一、基础语法

一个标准 Go 语句如下：

fmt.Println("Hello, World!")

• 一行代表一个语句结束。每个语句不需以分号 ; 结尾，也不是 Python 纯靠缩进来表示内容，需要大括号{}进行包裹
• 标识符用来命名变量、类型等，第一个字符必须是字母或下划线而不能是数字。

Go 代码中会使用到的 25 个关键字或保留字：

• default
• func
• interface
• select
• defer
• go
• map
• struct
• chan
• if
• else
• switch
• case
• continue
• for
• break
• range
• goto
• package
• const
• fallthrough
• type
• import
• return
• var

36 个预定义标识符：

• append
• bool
• byte
• cap
• close
• complex
• complex64
• complex128
• uint16
• copy
• false
• float32
• float64
• imag
• int
• int8
• int16
• uint32
• int32
• int64
• iota
• len
• make
• new
• nil
• panic
• uint64
• print
• println
• real
• recover
• string
• true
• uint
• uint8
• uintptr

二、数据类型

本部分的内容基本来自 《Go 语言设计与实现》 - draveness.me ，这里只是一些关键内容摘录，为了保持上下文内容连贯，还是推荐查看原文。

• 布尔型 常量 true 或者 false。一个简单的例子：var b bool = true

• 数字类型 整型 int 和浮点型 float，并且原生支持复数，其中位的运算采用补码。更详细的信息看文章末尾。

• 字符串类型 使用UTF-8编码标识Unicode文本

• 派生类型:

  • (a) 指针类型（Pointer）
  • (b) 数组类型
  • (c) 结构化类型(struct)
  • (d) Channel 类型
  • (e) 函数类型
  • (f) 切片类型
  • (g) 接口类型（interface）
  • (h) Map/hash 类型

2.1 数组

arr1 := [3]int{1, 2, 3}
arr2 := [...]int{1, 2, 3}

字面量初始化方式，元素的个数小于或者等于四个时，在编译时会转换成如下命令：

var arr [3]int
arr[0] = 1
arr[1] = 2
arr[2] = 3

当前数组的元素大于四个，则会：

var arr [5]int
statictmp_0[0] = 1
statictmp_0[1] = 2
statictmp_0[2] = 3
statictmp_0[3] = 4
statictmp_0[4] = 5
arr = statictmp_0

数组在 Go 语言中没那么常用，更常用的数据结构是切片，即动态数组。

2.2 切片

[]int
[]interface{}

切片与数组的关系非常密切。切片引入了一个抽象层，提供了对数组中部分连续片段的引用，而作为数组的引用，我们可以在运行区间可以修改它的长度和范围。当切片底层的数组长度不足时就会触发扩容，切片指向的数组可能会发生变化，不过在上层看来切片是没有变化的.

2.2.1 基本操作

Go 语言中包含三种初始化切片的方式：

1. 通过下标的方式获得数组或者切片的一部分，编译器会将 arr[0:3] 或者 slice[0:3] 等语句转换成 OpSliceMake 操作；
2. 使用字面量初始化新的切片（编译时处理大部分工作）；
3. 使用关键字 make 创建切片（运行时处理相对多）：

如果使用字面量的方式创建切片，大部分的工作都会在编译期间完成。但是当我们使用 make 关键字创建切片时，很多工作都需要运行时的参与。

arr[0:3] or slice[0:3] 
slice := []int{1, 2, 3}
slice := make([]int, 10)

使用 len 和 cap 获取长度、容量是切片最常见的操作，编译器将这它们看成两种特殊操作，即 OLEN 和 OCAP。

切片的长度是它所包含的元素个数。 切片的容量是从它的第一个元素开始数，到其底层数组元素末尾的个数。

切片的操作(init、查、改、长度、容量)基本都是在编译期间完成的，编译期间也会将包含 range 关键字的遍历转换成形式更简单的循环。

2.2.2 切片扩容

切片追加和扩容时，会先解构切片结构体获取它的数组指针、大小和容量，切片容量足够时向切片中追加元素，切片容量不足时会调用 runtime.growslice 对切片进行扩容，扩容根据切片的当前容量选择不同的策略：

