Go语言的100个错误使用场景（11-20）｜项目组织和数据类型

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前言

大家好，这里是白泽。《Go语言的100个错误以及如何避免》是最近朋友推荐我阅读的书籍，我初步浏览之后，大为惊喜。就像这书中第一章的标题说到的：“Go: Simple to learn but hard to master”，整本书通过分析100个错误使用 Go 语言的场景，带你深入理解 Go 语言。

我的愿景是以这套文章，在保持权威性的基础上，脱离对原文的依赖，对这100个场景进行篇幅合适的中文讲解。所涉内容较多，总计约 8w 字，这是该系列的第二篇文章，对应书中第11-20个错误场景。

🌟 当然，如果您是一位 Go 学习的新手，您可以在我开源的学习仓库中，找到针对《Go 程序设计语言》英文书籍的配套笔记，期待您的 star。

公众号【白泽talk】，聊天交流群：622383022，原书电子版可以加群获取。

前文链接：

《Go语言的100个错误使用场景（一）｜代码和项目组织》

2. Code and project organization

🌟 章节概述：

  • 主流的代码组织方式
  • 高效的抽象：接口和范型
  • 构建项目的最佳实践

2.11 没有使用函数式选项模式（#11）

当设计一个 API 的时候，如何处理可选的配置项输入项是一个问题。下面先展示一些不好的例子。假设场景是创建一个 HTTP Server 服务，需要输入 IP 地址，端口等信息，但同时需要提供默认值，当不传入的时候也可以工作。

反例1（直接包含所有，配置参数）：

func NewServer(addr string, port int) (*http.Server, error) {
    // ...
}

直接在参数列表罗列各种参数，然后在内部依次处理，但是使用时必须传入所有参数。

反例2（Config 存放可选参数）：

package httplib

type Config struct {
    // 使用引用类型则未传入int则是nil，否则会和0值混淆
    Port *int
}

func NewServer(addr string, cfg Confg) {
}
--------------------------------------------------
func main() {
    port := 0
    config := httplib.Config{
        Port: &port,
    }
    httplib.NewServer("localhost", config)
}

这种方式允许用户将可选的配置参数通过 Config 存放，然后在 NewServer 方法的内部读取 Config 结构的字段去初始化，但是有两个问题：

  1. 随着可选参数的增多，NewServer 内的初始化逻辑将无限扩大。
  2. 如果用户 Config 整个都选择默认参数，则必须传入一个空的 Config{}，使得用户需要对 Config 的用法提高理解成本。
httplib.NewServer("localhost", httplib.Config{})

反例3（建造者模式）：

package httplib

type Config struct {
    Port int
}

type ConfigBuilder sruct {
    port *int
}

func (b *ConfigBuilder) Port(port int) *ConfigBuilder {
    b.port = &port
    return b
}

func (b *ConfigBuilder) Build() (Config, error) {
    cfg := Config{}
    
    if b.port == nil {
        cfg.Port = defaultHTTPPort
    } else {
        if *b.port == 0 {
            cfg.Port = randomPort()
        } else if *b.port < 0 {
            return Config{}, errors.New("port should be positive")
        } else {
            cfg.Port = *b.port
        }
    }
    reutrn cfg, nil
}

func NewServer(addr string, config Config) (http.Server, error) {
    // ...
}
----------------------------------------------
// 用法
func main() {
    builder := httplib.ConfigBuilder{}
    builder.Port(8080)
    cfg, err := builder.Build()
    if err != nil {
        // ...
    }
    server, err := httplib.NewServer("localhost", cfg)
    if err != nil {
        // ...
    }
}

这种写法下仍然有两个问题：

  1. 当可选参数希望使用默认值的时候，需要传递 nil（虽然已经比示例2进步了）。
server, err := httplib.NewServer("localhost", nil)
  1. 使用建造者模式链式创建过程中，只允许返回一个参数。一旦过程中发生错误，为了确保链式调用继续，即使需要错误处理也只能内聚的具体一个个方法内部，并不能将 err 传递出来。从而只能在 Builder 方法内验证可能发生的错误，使得 err 的处理成本大大提高。
cfg, err := builder.Foo("foo").Bar("bar").Build()

