容器

数组和切片

在Go语言中，数组和切片是两个基本的数据结构，用于存储和操作一组元素。它们有一些相似之处，但也有许多不同之处。下面我们详细介绍数组和切片的特点、用法以及它们之间的区别。

数组

数组是固定长度的序列，存储相同类型的元素。数组的长度在定义时就固定下来，不能改变。

package main

import "fmt"

func main() {
    // 定义一个长度为5的整型数组
    var arr [5]int
    fmt.Println(arr) // 输出: [0 0 0 0 0]

    // 定义并初始化一个长度为5的整型数组
    arr2 := [5]int{1, 2, 3, 4, 5}
    fmt.Println(arr2) // 输出: [1 2 3 4 5]

    // 让编译器推断数组长度
    arr3 := [...]int{1, 2, 3}
    fmt.Println(arr3) // 输出: [1 2 3]
}

可以使用索引来访问和修改数组中的元素：

package main

import "fmt"

func main() {
    arr := [3]int{1, 2, 3}
    fmt.Println(arr[0]) // 输出: 1

    arr[1] = 10
    fmt.Println(arr) // 输出: [1 10 3]
}

可以使用for循环来遍历数组：

package main

import "fmt"

func main() {
    arr := [3]int{1, 2, 3}
    for i, v := range arr {
        fmt.Println(i, v)
    }
}

切片

切片是动态数组，可以按需增长。切片由三个部分组成：指针、长度和容量。指针指向数组中切片的起始位置，长度是切片中的元素个数，容量是从切片起始位置到数组末尾的元素个数。

package main

import "fmt"

func main() {
    // 创建一个长度和容量为3的整型切片
    slice := make([]int, 3)
    fmt.Println(slice) // 输出: [0 0 0]

    // 定义并初始化一个切片
    slice2 := []int{1, 2, 3, 4, 5}
    fmt.Println(slice2) // 输出: [1 2 3 4 5]
}

切片可以通过数组或另一个切片生成：

package main

import "fmt"

func main() {
    arr := [5]int{1, 2, 3, 4, 5}
    slice := arr[1:4]
    fmt.Println(slice) // 输出: [2 3 4]
}

可以使用内置的append函数向切片追加元素：

package main

import "fmt"

func main() {
    slice := []int{1, 2, 3}
    slice = append(slice, 4, 5)
    fmt.Println(slice) // 输出: [1 2 3 4 5]
}

其他操作和数组基本一样，下面再说下数组和切片的区别：

1. 长度 ：
   • 数组的长度是固定的，定义后不能改变。
   • 切片的长度是动态的，可以通过append函数增加元素。
2. 灵活性 ：
   • 数组在使用上较为僵化，因为长度固定，适用于元素数量已知且固定的场景。
   • 切片更加灵活，适用于需要动态添加或删除元素的场景。
3. 性能 ：
   • 数组的访问速度通常比切片快，因为它们是固定大小的，编译器可以进行更多的优化。
   • 切片在性能上稍逊，但由于其灵活性，使用更加广泛。

container包

在Go语言的标准库中，container包提供了三种常见的数据结构： 堆 （heap）、 双向链表 （list）和 环形队列 （ring）。这些数据结构为开发者提供了高效的插入、删除和访问操作。下面我们详细介绍这三个数据结构及其用法。

head

heap 包实现了堆数据结构。堆是一种特殊的树状结构，可以用于实现优先队列。
要使用 container/heap 包，必须定义一个实现 heap.Interface 接口的类型。该接口包含以下方法：

• Len() int：返回元素数量。
• Less(i, j int) bool：报告索引 i 处的元素是否小于索引 j 处的元素。
• Swap(i, j int)：交换索引 i 和 j 处的元素。
• Push(x interface{})：将元素 x 添加到堆中。
• Pop() interface{}：移除并返回堆中的最小元素。

这些方法要求用户明确实现堆的各种操作，增加了使用的复杂度。

package main

import (
    "container/heap"
    "fmt"
)

// 定义一个实现 heap.Interface 的类型
type IntHeap []int

func (h IntHeap) Len() int           { return len(h) }
func (h IntHeap) Less(i, j int) bool { return h[i] < h[j] }
func (h IntHeap) Swap(i, j int)      { h[i], h[j] = h[j], h[i] }

func (h *IntHeap) Push(x interface{}) {
    *h = append(*h, x.(int))
}

func (h *IntHeap) Pop() interface{} {
    old := *h
    n := len(old)
    x := old[n-1]
    *h = old[0 : n-1]
    return x
}

func main() {
    h := &IntHeap{2, 1, 5}
    heap.Init(h)
    heap.Push(h, 3)
    fmt.Printf("最小元素: %d\n", (*h)[0])
    for h.Len() > 0 {
        fmt.Printf("%d ", heap.Pop(h))
    }
    // 输出: 最小元素: 1
    //      1 2 3 5
}

list

list 包实现了双向链表（doubly linked list）。双向链表允许高效的插入和删除操作。

package main

import (
    "container/list"
    "fmt"
)

func main() {
    l := list.New()

