极客兔兔

Go 语言简明教程

Golang中文教程

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。 —— Go - wikipedia.org

1 Go 安装

最新版本下载地址官方下载 golang.org,当前是 1.13.6。如无法访问,可以在 studygolang.com/dl 下载

使用 Linux,可以用如下方式快速安装。

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$ wget https://studygolang.com/dl/golang/go1.13.6.linux-amd64.tar.gz
$ tar -zxvf go1.13.6.linux-amd64.tar.gz
$ sudo mv go /usr/local/

$ go version
go version go1.13.6 linux/amd64

Go 1.11 版本开始,Go 提供了 Go Modules 的机制,推荐设置以下环境变量,第三方包的下载将通过国内镜像,避免出现官方网址被屏蔽的问题。

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$ go env -w GOPROXY=https://goproxy.cn,direct

或在 ~/.profile 中设置环境变量

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export GOPROXY=https://goproxy.cn

2 Hello World

新建一个文件 main.go,写入

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package main

import "fmt"

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

执行go run main.gogo run .,将会输出

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$ go run .
Hello World!

如果强制启用了 Go Modules 机制,即环境变量中设置了 GO111MODULE=on,则需要先初始化模块 go mod init hello
否则会报错误:go: cannot find main module; see ‘go help modules’

我们的第一个 Go 程序就完成了,接下来我们逐行来解读这个程序:

  • package main:声明了 main.go 所在的包,Go 语言中使用包来组织代码。一般一个文件夹即一个包,包内可以暴露类型或方法供其他包使用。
  • import “fmt”:fmt 是 Go 语言的一个标准库/包,用来处理标准输入输出。
  • func main:main 函数是整个程序的入口,main 函数所在的包名也必须为 main
  • fmt.Println(“Hello World!”):调用 fmt 包的 Println 方法,打印出 “Hello World!”

go run main.go,其实是 2 步:

  • go build main.go:编译成二进制可执行程序
  • ./main:执行该程序

3 变量与内置数据类型

3.1 变量(Variable)

Go 语言是静态类型的,变量声明时必须明确变量的类型。Go 语言与其他语言显著不同的一个地方在于,Go 语言的类型在变量后面。比如 java 中,声明一个整体一般写成 int a = 1,在 Go 语言中,需要这么写:

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var a int // 如果没有赋值,默认为0
var a int = 1 // 声明时赋值
var a = 1 // 声明时赋值

var a = 1,因为 1 是 int 类型的,所以赋值时,a 自动被确定为 int 类型,所以类型名可以省略不写,这种方式还有一种更简单的表达:

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a := 1
msg := "Hello World!"

3.2 简单类型

空值:nil

整型类型: int(取决于操作系统), int8, int16, int32, int64, uint8, uint16, …

浮点数类型:float32, float64

字节类型:byte (等价于uint8)

字符串类型:string

布尔值类型:boolean,(true 或 false)

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var a int8 = 10
var c1 byte = 'a'
var b float32 = 12.2
var msg = "Hello World"
ok := false

3.3 字符串

在 Go 语言中,字符串使用 UTF8 编码,UTF8 的好处在于,如果基本是英文,每个字符占 1 byte,和 ASCII 编码是一样的,非常节省空间,如果是中文,一般占3字节。包含中文的字符串的处理方式与纯 ASCII 码构成的字符串有点区别。

我们看下面的例子:

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package main

import (
"fmt"
"reflect"
)
func main() {
str1 := "Golang"
str2 := "Go语言"
fmt.Println(reflect.TypeOf(str2[2]).Kind()) // uint8
fmt.Println(str1[2], string(str1[2])) // 108 l
fmt.Printf("%d %c\n", str2[2], str2[2]) // 232 è
fmt.Println("len(str2):", len(str2)) // len(str2): 8
}
  • reflect.TypeOf().Kind() 可以知道某个变量的类型,我们可以看到,字符串是以 byte 数组形式保存的,类型是 uint8,占1个 byte,打印时需要用 string 进行类型转换,否则打印的是编码值。
  • 因为字符串是以 byte 数组的形式存储的,所以,str2[2] 的值并不等于。str2 的长度 len(str2) 也不是 4,而是 8( Go 占 2 byte,语言占 6 byte)。

