Go 函数详解

2024-02-21 19:20:10

一、函数基础

函数由函数声明关键字 func、函数名、参数列表、返回列表、函数体组成
函数是一种类型。函数类型变量可以像其他类型变量一样使用，可以作为其他函数的参数或返回值，也可以直接调用执行
函数名首字母大小写决定了其包可见性
参数和返回值需用()包裹，如果返回值是一个非命名的参数，则可省略。函数体使用{}包裹，且{必须位于同行行尾

1. 基本使用

// 1. 可以没有输入参数，也可以没有返回值（默认返回 0）
func A() {
    ...
}
// 2. 多个相邻的相同类型参数可以使用简写模式
func B(a, b int) int {
    return a + b
}
// 3. 支持有名的返回值
func C(a, b int) (sum int) {
    // sum 相当于函数体内的局部变量，初始化为零值
    sum = a + b
    return  // 可以不带 sum
}
// 4. 不支持默认值参数
// 5. 不支持函数重载
// 6. 不支持函数嵌套定义，但支持嵌套匿名函数
func D(a, b int) (sum int) {
    E := func(x, y int) int {
        return x + y
    }
    return E(a, b)
}
// 7. 支持多值返回（一般将错误类型作为最后一个返回值）
func F(a, b int) (int, int) {
    return b, a
}
// 8. 函数实参到形参的传递永远是**值拷贝**
func G(a *int) {  // a 是实参指针变量的副本，和实参指向同一个地址
    *a += 1
}

2. 不定参数

// 1. 不定参数类型相同
// 2. 不定参数必须是函数的最后一个参数
// 3. 不定参数在函数体内相当于切片
func sum(arr ...int) (sum int) {
    for _, v := range arr {  // arr 相当于切片，可使用 range访问
        sum += v
    }
    return
}
// 4. 可以将切片传递给不定参数
array := [...]int{1, 2, 3, 4}  // 不能将数组传递给不定参数
slice := []int{1, 2, 3, 4}
sum(slice...)  // 切片名后要加 ...
// 5. 形参为不定参数的函数和形参为切片的函数类型不同
func suma(arr ...int) (sum int) {
    for v := range arr {
        sum += v
    }
    return
}
func sumb(arr []int) (sum int) {
    for v := range arr {
        sum += v
    }
    return
}
fmt.Printf("%T\n", suma)  // func(...int) int
fmt.Printf("%T", sumb)  // func([]int) int

3. 函数类型

函数类型又叫函数签名：函数定义行去掉函数名、参数名和 {

func add(a, b int) int { return a + b }
func sub(x int, y int) (c int) { c = x - y; return }
fmt.Printf("%T", add)  // func(int, int) int
fmt.Printf("%T", sub)  // func(int, int) int

可以使用 type 定义函数类型。函数类型变量和函数名都可以看做指针变量，该指针指向函数代码的开始位置

func add(a, b int) int { return a + b }
func sub(a, b int) int { return a - b }
type Op func(int, int) int  // 定义一个函数类型：输入两个 int，返回一个 int
func do(f Op, a, b int) int {
    t := f
    return t(a, b)
}
fmt.Println(do(add, 1, 2))  // 3
fmt.Println(do(sub, 1, 2))  // -1

4. 匿名函数

// 1. 直接赋值给函数变量
var sum = func(a, b int) int {
    return a + b
}
func do(f func(int, int) int, a, b int) int {
    return f(a, b)
}
// 2. 作为返回值
func getAdd() func(int, int) int {
    return func(a, b int) int {
        return a + b
    }
}
func main() {
    // 3. 直接被调用
    defer func() {
        if err:= recover(); err != nil {
            fmt.Println(err)
        }
    }()
    sum(1, 2)
    getAdd()(1 , 2)
    // 4. 作为实参
    do(func(x, y int) int { return x + y }, 1, 2)
}

二、函数高级

1. defer

可注册多个延迟调用函数，以先进后出的顺序执行。常用于保证资源最终得到回收释放

func main() {
    // defer 后跟函数或方法调用，不能是语句
    defer func() {
        println("first")
    }()
    defer func() {
        println("second")
    }()
    println("main")
}
// main
// second
// first

defer 函数的实参在注册时传递，后续变更无影响

func f() int {
    a := 1
    defer func(i int) {
        println("defer i =", i)
    }(a)
    a++
    return a
}
print(f())
// defer i = 1
// 2

defer 若位于 return 后，则不会执行

func main() {
    println("main")
    return
    defer func() {
        println("first")
    }()
}
// main

若主动调用os.Exit(int)退出进程，则不会执行 defer

func main() {
    defer func() {
        println("first")
    }()
    println("main")
    os.Exit(1)
}
// main

关闭资源例子

func CopyFile(dst, src string) (w int64, err error) {
    srcFile, err := os.Open(src)
    if err != nil {
        return
    }
    // defer 一般放在错误检查语句后面。若位置不当可能造成 panic
    defer srcFile.Close()
    
    dstFile, err := os.Create(dst)
    if err != nil {
        return
    }
    defer dstFile.Close()
    
    w, err = io.Copy(dstFile, srcFile)
    return
}

defer 使用注意事项：

defer 会延迟资源的释放
尽量不要放在循环语句中
defer 相对于普通函数调用需要间接的数据结构支持，有一定性能损耗
defer 中最好不要对有名返回值进行操作

2. 闭包

闭包是由函数及其相关引用环境组合成的实体。一般通过在匿名函数中引用外部函数的局部变量或包全局变量构成
闭包对闭包外的环境引入是直接引用：编译器检测到闭包，会将闭包引用的外部变量分配到堆上
闭包是为了减少全局变量，在函数调用的过程中隐式地传递共享变量。但不够清晰，一般不建议用
对象是附有行为的数据，而闭包是附有数据的行为。类在定义时已经显式地集中定义了行为，但闭包中的数据没有显式地集中声明的地方