    // 在链表前插入元素
    l.PushFront(1)
    l.PushFront(2)

    // 在链表后插入元素
    l.PushBack(3)

    // 遍历链表
    for e := l.Front(); e != nil; e = e.Next() {
        fmt.Println(e.Value)
    }
    // 输出:
    // 2
    // 1
    // 3
}

ring

ring 包实现了环形队列（circular list）。环形队列是一种首尾相连的队列结构。

package main

import (
    "container/ring"
    "fmt"
)

func main() {
    // 创建一个长度为3的环
    r := ring.New(3)

    // 初始化环中的值
    for i := 0; i < r.Len(); i++ {
        r.Value = i
        r = r.Next()
    }

    // 遍历环中的元素
    r.Do(func(p interface{}) {
        fmt.Println(p.(int))
    })
    // 输出:
    // 0
    // 1
    // 2
}

Channel

什么是Channel

在Go语言中，channel是用于在不同的goroutine之间进行通信的机制。它可以让一个goroutine将值发送到一个通道中，另一个goroutine从通道中接收值。channel的设计使得goroutine之间的通信和同步变得简洁而高效。

创建Channel

创建一个channel使用make函数，指定其传递的值的类型：

ch := make(chan int)

可以创建带缓冲的channel，缓冲大小在make时指定：

ch := make(chan int, 100)

发送和接收

发送和接收操作使用箭头符号<-：

ch <- 1   // 发送值1到channel
value := <-ch  // 从channel接收值并赋值给变量value

关闭Channel

channel可以被主动关闭，关闭channel使用close函数：

close(ch)

一旦一个channel被关闭，再往该channel发送值会导致panic，从已关闭的channel接收值将立即返回该类型的零值并且不会阻塞（如果通道里还存在未被接收的元素，这些元素也会正常返回，直到所有元素都被接收，才会开始返回零值）。

其他操作

无缓冲通道（缓冲大小为0）

• 发送操作会阻塞直到有goroutine来接收这个值。
• 接收操作会阻塞直到有值被发送到channel。

缓冲通道

• 发送操作会在缓冲区满时阻塞。
• 接收操作会在缓冲区为空时阻塞。

Select语句

select语句可以用于处理多个channel操作。它会阻塞直到其中一个channel可以进行操作。select语句中的各个分支是随机选择的：

select {
case val := <-ch1:
    fmt.Println("Received", val)
case ch2 <- 1:
    fmt.Println("Sent 1")
default:
    fmt.Println("No communication")
}

示例

基于channel，实现一个简单的生产者-消费者模型：

package main

import (
    "fmt"
    "time"
)

func producer(ch chan int) {
    //循环往通道发送5个元素，间隔1秒
    for i := 0; i < 5; i++ {
        fmt.Println("Producing", i)
        ch <- i
        time.Sleep(time.Second)
    }
    //发送完所有消息后关闭通道
    close(ch)
}

func consumer(ch chan int) {
    //可以通过range遍历通道的元素
    //因为生产者已经关闭了通道，所以遍历完所有元素后，循环会自己退出
    for val := range ch {
        fmt.Println("Consuming", val)
        time.Sleep(time.Second)
    }
}

func main() {
    ch := make(chan int, 2)
    go producer(ch)
    consumer(ch)
}

常见问题

1. 避免在接收端关闭通道 ：通常由发送方负责关闭channel。
2. 避免重复关闭通道 ：多次关闭同一个channel会导致panic。
3. 避免从未使用的通道发送和接收 ：未使用的channel操作会导致死锁。比如只接收，没发送，程序会一直阻塞在接收处。

函数

在Go语言中，函数是一等公民（first-class citizen），这意味着函数可以像其他类型（例如整数、字符串等）一样使用和操作。这一特性使得函数的使用非常灵活和强大。具体来说，函数作为一等公民具有以下特点：

函数可以赋值给变量

你可以将一个函数赋值给一个变量，这样就可以通过这个变量来调用函数：

package main

import "fmt"

func main() {
    add := func(a, b int) int {
        return a + b
    }
    fmt.Println(add(3, 4)) // 输出: 7
}

函数可以作为参数传递给另一个函数

函数可以作为参数传递给其他函数，这使得可以实现高阶函数：

package main

import "fmt"

func applyOperation(a, b int, op func(int, int) int) int {
    return op(a, b)
}

func main() {
    add := func(a, b int) int {
        return a + b
    }
    result := applyOperation(5, 3, add)
    fmt.Println(result) // 输出: 8
}