1. 如果期望容量大于当前容量的两倍就会使用期望容量；
2. 如果当前切片的长度小于 1024 就会将容量翻倍；
3. 如果当前切片的长度大于 1024 就会每次增加 25% 的容量，直到新容量大于期望容量；

确定了切片的大致容量，此外还需要根据切片中的元素大小对齐内存，runtime.roundupsize 函数会将待申请的内存向上取整，取整时会使用 runtime.class_to_size 数组（以提高内存的分配效率并减少碎片）

var arr []int64
arr = append(arr, 1, 2, 3, 4, 5)

简单总结一下扩容的过程，当我们执行上述代码时，会触发 runtime.growslice 函数扩容 arr 切片并传入期望的新容量 5，这时期望分配的内存大小为 40 字节；不过因为切片中的元素大小等于 sys.PtrSize，所以运行时会调用 runtime.roundupsize 向上取整内存的大小到 48 字节，所以新切片的容量为 48 / 8 = 6。

2.2.3 切片拷贝

如果当前 copy 不是在运行时调用的， runtime.memmove 会负责拷贝内存。

而如果拷贝是在运行时发生的，例如：go copy(a, b)，编译器会使用 runtime.slicecopy 替换运行期间调用的 copy，再通过 runtime.memmove 将整块内存的内容拷贝到目标的内存区域中。

相比于依次拷贝元素，runtime.memmove 能够提供更好的性能。需要注意的是，整块拷贝内存仍然会占用非常多的资源，在大切片上执行拷贝操作时一定要注意对性能的影响。

2.3 map

哈希表/map是除了数组之外，最常见的数据结构。几乎所有的语言都会有数组和哈希表两种集合元素，有的语言将数组实现成列表，而有的语言将哈希称作字典或者映射。无论如何命名或者如何实现，数组和哈希是两种设计集合元素的思路，数组用于表示元素的序列，而哈希表示的是键值对之间映射关系。

所谓哈希（hash），就是将不同的输入映射成独一无二的、固定长度的值（又称”哈希值”）。如果不同的输入得到了同一个哈希值，就发生了”哈希碰撞”（collision）。

黑客攻击的一种方法，就是设法制造”哈希碰撞”，然后入侵系统，窃取信息。防止哈希碰撞的最有效方法，就是扩大哈希值的取值空间。

16个二进制位的哈希值，产生碰撞的可能性是 65536 分之一。也就是说，如果有65537个用户，就一定会产生碰撞。哈希值的长度扩大到32个二进制位，碰撞的可能性就会下降到 4,294,967,296 分之一。

更长的哈希值意味着更大的存储空间、更多的计算，将影响性能和成本。开发者必须做出抉择，在安全与成本之间找到平衡。

哈希表是计算机科学中的最重要数据结构之一，这不仅因为它 O(1)O(1) 的读写性能非常优秀，还因为它提供了键值之间的映射。想要实现一个性能优异的哈希表，需要注意两个关键点 —— 哈希函数和冲突解决方法。

2.3.1 哈希函数

实现哈希表的关键点在于哈希函数的选择，哈希函数的选择在很大程度上能够决定哈希表的读写性能。在理想情况下，哈希函数应该能够将不同键映射到不同的索引上，这要求哈希函数的输出范围大于输入范围，但是由于键的数量会远远大于映射的范围，所以在实际使用时，这个理想的效果是不可能实现的。

如果使用结果分布较为均匀的哈希函数，那么哈希的增删改查的时间复杂度为 O(1)；但是如果哈希函数的结果分布不均匀，那么所有操作的时间复杂度可能会达到 O(n)，由此看来，使用好的哈希函数是至关重要的。