🌟 推荐方法（函数式配置选项模式），核心思想如下：

  1. 用一个不对外倒出的结构存放配置：options
  2. 每一个 option 是一个函数返回同一个结构：Option

代码展示：

package httplib

type options struct {
    port *int
}

type Option func(options *options) error

func WithPort(port int) Option {
    return func(options *options) error {
        if port < 0 {
            return errors.New("port should be positive")
        }
        options.port = &port
        return nil
    }
}

WithPort 接受一个 port 参数代表端口号，返回一个给 options 设置端口号的函数。这种形式的函数本质是一个匿名的闭包，持有外部的 options 配置集合。

func NewServer(addr string, opts ...Option) (*http.Server, error) {
    // 初始化配置集合 options
    var options options
    for _, opt := range opts {
        err := opt(&options)
        if err != nil {
            return nil, err
        }
    }
    // 针对配置字段内容，添加验证需要的逻辑
    var port int
    if options.port == nil {
        port = defaultHTTPPort
    } else {
        if *options.port == 0 {
            port = randomPort()
        } else {
            port = *options.port
        }
    }
}
---------------------------------------------
// 用法
int main() {
    server, err := httplib.NewServer("localhost", httplib.WithPort(8080), httplib.WithTimeout(time.second))
}

在 NewServer 内通过循环将 Option 的配置通过函数调用应用到 options 集合中，然后在编写针对 options 配置字段的验证逻辑，因为所有可选的 Option 都是外部传入的，NewServer 内需要为其进行二次校验。

🌟 这种方式也是 Go 的地道用法，在很多开源项目如 gRPC 中都大量使用。

2.12 项目缺乏组织（#12）

Go 语言是一个自由的语言，并不强制要求你选择某一种组织项目的模板，但是你需要为此行动。一个常见的模板展示：

/cmd # 主要的源代码位置，foo应用的入口文件位于 /cmd/foo/main.go
/internal # 内部使用的代码，不希望被导出使用
/pkg # 公共的代码，希望被导出
/test # 额外的外部测试代码和测试数据，Go的单测应该和源代码在同一个package内，但是集成测试等代码需要在这个目录
/configs # 配置文件
/docs # 设计文档和用户手册
/examples # 项目的使用示例代码
/api # API 文件，例如 Swagger，PB等
/web # Web应用拥有的资源文件，如静态文件等
/build # 打包和持续集成文件
/scripts # 各种脚本
/vendor # 当前项目的依赖文件

没有 src/ 目录因为它太泛用了，从而将其细分成了上述的各个目录。但这只是一个参考。

package 的组织方式：

/net
	/http
		client.go
		...
	/smtp
		auth.go
		...
	addrselect.go
	...

这是 Go 标准库中 net 包的组织结构，虽然 /http 位于 /net 之后，但是 net/http 这个包只能访问 net 包中被导出的内容（大写开头），使用子目录这种组织结构是为了使相关功能的包聚集在一起管理。

🌟 选择根据上下文进行组织项目还是分层组织项目都可以，只要你可以确保项目清晰：

  • 按上下文：将代码分成 customer，constract 等等模块。

  • 六边形架构（DDD）：按功能进行分层。

🌟 最佳实践：

  1. 避免为时过早的 package 创建，允许演化，而不是一直遵守一开始的强制规划。
  2. 避免产生大量细粒度的 package，只包含个别文件。当然过大也是一个问题。
  3. 包的命名需要根据它提供的功能出发，用一个小写单词表示。
  4. 最小化包需要导出的内容，减少耦合，不确定就先不导出。
  5. 代码库的编码风格一致性。

2.13 创建公共设施包（#13）

一种常见的不好的实践：创建共享的包如 utils，common & base。

代码展示：

package util

func NewStringSet(...string) map[string]struct{} {
    // ...
}

func SortStringSet(map[string]struct{}) []string {
    // ...
}
-----------------------------------------
// 用法
func main() {
    set := util.NewStringSet("a", "b", "c")
    fmt.Println(util.SortStringSet(set))
}

工具包内的两个函数实现了创建 string 集合和针对 key 进行排序输出的函数，但是此处包命名为 util 则没有任何意义，完全可以替换成 common，shared...