正确的处理方式是将 string 转为 rune 数组

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str2 := "Go语言"
runeArr := []rune(str2)
fmt.Println(reflect.TypeOf(runeArr[2]).Kind()) // int32
fmt.Println(runeArr[2], string(runeArr[2])) // 35821 语
fmt.Println("len(runeArr):", len(runeArr)) // len(runeArr): 4

转换成 []rune 类型后,字符串中的每个字符,无论占多少个字节都用 int32 来表示,因而可以正确处理中文。

3.4 数组(array)与切片(slice)

声明数组

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var arr [5]int     // 一维
var arr2 [5][5]int // 二维

声明时初始化

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var arr = [5]int{1, 2, 3, 4, 5}
// 或 arr := [5]int{1, 2, 3, 4, 5}

使用 [] 索引/修改数组

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arr := [5]int{1, 2, 3, 4, 5}
for i := 0; i < len(arr); i++ {
arr[i] += 100
}
fmt.Println(arr) // [101 102 103 104 105]

数组的长度不能改变,如果想拼接2个数组,或是获取子数组,需要使用切片。切片是数组的抽象。 切片使用数组作为底层结构。切片包含三个组件:容量,长度和指向底层数组的指针,切片可以随时进行扩展

声明切片:

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slice1 := make([]float32, 0) // 长度为0的切片
slice2 := make([]float32, 3, 5) // [0 0 0] 长度为3容量为5的切片
fmt.Println(len(slice2), cap(slice2)) // 3 5

使用切片:

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// 添加元素,切片容量可以根据需要自动扩展
slice2 = append(slice2, 1, 2, 3, 4) // [0, 0, 0, 1, 2, 3, 4]
fmt.Println(len(slice2), cap(slice2)) // 7 12
// 子切片 [start, end)
sub1 := slice2[3:] // [1 2 3 4]
sub2 := slice2[:3] // [0 0 0]
sub3 := slice2[1:4] // [0 0 1]
// 合并切片
combined := append(sub1, sub2...) // [1, 2, 3, 4, 0, 0, 0]
  • 声明切片时可以为切片设置容量大小,为切片预分配空间。在实际使用的过程中,如果容量不够,切片容量会自动扩展。
  • sub2... 是切片解构的写法,将切片解构为 N 个独立的元素。

3.5 字典(键值对,map)

map 类似于 java 的 HashMap,Python的字典(dict),是一种存储键值对(Key-Value)的数据解构。使用方式和其他语言几乎没有区别。

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// 仅声明
m1 := make(map[string]int)
// 声明时初始化
m2 := map[string]string{
"Sam": "Male",
"Alice": "Female",
}
// 赋值/修改
m1["Tom"] = 18

3.6 指针(pointer)

指针即某个值的地址,类型定义时使用符号*,对一个已经存在的变量,使用 & 获取该变量的地址。

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str := "Golang"
var p *string = &str // p 是指向 str 的指针
*p = "Hello"
fmt.Println(str) // Hello 修改了 p,str 的值也发生了改变

一般来说,指针通常在函数传递参数,或者给某个类型定义新的方法时使用。Go 语言中,参数是按值传递的,如果不使用指针,函数内部将会拷贝一份参数的副本,对参数的修改并不会影响到外部变量的值。如果参数使用指针,对参数的传递将会影响到外部变量。

例如:

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func add(num int) {
num += 1
}

func realAdd(num *int) {
*num += 1
}

func main() {
num := 100
add(num)
fmt.Println(num) // 100,num 没有变化

realAdd(&num)
fmt.Println(num) // 101,指针传递,num 被修改
}

4 流程控制(if, for, switch)

4.1 条件语句 if else

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age := 18
if age < 18 {
fmt.Printf("Kid")
} else {
fmt.Printf("Adult")
}

// 可以简写为:
if age := 18; age < 18 {
fmt.Printf("Kid")
} else {
fmt.Printf("Adult")
}

4.2 switch

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type Gender int8
const (
MALE Gender = 1
FEMALE Gender = 2
)

gender := MALE

switch gender {
case FEMALE:
fmt.Println("female")
case MALE:
fmt.Println("male")
default:
fmt.Println("unknown")
}
// male
  • 在这里,使用了type 关键字定义了一个新的类型 Gender。
  • 使用 const 定义了 MALE 和 FEMALE 2 个常量,Go 语言中没有枚举(enum)的概念,一般可以用常量的方式来模拟枚举。
  • 和其他语言不同的地方在于,Go 语言的 switch 不需要 break,匹配到某个 case,执行完该 case 定义的行为后,默认不会继续往下执行。如果需要继续往下执行,需要使用 fallthrough,例如:
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switch gender {
case FEMALE:
fmt.Println("female")
fallthrough
case MALE:
fmt.Println("male")
fallthrough
default:
fmt.Println("unknown")
}
// 输出结果
// male
// unknown

