Go 語言 創(chuàng)世紀

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1.1 Go 語言創(chuàng)世紀

Go 語言最初由 Google 公司的 Robert Griesemer、Ken Thompson 和 Rob Pike 三個大牛于 2007 年開始設(shè)計發(fā)明，設(shè)計新語言的最初的洪荒之力來自于對超級復(fù)雜的 C++11 特性的吹捧報告的鄙視，最終的目標是設(shè)計網(wǎng)絡(luò)和多核時代的 C 語言。到 2008 年中期，語言的大部分特性設(shè)計已經(jīng)完成，并開始著手實現(xiàn)編譯器和運行時，大約在這一年 Russ Cox 作為主力開發(fā)者加入。到了 2009 年，Go 語言已經(jīng)逐步趨于穩(wěn)定。同年 9 月，Go 語言正式發(fā)布并開源了代碼。

Go 語言很多時候被描述為“類 C 語言”，或者是“21 世紀的 C 語言”。從各種角度看，Go 語言確實是從 C 語言繼承了相似的表達式語法、控制流結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)類型、調(diào)用參數(shù)傳值、指針等諸多編程思想，還有徹底繼承和發(fā)揚了 C 語言簡單直接的暴力編程哲學(xué)等。圖1-1是《Go語言圣經(jīng)》中給出的 Go 語言的基因圖譜，我們可以從中看到有哪些編程語言對 Go 語言產(chǎn)生了影響。

圖 1-1 Go 語言基因族譜

首先看基因圖譜的左邊一支?？梢悦鞔_看出 Go 語言的并發(fā)特性是由貝爾實驗室的 Hoare 于 1978 年發(fā)布的 CSP 理論演化而來。其后，CSP 并發(fā)模型在 Squeak/NewSqueak 和 Alef 等編程語言中逐步完善并走向?qū)嶋H應(yīng)用，最終這些設(shè)計經(jīng)驗被消化并吸收到了 Go 語言中。業(yè)界比較熟悉的 Erlang 編程語言的并發(fā)編程模型也是 CSP 理論的另一種實現(xiàn)。

再看基因圖譜的中間一支。中間一支主要包含了 Go 語言中面向?qū)ο蠛桶匦缘难莼瘹v程。Go 語言中包和接口以及面向?qū)ο蟮忍匦詣t繼承自 Niklaus Wirth 所設(shè)計的 Pascal 語言以及其后所衍生的相關(guān)編程語言。其中包的概念、包的導(dǎo)入和聲明等語法主要來自于 Modula-2 編程語言，面向?qū)ο筇匦运峁┑姆椒ǖ穆暶髡Z法等則來自于 Oberon 編程語言。最終 Go 語言演化出了自己特有的支持鴨子面向?qū)ο竽Ｐ偷碾[式接口等諸多特性。

最后是基因圖譜的右邊一支，這是對 C 語言的致敬。Go 語言是對 C 語言最徹底的一次揚棄，不僅僅是語法和 C 語言有著很多差異，最重要的是舍棄了 C 語言中靈活但是危險的指針運算。而且，Go 語言還重新設(shè)計了 C 語言中部分不太合理運算符的優(yōu)先級，并在很多細微的地方都做了必要的打磨和改變。當然，C 語言中少即是多、簡單直接的暴力編程哲學(xué)則被 Go 語言更徹底地發(fā)揚光大了（Go 語言居然只有 25 個關(guān)鍵字，sepc 語言規(guī)范還不到 50 頁）。

Go 語言其它的一些特性零散地來自于其他一些編程語言；比如 iota 語法是從 APL 語言借鑒，詞法作用域與嵌套函數(shù)等特性來自于 Scheme 語言（和其他很多編程語言）。Go 語言中也有很多自己發(fā)明創(chuàng)新的設(shè)計。比如 Go 語言的切片為輕量級動態(tài)數(shù)組提供了有效的隨機存取的性能，這可能會讓人聯(lián)想到鏈表的底層的共享機制。還有 Go 語言新發(fā)明的 defer 語句（Ken 發(fā)明）也是神來之筆。

1.1.1 來自貝爾實驗室特有基因

作為 Go 語言標志性的并發(fā)編程特性則來自于貝爾實驗室的 Tony Hoare 于 1978 年發(fā)表的鮮為外界所知的關(guān)于并發(fā)研究的基礎(chǔ)文獻：順序通信進程（communicating sequential processes ，縮寫為 CSP）。在最初的 CSP 論文中，程序只是一組沒有中間共享狀態(tài)的平行運行的處理過程，它們之間使用管道進行通信和控制同步。Tony Hoare 的 CSP 并發(fā)模型只是一個用于描述并發(fā)性基本概念的描述語言，它并不是一個可以編寫可執(zhí)行程序的通用編程語言。