代替方案：

package stringset

type Set map[string]struct{}
func New(...string) Set {...}
func (s Set) Sort() []string {...}
-----------------------------------------
// 用法
set := stringset.New("a", "b", "c")
fmt.Println(set.Sort())

用 stringset 代替 util 这个包的名称，使其更具表达性。同时将方法的前缀去除，用一个结构 Set 去接收 Sort 方法，将所有逻辑内聚在一个用途明确的 stringset 包中。调用侧使用也收到了明确约束，更加方便。

2.14 忽略包名的冲突（#14）

示例代码：

package redis

type Client struct {...}

func NewClient() *Client {...}

func (c *Client) Get(key string) (string, error) {...}
----------------------------------------------------
// 冲突的场景
func main() {
    redis := redis.NewClient()
    v, err := redis.Get("Foo")
}

在这种场景下，虽然 redis 变量现在是可以工作的，但它本质是变量，会被修改。但是 redis 包将无法再在代码中访问。

  • 直观的解决方案:
func main() {
    redisClient := redis.NewClient()
    v, err := redisClient.Get("Foo")
}

修改变量名称，避免冲突。

  • 更推荐的解决方案：
import redisapi "mylib/redis"

func main() {
    redis := redis.NewClient()
    v, err := redis.Get("Foo")
}

通过给 import 的 redis 包起别名的方式，避免与变量名的冲突，这是一种更推荐的做法。

📒 Tips：变量名的创建要避免与内置关键字或者函数同名

2.15 代码文档缺失（#15）

文档对于项目的开发者和使用者都十分重要，这里给出几个法则：

  1. 为每一个导出的对象都配备文档（通过注释）
// Customer is a customer representation
type Customer struct

// ID returns the customer identifier
func (c Customer) ID() string {...}
  1. 注释需要是一个完整的句子，以.结尾。并且针对于描述对象的功能，而不是如何实现。确保提供足够的描述信息，使得用户无需阅读代码即可使用。
  2. 针对废弃的 API 使用注释：
// ComputePath returns the fastset path between two points
// Deprecated: This function uses a deprecated way to compute
// the fastest Path. Use ComputeFastestPath instead. func ComputePath () {}
func ComputePath() {}
  1. 为 package 添加文档：
// Package math provides basic constants and mathmatical functions
//
// This package ...
package math

第一行需要简洁，因为在文档中会展现：

image-20240130150051245

2.16 不使用 code-linter（#16）

Linter 是一个自动化代码分析工具，可以帮助我们分析代码，找到潜在的错误。所以 Code Linter 也是持续集成中必不可少的一环。

go vet：Go 内置的静态代码检查工具。

go vet ./...

Linters：可以是外部工具，如 Golint、GolangCI-Lint、Staticcheck 等，它们通过外部安装，并提供更多的规则和功能。

通常情况下，建议同时使用 go vet 和 linters 以确保代码的质量和一致性。

示例代码：

func main() {
	unusedVariable := 42 // 未使用的变量
}

运行 go vet ./...：

baize@baizedeMacBook-Air mistakes % go vet ./...
# mistake
vet: ./main.go:4:2: unusedVariable declared and not used

3. Data types

🌟 章节概述：

  • 基本类型涉及的常见错误
  • 掌握 slice 和 map 的基本概念，避免使用时产生 bug
  • 值的比较

3.1 八进制产生的混乱局面（#17）

在 Go 当中，以0字面量开头的数值表示8进制，因此：

sum := 100 + 010 // 结果为108

但是8进制也有其发挥作用的场景，如赋予文件对应 Linux 系统的权限：

file, err := os.OpenFile("foo", os.O_RDONLY, 0644)
// 0644可以替换成0o644或者0O644

Go 语言中的不同进制表示：

  • 二进制：使用 0b 或者 0B 为前缀
  • 十六进制：使用0x 或者 0X 为前缀
  • 虚数：使用 i 为后缀

Go 语言中支持用下划线作为数值的分隔符，提高可读性：

1_000_000_000 // 一百万
0b00_00_01 // 二进制也是可以的

3.2 忽略整型溢出（#18）

常见的整型类型：

image-20240131112800057

整型溢出场景：

var counter int32 = math.MaxInt32
counter++
fmt.Printf("counter=%d\n", counter)