// fa 返回的是一个闭包：形参a + 匿名函数
func fa(a int) func(i int) int {
    return func(i int) int {
        println(&a, a)
        a = a + i
        return a
    }
}
func main() {
    f := fa(1)  // f 使用的 a 是 0xc0000200f0
    g := fa(1)  // g 使用的 a 是 0xc0000200f8
    // f、g 引用的闭包环境中的 a 是函数调用产生的副本：每次调用都会为局部变量分配内存
    println(f(1))
    println(f(1))  // 闭包共享外部引用，因此修改的是同一个副本
    println(g(1))
    println(g(1))
}
// 0xc0000200f0 1
// 2
// 0xc0000200f0 2
// 3
// 0xc0000200f8 1
// 2
// 0xc0000200f8 2
// 3

闭包引用全局变量（不推荐）

var a = 0
// fa 返回的是一个闭包：全局变量a + 匿名函数
func fa() func(i int) int {
    return func(i int) int {
        println(&a, a)
        a = a + i
        return a
    }
}
func main() {
    f := fa()
    g := fa()
    // f、g 引用的闭包环境中的 a 是同一个
    println(f(1))
    println(g(1))
    println(f(1))
    println(g(1))
}
// 0x511020 0
// 1
// 0x511020 1
// 2
// 0x511020 2
// 3
// 0x511020 3
// 4

同一个函数返回的多个闭包共享该函数的局部变量

func fa(a int) (func(int) int, func(int) int) {
    println(&a, a)
    add := func(i int) int {
        a += i
        println(&a, a)
        return a
    }
    sub := func(i int) int {
        a -= i
        println(&a, a)
        return a
    }
    return add, sub
}
func main() {
    f, g := fa(0)  // f、g 使用的 a 都是 0xc0000200f0
    s, k := fa(0)  // s、k 使用的 a 都是 0xc0000200f8
    println(f(1), g(2))
    println(s(1), k(2))
}
// 0xc0000200f0 0
// 0xc0000200f8 0
// 0xc0000200f0 1
// 0xc0000200f0 -1
// 1 -1
// 0xc0000200f8 1
// 0xc0000200f8 -1
// 1 -1

三、错误处理

1. 错误和异常

广义的错误：发生非期望的行为
狭义的错误：发生非期望的己知行为
- 这里的己知是指错误类型是预料并定义好的
异常：发生非期待的未知行为，又被称为未捕获的错误
- 这里的未知是指错误的类型不在预先定义的范围内
- 程序在执行时发生未预先定义的错误，程序编译器和运行时都没有及时将其捕获处理，而是由操作系统进行异常处理。如 C 语言的 Segmentation Fault

Go 不会出现 untrapped error，只需处理 runtime errors 和程序逻辑错误

Go 提供两种错误处理机制

通过 panic 打印程序调用栈，终止程序来处理错误
通过函数返回错误类型的值来处理错误

Go 是静态强类型语言，程序的大部分错误是可以在编译器检测到的，但有些错误行为需要在运行期才能检测出来，此种错误行为将导致程序异常退出。建议：

若程序发生的错误导致程序不能继续执行，此时程序应该主动调用 panic
若程序发生的错误能够容错继续执行，此时应该使用 error 返回值的方式处理，或在非关键分支上使用 recover 捕获 panic

2. panic 和 recover

panic(i interface{})  // 主动抛出错误
recover() interface{}  // 捕获抛出的错误

引发panic情况：①主动调用panic；②程序运行时检测抛出运行时错误
panic 后，程序会从当前位置返回，逐层向上执行 defer 语句，逐层打印函数调用栈，直到被 recover 捕获或运行到最外层函数退出
参数为空接口类型，可以传递任意类型变量
defer 中也可以 panic，能被后续 defer 捕获
recover 只有在 defer 函数体内被调用才能捕获 panic，否则返回 nil

// 以下场景捕获失败
defer recover()
defer fmt.Println(recover())
defer func() {
    func() {  // 两层嵌套
        println("defer inner")
        recover()
    }()
}()
// 以下场景捕获成功
defer func() {
    println("defer inner")
    recover()
}()
func except() {
    recover()
}
func test() {
    defer except()
    painc("test panic")
}

可以同时有多个 panic（只会出现在 defer 里），但只有最后一次 panic 能被捕获

func main() {
    defer func() {
        if err := recover(); err != nil {
            fmt.Println(err)
        }
        fmt.Println(recover())
    }()
    defer func() {
        panic("first defer panic")
    }()
    defer func() {
        panic("second defer panic")
    }()
    panic("main panic")
}
// first defer panic
// <nil>

包中 init 函数引发的 panic 只能在 init 函数中捕获（init 先于 main 执行）

函数不能捕获内部新启动的 goroutine 抛出的 panic

func do() {
    // 不能捕获 da 中的 panic
    defer func() {
        if err := recover(); err != nil {
            fmt.Println(err)
        }
    }()
    go da()
    time.Sleep(3 * time.Second)
}
func da() {
    panic("panic da")
}

3. error

Go 内置错误接口类型 error。~~任何类型只要实现Error() string方法，都可以传递 error 接口类型变量？？？~~

type error interface {
    Error() string
}

使用 error：

在多个返回值的函数中，error 作为函数最后一个返回值
若函数返回 error 类型变量，先处理error != nil的异常场景，再处理其他流程
defer 放在 error 判断的后面

四、底层实现

TODO

码农公寓