4.3 for 循环

一个简单的累加的例子,break 和 continue 的用法与其他语言没有区别。

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sum := 0
for i := 0; i < 10; i++ {
if sum > 50 {
break
}
sum += i
}

对数组(arr)、切片(slice)、字典(map) 使用 for range 遍历:

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nums := []int{10, 20, 30, 40}
for i, num := range nums {
fmt.Println(i, num)
}
// 0 20
// 1 30
// 2 40
m2 := map[string]string{
"Sam": "Male",
"Alice": "Female",
}

for key, value := range m2 {
fmt.Println(key, value)
}
// Sam Male
// Alice Female

5 函数(functions)

5.1 参数与返回值

一个典型的函数定义如下,使用关键字 func,参数可以有多个,返回值也支持有多个。特别地,package main 中的func main() 约定为可执行程序的入口。

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func funcName(param1 Type1, param2 Type2, ...) (return1 Type3, ...) {
// body
}

例如,实现2个数的加法(一个返回值)和除法(多个返回值):

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func add(num1 int, num2 int) int {
return num1 + num2
}

func div(num1 int, num2 int) (int, int) {
return num1 / num2, num1 % num2
}
func main() {
quo, rem := div(100, 17)
fmt.Println(quo, rem) // 5 15
fmt.Println(add(100, 17)) // 117
}

也可以给返回值命名,简化 return,例如 add 函数可以改写为

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func add(num1 int, num2 int) (ans int) {
ans = num1 + num2
return
}

5.2 错误处理(error handling)

如果函数实现过程中,如果出现不能处理的错误,可以返回给调用者处理。比如我们调用标准库函数os.Open读取文件,os.Open 有2个返回值,第一个是 *File,第二个是 error, 如果调用成功,error 的值是 nil,如果调用失败,例如文件不存在,我们可以通过 error 知道具体的错误信息。

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import (
"fmt"
"os"
)

func main() {
_, err := os.Open("filename.txt")
if err != nil {
fmt.Println(err)
}
}

// open filename.txt: no such file or directory

可以通过 errorw.New 返回自定义的错误

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import (
"errors"
"fmt"
)

func hello(name string) error {
if len(name) == 0 {
return errors.New("error: name is null")
}
fmt.Println("Hello,", name)
return nil
}

func main() {
if err := hello(""); err != nil {
fmt.Println(err)
}
}
// error: name is null

error 往往是能预知的错误,但是也可能出现一些不可预知的错误,例如数组越界,这种错误可能会导致程序非正常退出,在 Go 语言中称之为 panic。

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func get(index int) int {
arr := [3]int{2, 3, 4}
return arr[index]
}

func main() {
fmt.Println(get(5))
fmt.Println("finished")
}
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$ go run .
panic: runtime error: index out of range [5] with length 3
goroutine 1 [running]:
exit status 2

在 Python、Java 等语言中有 try...catch 机制,在 try 中捕获各种类型的异常,在 catch 中定义异常处理的行为。Go 语言也提供了类似的机制 deferrecover

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func get(index int) (ret int) {
defer func() {
if r := recover(); r != nil {
fmt.Println("Some error happened!", r)
ret = -1
}
}()
arr := [3]int{2, 3, 4}
return arr[index]
}

func main() {
fmt.Println(get(5))
fmt.Println("finished")
}
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$ go run .
Some error happened! runtime error: index out of range [5] with length 3
-1
finished
  • 在 get 函数中,使用 defer 定义了异常处理的函数,在协程退出前,会执行完 defer 挂载的任务。因此如果触发了 panic,控制权就交给了 defer。
  • 在 defer 的处理逻辑中,使用 recover,使程序恢复正常,并且将返回值设置为 -1,在这里也可以不处理返回值,如果不处理返回值,返回值将被置为默认值 0。

6 结构体,方法和接口

6.1 结构体(struct) 和方法(methods)

