系统等。但它的的确确是一种通用语言,而且在诸多领域(如图像处理、移动应用和机器学习)中都能发现它的身影。它在很多场合下用于替换无类型的脚本语言,这是由于它兼顾了表达力和安全性:Go程序通常比动态语言程序运行速度要快,由于意料之外的类型错误而导致崩溃的情形更是少得多。 Go是个开源项目,所以其编译器、库和工具的源代码是人人皆可免费取得的。来自全世界的社区都在积极地向这个项目贡献代码。Go的运行环境包括类UNIX系统——Linux、FreeBSD、OpenBSD和Mac OS X,还有Plan 9和Microsoft Windows。只要在其中一个环境中写了一个程序,那么基本上不加修改它就可以运行在其他环境中。 本书旨在帮助读者立刻开始使用Go,以及熟练掌握这门语言,并充分地利用Go的语言特性和标准库来撰写清晰的、符合习惯用法的、高效的程序。 Go的起源 和生物学物种一样,成功的语言会繁衍后代,这些后代语言会从它们的祖先那里汲取各种优点;有时候,语言间的“混血”会产生异常强大的力量;在一些罕见情况下,某个重大的语言特性也可能凭空出现而并无先例。通过考察语言间的影响,我们可以学得不少知识,比如语言为什么会变成这个样子,以及它适合用于哪些环境,等等。 下图展示了更早出现的程序设计语言对Go产生的最重要影响。 Go有时会称为“类C语言”或“21世纪的C”。从C中,Go继承了表达式语法、控制流语句、基本数据类型、按值调用的形参传递和指针,但比这些更重要的是,继承了C所强调的要点:程序要编译成高效的机器码,并自然地与所处的操作系统提供的抽象机制相配合。 可是,Go的家谱中还有其他祖先。产生主要影响的是由Niklaus Wirth设计的、以Pascal为发端的一个语言支流。Modula-2启发了包概念。Oberon消除了模块接口文件和模块实现文件之间的差异。Oberon-2影响了包、导入和声明的语法,并提供了方法声明的语法。 Go的另一支世系祖先——它使得Go相对于当下的程序设计语言显得卓然不群,是在贝尔实验室开发的一系列名不见经传的研究用语言。这些语言都受到了通信顺序进程(Communicating Sequential Process,CSP)的启发,CSP由Tony Hoare于1978年在发表的关于并发性基础的开创性论文中提出。在CSP中,程序就是一组无共享状态进程的并行组合,进程间的通信和同步采用通道完成。不过,Hoare提出的CSP是一种形式语言,仅用于描述并发性的基本概念,并不是一种用来撰写可执行程序的程序设计语言。 Rob Pike等人开始动手做一些实验,尝试把CSP实现为真正的语言。第一种这样的语言称为Squeak(“和鼠类沟通的语言”),它是一种用于处理鼠标和键盘事件的语言,其中具有静态创建的通道。紧接着它的是Newsqueak,它具有类C的语句和表达式语法,以及类Pascal的类型记法。它是一种纯粹的函数式语言,具有垃圾回收功能,同样也以管理键盘、鼠标和窗口事件为目标。通道变成了“一等”值(first-class value),它可以动态创建并用变量存储。 Plan 9操作系统将这些思想都纳入一种称为Alef的语言中。Alef尝试将Newsqueak改造成一种可用的系统级程序设计语言,但垃圾回收功能的缺失使得它在处理并发性时捉襟见肘。 Go中的其他结构也会不时显示出某些并非来自祖先的基因。例如,iota多多少少有点APL的影子,而嵌套函数的词法作用域则来自Scheme(以及由之而来的大部分语言)。在Go语言中,也可以发现全新的变异。Go中新颖的slice不仅为动态数组提供了高效的随机访问功能,还允许旧式链表的复杂共享机制。另外,defer语句也是Go中新引入的。 Go项目 所有的程序设计语言都反映了其发明者的程序设计哲理,其中相当大的一部分是对于此前语言已知缺点的应对措施。Go这个项目也诞生于挫败感,这种挫败感来源于Google的若干复杂性激增的软件系统。(而且这个问题绝非Google所独有的。) “复杂性是以乘积方式增长的。”Rob Pike如是说。为了修复某个问题,一点点地将系统的某个部分变得更加复杂,这不可避免地也给其他部分增加了复杂性。在不断要求增加系统功能、选项和配置,以及快速发布的压力之下,简单性往往被忽视了(尽管长期来看,简单性才是好软件的不二法门)。 