CSP 并發(fā)模型最經(jīng)典的實際應(yīng)用是來自愛立信發(fā)明的 Erlang 編程語言。不過在 Erlang 將 CSP 理論作為并發(fā)編程模型的同時，同樣來自貝爾實驗室的 Rob Pike 以及其同事也在不斷嘗試將 CSP 并發(fā)模型引入當時的新發(fā)明的編程語言中。他們第一次嘗試引入 CSP 并發(fā)特性的編程語言叫 Squeak（老鼠的叫聲），是一個用于提供鼠標和鍵盤事件處理的編程語言，在這個語言中管道是靜態(tài)創(chuàng)建的。然后是改進版的 Newsqueak 語言（新版老鼠的叫聲），新提供了類似 C 語言語句和表達式的語法，還有類似 Pascal 語言的推導(dǎo)語法。Newsqueak 是一個帶垃圾回收的純函數(shù)式語言，它再次針對鍵盤、鼠標和窗口事件管理。但是在 Newsqueak 語言中管道已經(jīng)是動態(tài)創(chuàng)建的，管道屬于第一類值、可以保存到變量中。然后是 Alef 編程語言（Alef 也是 C 語言之父 Ritchie 比較喜愛的編程語言），Alef 語言試圖將 Newsqueak 語言改造為系統(tǒng)編程語言，但是因為缺少垃圾回收機制而導(dǎo)致并發(fā)編程很痛苦（這也是繼承 C 語言手工管理內(nèi)存的代價）。在 Aelf 語言之后還有一個叫 Limbo 的編程語言（地獄的意思），這是一個運行在虛擬機中的腳本語言。Limbo 語言是 Go 語言最接近的祖先，它和 Go 語言有著最接近的語法。到設(shè)計 Go 語言時，Rob Pike 在 CSP 并發(fā)編程模型的實踐道路上已經(jīng)積累了幾十年的經(jīng)驗，關(guān)于 Go 語言并發(fā)編程的特性完全是信手拈來，新編程語言的到來也是水到渠成了。

圖1-2展示了 Go 語言庫早期代碼庫日志可以看出最直接的演化歷程（Git 用 git log --before={2008-03-03} --reverse 命令查看）。

圖 1-2 Go 語言開發(fā)日志

從早期提交日志中也可以看出，Go 語言是從 Ken Thompson 發(fā)明的 B 語言、Dennis M. Ritchie 發(fā)明的 C 語言逐步演化過來的，它首先是 C 語言家族的成員，因此很多人將 Go 語言稱為 21 世紀的 C 語言。

圖1-3是 Go 語言中來自貝爾實驗室特有并發(fā)編程基因的演化過程：

圖 1-3 Go 語言并發(fā)演化歷史

縱觀整個貝爾實驗室的編程語言的發(fā)展進程，從 B 語言、C 語言、Newsqueak、Alef、Limbo 語言一路走來，Go 語言繼承了來著貝爾實驗室的半個世紀的軟件設(shè)計基因，終于完成了 C 語言革新的使命?？v觀這幾年來的發(fā)展趨勢，Go 語言已經(jīng)成為云計算、云存儲時代最重要的基礎(chǔ)編程語言。

1.1.2 你好, 世界

按照慣例，介紹所有編程語言的第一個程序都是“Hello, World!”。雖然本教假設(shè)讀者已經(jīng)了解了 Go 語言，但是我們還是不想打破這個慣例（因為這個傳統(tǒng)正是從 Go 語言的前輩 C 語言傳承而來的）。下面的代碼展示的 Go 語言程序輸出的是中文“你好, 世界!”。

package main

import "fmt"

func main() {
    fmt.Println("你好, 世界!")
}

將以上代碼保存到 hello.go 文件中。因為代碼中有非 ASCII 的中文字符，我們需要將文件的編碼顯式指定為無 BOM 的 UTF8 編碼格式（源文件采用 UTF8 編碼是 Go 語言規(guī)范所要求的）。然后進入命令行并切換到 hello.go 文件所在的目錄。目前我們可以將 Go 語言當作腳本語言，在命令行中直接輸入 go run hello.go 來運行程序。如果一切正常的話。應(yīng)該可以在命令行看到輸出 你好, 世界! 的結(jié)果。

現(xiàn)在，讓我們簡單介紹一下程序。所有的 Go 程序，都是由最基本的函數(shù)和變量構(gòu)成，函數(shù)和變量被組織到一個個單獨的 Go 源文件中，這些源文件再按照作者的意圖組織成合適的 package，最終這些 package 再有機地組成一個完整的 Go 語言程序。其中，函數(shù)用于包含一系列的語句（指明要執(zhí)行的操作序列），以及執(zhí)行操作時存放數(shù)據(jù)的變量。我們這個程序中函數(shù)的名字是 main。雖然Go語言中，函數(shù)的名字沒有太多的限制，但是 main 包中的 main 函數(shù)默認是每一個可執(zhí)行程序的入口。而 package 則用于包裝和組織相關(guān)的函數(shù)、變量和常量。在使用一個 package 之前，我們需要使用 import 語句導(dǎo)入包。例如，我們這個程序中導(dǎo)入了 fmt 包（fmt 是 format 單詞的縮寫，表示格式化相關(guān)的包），然后我們才可以使用 fmt 包中的 Println 函數(shù)。

而雙引號包含的“你好, 世界!”則是 Go 語言的字符串面值常量。和 C 語言中的字符串不同，Go 語言中的字符串內(nèi)容是不可變更的。在以字符串作為參數(shù)傳遞給 fmt.Println 函數(shù)時，字符串的內(nèi)容并沒有被復(fù)制——傳遞的僅僅是字符串的地址和長度（字符串的結(jié)構(gòu)在 reflect.StringHeader 中定義）。在 Go 語言中，函數(shù)參數(shù)都是以復(fù)制的方式（不支持以引用的方式）傳遞（比較特殊的是，Go 語言閉包函數(shù)對外部變量是以引用的方式使用）。