结构体类似于其他语言中的 class,可以在结构体中定义多个字段,为结构体实现方法,实例化等。接下来我们定义一个结构体 Student,并为 Student 添加 name,age 字段,并实现 hello() 方法。

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type Student struct {
name string
age int
}

func (stu *Student) hello(person string) string {
return fmt.Sprintf("hello %s, I am %s", person, stu.name)
}

func main() {
stu := &Student{
name: "Tom",
}
msg := stu.hello("Jack")
fmt.Println(msg) // hello Jack, I am Tom
}
  • 使用 Student{field: value, ...}的形式创建 Student 的实例,字段不需要每个都赋值,没有显性赋值的变量将被赋予默认值,例如 age 将被赋予默认值 0。
  • 实现方法与实现函数的区别在于,func 和函数名hello 之间,加上该方法对应的实例名 stu 及其类型 *Student,可以通过实例名访问该实例的字段name和其他方法了。
  • 调用方法通过 实例名.方法名(参数) 的方式。

除此之外,还可以使用 new 实例化:

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func main() {
stu2 := new(Student)
fmt.Println(stu2.hello("Alice")) // hello Alice, I am , name 被赋予默认值""
}

6.2 接口(interfaces)

一般而言,接口定义了一组方法的集合,接口不能被实例化,一个类型可以实现多个接口。

举一个简单的例子,定义一个接口 Person和对应的方法 getName()getAge()

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type Person interface {
getName() string
}

type Student struct {
name string
age int
}

func (stu *Student) getName() string {
return stu.name
}

type Worker struct {
name string
gender string
}

func (w *Worker) getName() string {
return w.name
}

func main() {
var p Person = &Student{
name: "Tom",
age: 18,
}

fmt.Println(p.getName()) // Tom
}
  • Go 语言中,并不需要显式地声明实现了哪一个接口,只需要直接实现该接口对应的方法即可。
  • 实例化 Student后,强制类型转换为接口类型 Person。

在上面的例子中,我们在 main 函数中尝试将 Student 实例类型转换为 Person,如果 Student 没有完全实现 Person 的方法,比如我们将 (*Student).getName() 删掉,编译时会出现如下报错信息。

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*Student does not implement Person (missing getName method)

但是删除 (*Worker).getName() 程序并不会报错,因为我们并没有在 main 函数中使用。这种情况下我们如何确保某个类型实现了某个接口的所有方法呢?一般可以使用下面的方法进行检测,如果实现不完整,编译期将会报错。

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var _ Person = (*Student)(nil)
var _ Person = (*Worker)(nil)
  • 将空值 nil 转换为 *Student 类型,再转换为 Person 接口,如果转换失败,说明 Student 并没有实现 Person 接口的所有方法。
  • Worker 同上。

实例可以强制类型转换为接口,接口也可以强制类型转换为实例。

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func main() {
var p Person = &Student{
name: "Tom",
age: 18,
}

stu := p.(*Student) // 接口转为实例
fmt.Println(stu.getAge())
}

6.3 空接口

如果定义了一个没有任何方法的空接口,那么这个接口可以表示任意类型。例如

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func main() {
m := make(map[string]interface{})
m["name"] = "Tom"
m["age"] = 18
m["scores"] = [3]int{98, 99, 85}
fmt.Println(m) // map[age:18 name:Tom scores:[98 99 85]]
}

7 并发编程(goroutine)

7.1 sync

Go 语言提供了 sync 和 channel 两种方式支持协程(goroutine)的并发。

例如我们希望并发下载 N 个资源,多个并发协程之间不需要通信,那么就可以使用 sync.WaitGroup,等待所有并发协程执行结束。

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import (
"fmt"
"sync"
"time"
)

var wg sync.WaitGroup

func download(url string) {
fmt.Println("start to download", url)
time.Sleep(time.Second) // 模拟耗时操作
wg.Done()
}

func main() {
for i := 0; i < 3; i++ {
wg.Add(1)
go download("a.com/" + string(i+'0'))
}
wg.Wait()
fmt.Println("Done!")
}
  • wg.Add(1):为 wg 添加一个计数,wg.Done(),减去一个计数。
  • go download():启动新的协程并发执行 download 函数。
  • wg.Wait():等待所有的协程执行结束。
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$  time go run .
start to download a.com/2
start to download a.com/0
start to download a.com/1
Done!