要实现简单性,就要求在项目的一开始就浓缩思想的本质,并在项目的整个生命周期制定更具体的准则,以分辨出哪些变化是好的,哪些是坏的或致命的。只要足够努力,好的变化就既可以实现目的,又能够不损害Fred Brooks所谓软件设计上的“概念完整性”。坏的变化就做不到这一点,而致命的变化则会牺牲“简单性”去换得浅薄的“方便性”。但是,只有通过设计上的简单性,系统才能在增长过程中保持稳定、安全和自洽。 Go项目不仅包括该语言本身及其工具和标准库,还有决不能忽视的一点,就是它保持极端简单性的行为文化。在高级语言中,Go出现得较晚,因而有一定后发优势,它的基础部分实现得不错:有垃圾回收、包系统、一等公民函数、词法作用域、系统调用接口,还有默认用UTF-8编码的不可变字符串。但相对来说,它的语言特性不多,而且不太会增加新特性了。比如,它没有隐式数值类型强制转换,没有构造或析构函数,没有运算符重载,没有形参默认值,没有继承,没有泛型,没有异常,没有宏,没有函数注解,没有线程局部存储。这门语言成熟而且稳定,并且保证兼容更早版本:在旧版本的Go语言中写的程序,可以在新版本的编译器和标准库下编译与运行。 Go的类型系统足可以使程序员避免在动态语言中会无意犯下的绝大多数错误,但相对而言,它在带类型的语言中又算是类型系统比较简单的。其实现方法有时候会导致类型框架林立却彼此孤立的“无类型”程序设计风格,并且Go程序员在类型方面不会像C++或Haskell程序员那样走极端——反复表达类型安全性以证明语言是基于类型的。但在实际工作中,Go却能为程序员提供只有强类型的系统才能实现的安全性和运行时性能,而不让程序员承担其复杂性。 Go提倡充分利用当代计算机系统设计,尤其强调局部性的重要意义。其内置数据类型和大多数库数据结构都经过仔细设计,力求以自然方式工作,而不要求显式的初始化或隐式的构造函数。这么一来,隐藏在代码中的内存分配和内存写入就大大减少了。Go中的聚合类型(结构体和数组)都以直接方式持有其元素,与使用间接字段的语言相比,它需要更少的存储空间以及更少的分配操作和指针间接寻址操作。正如前面提到的那样,由于现代计算机都是并行工作的,因此Go具有基于CSP的并行特性。Go还提供了变长栈来运行其轻量级线程,或称为goroutine。这个栈初始时非常小,所以创建一个goroutine的成本极低,创建100万个也完全可以接受。 Go标准库常常称作“自带电池的语言”,它提供了清晰的构件,以及用于I/O、文本处理、图形、加密、网络、分布式应用的API,而且对许多标准文件格式和协议都提供了支持。Go的库和工具充分地尊重惯例,避免了配置和解释,从而简化了程序逻辑,提高了多种多样的Go程序之间的相似性,使得它更容易学习和掌握。采用go工具构建的项目,仅使用文件和标识符的名字(在极少情况下使用特殊注释),就可以推断出一个项目使用的所有库、可执行文件、测试、性能基准、示例、平台相关变体,以及文档。Go的源代码中就包含了构建的规格说明。 本书结构 我们假定你已用一两种其他语言编过程序,可能是像C、C++或Java那样的编译型语言,也可能是像Python、Ruby或JavaScript那样的解释型语言,所以本书不会像针对一个零基础的初学者那样事无巨细地讲述所有内容。表面上的语法大体雷同,变量、常量、表达式、控制流和函数也一样。 第1章是关于Go的基础结构的综述,通过十几个完成日常任务(包括读写文件、格式化文本、创建图像,以及在Internet客户端和服务器之间通信)的程序来介绍这门语言。 第2章讲述Go程序的组成元素——声明、变量、新类型、包和文件,以及作用域。第3章讨论数值、布尔量、字符串、常量,还解释如何处理Unicode。第4章描述复合类型,即使用简单类型构造的类型,形式有数组、map、结构体,还有slice(Go中动态列表的实现)。第5章概述函数,并讨论错误处理、宕机(panic)和恢复(recover),以及defer语句。 可以看出,第1~5章是基础性的,其内容是任何主流命令式语言都有的。Go的语法和风格可能与其他语言有所不同,但大多数程序员都能很快掌握这些内容。余下的章节重点讨论Go语言中与惯常做法有一定区别的内容,包括方法、接口、并发、包、测试和反射。

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