比较实际的方式是让哈希函数的结果能够尽可能的均匀分布，然后通过工程上的手段解决哈希碰撞的问题。

2.3.2 冲突解决

• 开放寻址法 #

  开放寻址法中对性能影响最大的是装载因子，它是数组中元素的数量与数组大小的比值。随着装载因子的增加，线性探测的平均用时就会逐渐增加，这会影响哈希表的读写性能。当装载率超过 70% 之后，哈希表的性能就会急剧下降，而一旦装载率达到 100%，整个哈希表就会完全失效，这时查找和插入任意元素的时间复杂度都是 O(n)O(n) 的，这时需要遍历数组中的全部元素，所以在实现哈希表时一定要关注装载因子的变化。

• 拉链法 #

  拉链法是哈希表最常见的实现方法，大多数的编程语言都用拉链法实现哈希表，它的实现比较开放地址法稍微复杂一些，但是平均查找的长度也比较短，各个用于存储节点的内存都是动态申请的，可以节省比较多的存储空间。

  实现拉链法一般会使用数组加上链表，不过一些编程语言会在拉链法的哈希中引入红黑树以优化性能，拉链法会使用链表数组作为哈希底层的数据结构，我们可以将它看成可以扩展的二维数组

哈希表可能会在装载因子过高或者溢出桶过多时进行扩容，哈希表扩容并不是原子过程，在扩容的过程中保证哈希的访问是比较有意思的话题.

2.3.3 map的数据结构

Go 语言使用拉链法来解决哈希碰撞的问题实现了哈希表，它的访问、写入和删除等操作都在编译期间转换成了运行时的函数或者方法。哈希在每一个桶中存储键对应哈希的前 8 位，当对哈希进行操作时，这些 tophash 就成为可以帮助哈希快速遍历桶中元素的缓存。

哈希表的每个桶都只能存储 8 个键值对，一旦当前哈希的某个桶超出 8 个，新的键值对就会存储到哈希的溢出桶中。随着键值对数量的增加，溢出桶的数量和哈希的装载因子也会逐渐升高，超过一定范围就会触发扩容，扩容会将桶的数量翻倍，元素再分配的过程也是在调用写操作时增量进行的，不会造成性能的瞬时巨大抖动。

Go 语言运行时同时使用了多个数据结构组合表示哈希表，其中 runtime.hmap 是最核心的结构体， runtime.hmap 的桶是 runtime.bmap。每一个 runtime.bmap 都能存储 8 个键值对，当哈希表中存储的数据过多，单个桶已经装满时就会使用 extra.nextOverflow 中桶存储溢出的数据。

溢出桶是在 Go 语言还使用 C 语言实现时使用的设计，由于它能够减少扩容的频率所以一直使用至今。

随着哈希表存储的数据逐渐增多，我们会扩容哈希表或者使用额外的桶存储溢出的数据，不会让单个桶中的数据超过 8 个。

溢出桶也只是临时的解决方案，创建过多的溢出桶最终也会导致哈希的扩容。

runtime.mapassign 函数会在以下两种情况发生时触发哈希的扩容：

1. 装载因子已经超过 6.5；
2. 哈希使用了太多溢出桶；

不过因为 Go 语言哈希的扩容不是一个原子的过程，所以 runtime.mapassign 还需要判断当前哈希是否已经处于扩容状态，避免二次扩容造成混乱。

2.3.4 map初始化

1. 字面量

   hashMap := map[string]int{
   	"1": 2,
   	"3": 4,
   	"5": 6,
   }
   

   当哈希表中的元素数量少于或者等于 25 个时，编译器会将字面量初始化的结构体转换成以下的代码，将所有的键值对一次加入到哈希表中,初始化的方式与数组和切片几乎完全相同

   hashMap := make(map[string]int, 3)
   hashMap["1"] = 2
   hashMap["3"] = 4
   hashMap["5"] = 6
   