函数可以作为返回值从另一个函数返回

函数可以从另一个函数返回，这使得可以动态生成函数：

package main

import "fmt"

func createMultiplier(factor int) func(int) int {
    return func(x int) int {
        return x * factor
    }
}

func main() {
    double := createMultiplier(2)
    triple := createMultiplier(3)
    fmt.Println(double(4)) // 输出: 8
    fmt.Println(triple(4)) // 输出: 12
}

函数可以嵌套定义

在Go语言中，可以在函数内部定义另一个函数：

package main

import "fmt"

func main() {
    outer := func() {
        fmt.Println("This is the outer function.")

        inner := func() {
            fmt.Println("This is the inner function.")
        }

        inner()
    }

    outer()
}

函数可以作为匿名函数

匿名函数是一种无需命名的函数，可以直接使用：

package main

import "fmt"

func main() {
    result := func(a, b int) int {
        return a + b
    }(3, 5)
    
    fmt.Println(result) // 输出: 8
}

闭包（Closures）

Go语言支持闭包，闭包是一个函数，这个函数可以捕获并记住其所在环境的变量：

package main

import "fmt"

func main() {
    x := 10

    // 定义一个修改外部变量x的闭包
    closure := func() int {
        x += 1
        return x
    }

    fmt.Println(closure()) // 输出: 11
    fmt.Println(x)         // 输出: 11
}

package main

import "fmt"

func main() {
    counter := func() func() int {
        count := 0
        return func() int {
            count++
            return count
        }
    }()
    
    fmt.Println(counter()) // 输出: 1
    fmt.Println(counter()) // 输出: 2
    fmt.Println(counter()) // 输出: 3
}

错误处理

Go语言中的错误处理方式不同于传统的异常处理机制。它采用了明确的、基于值的错误处理方法。每个函数可以返回一个错误值来表示是否出现了问题。

基本错误处理

Go语言中使用内置的error接口类型来表示错误。error接口定义如下：

type error interface {
    Error() string
}

函数通常返回一个error类型的值来表示操作是否成功。如果没有错误，返回nil。

package main

import (
    "errors"
    "fmt"
)

// 定义一个函数，返回错误
func divide(a, b int) (int, error) {
    if b == 0 {
        //如果有问题，通过New方法新建一个错误信息
        return 0, errors.New("division by zero")
    }
    //如果没有错误返回nil
    return a / b, nil
}

func main() {
    result, err := divide(4, 2)
    if err != nil {
        fmt.Println("Error:", err)
    } else {
        fmt.Println("Result:", result)
    }

    result, err = divide(4, 0)
    if err != nil {
        fmt.Println("Error:", err)
    } else {
        fmt.Println("Result:", result)
    }
}

自定义错误类型

除了使用errors.New创建简单错误外，Go语言允许我们定义自己的错误类型，实现更丰富的错误信息。

package main

import (
    "fmt"
)

// 自定义错误类型
type MyError struct {
    Code    int
    Message string
}

// 实现error接口的Error方法
func (e *MyError) Error() string {
    return fmt.Sprintf("Code: %d, Message: %s", e.Code, e.Message)
}

// 定义一个函数，返回自定义错误(只要实现了Error()方法，就可以直接返回error类型)
func doSomething(flag bool) error {
    if !flag {
        return &MyError{Code: 123, Message: "something went wrong"}
    }
    return nil
}

func main() {
    err := doSomething(false)
    if err != nil {
        fmt.Println("Error:", err)
        
        // 类型断言，获取具体的错误类型
        if myErr, ok := err.(*MyError); ok {
            fmt.Println("Custom Error Code:", myErr.Code)
        }
    }
}

异常处理机制

Go语言也有类似异常的处理机制，即defer、panic和recover，但它们主要用于处理程序中不可恢复的错误。

• defer ：用于延迟执行一个函数，在函数返回前执行。如果一个函数里面有多个defer语句，写在最后面的defer最先执行。
• panic ：意料之外的错误，也可以手动调用。如果panic没有处理，程序会终止。
• recover ：恢复panic，并停止程序终止的过程。

package main

import "fmt"

func main() {
    defer func() {
        //使用defer执行一个匿名函数，确保recover一定能执行
        if r := recover(); r != nil {
            //恢复panic，此处可以进行异常处理，比如打印日志
            fmt.Println("Recovered from panic:", r)
        }
    }()

    fmt.Println("Starting the program")
    //手动触发一个panic
    panic("Something went wrong!")
    fmt.Println("This line will not be executed")
}