real 0m1.563s

可以看到串行需要 3s 的下载操作,并发后,只需要 1s。

7.2 channel

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var ch = make(chan string, 10) // 创建大小为 10 的缓冲信道

func download(url string) {
fmt.Println("start to download", url)
time.Sleep(time.Second)
ch <- url // 将 url 发送给信道
}

func main() {
for i := 0; i < 3; i++ {
go download("a.com/" + string(i+'0'))
}
for i := 0; i < 3; i++ {
msg := <-ch // 等待信道返回消息。
fmt.Println("finish", msg)
}
fmt.Println("Done!")
}

使用 channel 信道,可以在协程之间传递消息。阻塞等待并发协程返回消息。

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$ time go run .
start to download a.com/2
start to download a.com/0
start to download a.com/1
finish a.com/2
finish a.com/1
finish a.com/0
Done!

real 0m1.528s

8 单元测试(unit test)

假设我们希望测试 package main 下 calc.go 中的函数,要只需要新建 calc_test.go函数,在calc_test.go中新建测试用例即可。

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// calc.go
package main

func add(num1 int, num2 int) int {
return num1 + num2
}
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// calc_test.go
package main

import "testing"

func TestAdd(t *testing.T) {
if ans := add(1, 2); ans != 3 {
t.Error("add(1, 2) should be equal to 3")
}
}

运行 go test,将自动运行当前 package 下的所有测试用例,如果需要查看详细的信息,可以添加-v参数。

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$ go test -v
=== RUN TestAdd
--- PASS: TestAdd (0.00s)
PASS
ok example 0.040s

9 包(Package)和模块(Modules)

9.1 Package

一般来说,一个文件夹可以作为 package,同一个 package 内部变量、类型、方法等定义可以相互看到。

比如我们新建一个文件 calc.gomain.go 平级,分别定义 add 和 main 方法。

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// calc.go
package main

func add(num1 int, num2 int) int {
return num1 + num2
}
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// main.go
package main

import "fmt"

func main() {
fmt.Println(add(3, 5)) // 8
}

运行 go run main.go,会报错,add 未定义:

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./main.go:6:14: undefined: add

因为 go run main.go 仅编译 main.go 一个文件,所以命令需要换成

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$ go run main.go calc.go
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$ go run .
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Go 语言也有 Public 和 Private 的概念,粒度是包。如果类型/接口/方法/函数/字段的首字母大写,则是 Public 的,对其他 package 可见,如果首字母小写,则是 Private 的,对其他 package 不可见。

9.2 Modules

Go Modules 是 Go 1.11 版本之后引入的,Go 1.11 之前使用 $GOPATH 机制。Go Modules 可以算作是较为完善的包管理工具。同时支持代理,国内也能享受高速的第三方包镜像服务。接下来简单介绍 go mod 的使用。Go Modules 在 1.13 版本仍是可选使用的,环境变量 GO111MODULE 的值默认为 AUTO,强制使用 Go Modules 进行依赖管理,可以将 GO111MODULE 设置为 ON。

在一个空文件夹下,初始化一个 Module

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$ go mod init example
go: creating new go.mod: module example

此时,在当前文件夹下生成了go.mod,这个文件记录当前模块的模块名以及所有依赖包的版本。

接着,我们在当前目录下新建文件 main.go,添加如下代码:

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package main

import (
"fmt"

"rsc.io/quote"
)

func main() {
fmt.Println(quote.Hello()) // Ahoy, world!
}

运行 go run .,将会自动触发第三方包 rsc.io/quote的下载,具体的版本信息也记录在了go.mod中:

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module example

go 1.13

require rsc.io/quote v3.1.0+incompatible

我们在当前目录,添加一个子 package calc,代码目录如下:

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demo/
|--calc/
|--calc.go
|--main.go

calc.go 中写入

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package calc

func Add(num1 int, num2 int) int {
return num1 + num2
}

在 package main 中如何使用 package cal 中的 Add 函数呢?import 模块名/子目录名 即可,修改后的 main 函数如下:

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package main

import (
"fmt"
"example/calc"

"rsc.io/quote"
)

func main() {
fmt.Println(quote.Hello())
fmt.Println(calc.Add(10, 3))
}
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$ go run .
Ahoy, world!
13

附 参考


专题:

本文发表于 2019-08-06,最后修改于 2020-02-09。

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