   一旦哈希表中元素的数量超过了 25 个，编译器会创建两个数组分别存储键和值，这些键值对会通过如下所示的 for 循环加入哈希：

   hashMap := make(map[string]int, 26)
   vstatk := []string{"1", "2", "3", ... ， "26"}
   vstatv := []int{1, 2, 3, ... , 26}
   for i := 0; i < len(vstak); i++ {
       hashMap[vstatk[i]] = vstatv[i]
   }
   

2. 运行时

   hashMap := make(map[string]int, 3)
   

   当创建的哈希被分配到栈上并且其容量小于 BUCKETSIZE = 8 时，Go 语言在编译阶段会使用如下方式快速初始化哈希，这也是编译器对小容量的哈希做的优化：

   var h *hmap
   var hv hmap
   var bv bmap
   h := &hv
   b := &bv
   h.buckets = b
   h.hash0 = fashtrand0()
   

   除了上述特定的优化之外，无论 make 是从哪里来的，只要我们使用 make 创建哈希，Go 语言编译器都会在类型检查期间将它们转换成 runtime.makemap，使用字面量初始化哈希也只是语言提供的辅助工具，最后调用的都是 runtime.makemap

2.3.5 一般使用

_ = hashMap[key]

for k, v := range hashMap {
    // k, v
}

hashMap[key] = value
hashMap[key] = newValue
delete(hashMap, key)

2.4 字符串

变量

声明变量的一般形式是使用 var 关键字：

var identifier type

变量声明

操作符 := 可以高效地创建一个新的变量，是使用变量的首选形式，但是只能被用在函数体内，不可以用于全局变量的声明与赋值。

var a int  =  10  // 指定变量类型，声明后若不赋值，使用默认值。
var b =  10 		// 根据值自行判定变量类型。
c :  =  10  		// 注意 :=左侧的变量不应该是已经声明过的，否则会导致编译错误。

多变量声明

//类型相同多个变量, 非全局变量  
var vname1, vname2, vname3 type
vname1, vname2, vname3 = v1, v2, v3 

var vname1, vname2, vname3 = v1, v2, v3

vname1, vname2, vname3 := v1, v2, v3 

// 这种因式分解关键字的写法一般用于声明全局变量
var  ( 
	vname1 v_type1
	vname2 v_type2 
)

常量

常量的定义格式：

const identifier [type]  = value

多个相同类型的声明可以简写为：

const c_name1, c_name2 = value1, value2

常量还可以用作枚举：

const  (  
	Unknown  =  0  
	Female  =  1  
	Male  =  2  
)

iota，特殊常量，可以认为是一个可以被编译器修改的常量。每当 iota 在新的一行被使用时，它的值都会自动加 1。

运算符

与 C/C++ 相当接近，不写了。速查手册

条件循环语句

条件语句

if  布尔表达式  {  
	/* 在布尔表达式为 true 时执行 */  
}  else  {  
	/* 在布尔表达式为 false 时执行 */  
}

switch var1 {  
	case val1:  ...  
	case val2:  ...  
	default:  ...  
}

var c1, c2, c3 chan int  
var i1, i2 int  

select  {  
	case i1 =  <-c1: 
		fmt.Printf("received ", i1,  " from c1\n")  
	case c2 <- i2: 
		fmt.Printf("sent ", i2,  " to c2\n")  
	
	default: 
		fmt.Printf("no communication\n")  
}

循环语句

package main

import "fmt"

func main() {

   var b int = 15
   var a int

   numbers := [6]int{1, 2, 3, 5} 

   /* for 循环 */
   for a := 0; a < 10; a++ {
      fmt.Printf("a 的值为: %d\n", a)
   }

   for a < b {
      a++
      fmt.Printf("a 的值为: %d\n", a)
      }

   for i,x:= range numbers {
      fmt.Printf("第 %d 位 x 的值 = %d\n", i,x)
   }   
}

附录：数字类型

整型：

浮点型：

其他数字类型

参考资料

• Go 语言教程