整个程序编译和运行不会报错，但是：

counter = -2147483648 // counter++ 导致int32溢出

计算机存储有符号整数用二进制表示：

image-20240131114037048

针对有符号整数，第一位为符号位，0表示正数，1表示负数，全0表示0（约定）。

比如上述 int32 有符号整型最大值+1（左侧图片），得到右侧图片（是一个负数）。

计算时使用补码：正数的补码等于原码，负数的补码等于原码除去符号位外，所有位数取反，最后整体+1。

举例 int8 计算 8 + (-8) = 0 用补码的表示：

00001000 + 10001000 // 原码
00001000 + 11111000 = 1｜00000000 // 补码，左侧0溢出，因为只有8位，得到0

如果希望手动检测整型溢出，这是一些模板代码：

func Inc32(counter int32) int32 {
    if counter == math.MaxInt32 {
        panic("int32 overflow")
    }
    return counter+1
}

func addInt(a, b int) int {
    if a > math.MaxInt-b {
        panic("int overflow")
    }
    return a + b
}

func MultiplInt(a, b int) int {
    if a == 0 || b == 0 {
        return 0
    }
    
    result := a * b
    if a == 1 || b == 1 {
        return result
    }
    if a == math.MinInt || b == math.MinInt {
        panic("integer overflow")
    }
    if result/b != a {
        panic("integer overflow")
    }
    return result
}

3.3 不理解浮点数（#19）

浮点数在计算机中的存储通常遵循 IEEE 754 标准，该标准定义了单精度和双精度浮点数的表示方式。

  1. 单精度浮点数（32位）：

    • 符号位：1位
    • 指数位：8位
    • 尾数位：23位

    单精度浮点数的存储结构如下：

    SEEEEEEE EMMMMMMM MMMMMMMM MMMMMMMM
    • S：符号位，表示正负。
    • E：指数位，以偏移值（127）存储，范围为-126到+127。
    • M：尾数位，23位精度。

    具体数值表示为：(-1)^S * 1.M * 2^(E-127)

  2. 双精度浮点数（64位）：

    • 符号位：1位
    • 指数位：11位
    • 尾数位：52位

    双精度浮点数的存储结构如下：

    SEEEEEEE EEEEMMMM MMMMMMMM MMMMMMMM MMMMMMMM MMMMMMMM MMMMMMMM MMMMMMMM
    • S：符号位，表示正负。
    • E：指数位，以偏移值（1023）存储，范围为-1022到+1023。
    • M：尾数位，52位精度。

    具体数值表示为：(-1)^S * 1.M * 2^(E-1023)

需要注意的是，由于二进制浮点数的特性，某些十进制小数可能无法精确表示，会有舍入误差。在编程中，特别是涉及金融等需要高精度的领域，需要小心处理浮点数的精度问题。

🌟 举例 1.0001 在单精度和双精度下的存储：

  1. 单精度（32位）：

    0 01111111 00010010000111101011100
    • 符号位：0（正数）
    • 指数位：01111111（127的二进制表示，表示偏移值为0）
    • 尾数位：00010010000111101011100（23位精度）

    具体数值表示为：(-1)^0 * 1.00010010000111101011100 * 2^(0-127) ≈ 1.0001

  2. 双精度（64位）：

    0 01111111111 0001001000011110101110000101000111101011100010100011111
    • 符号位：0（正数）
    • 指数位：01111111111（1023的二进制表示，表示偏移值为0）
    • 尾数位：0001001000011110101110000101000111101011100010100011111（52位精度）

    具体数值表示为：(-1)^0 * 1.0001001000011110101110000101000111101011100010100011111 * 2^(0-1023) ≈ 1.0001

🌟 浮点数的使用准则：

  1. 比较大小需要在合理精度范围内
  2. 运算时注意相似精度优先运算，减少精度波动

3.4 不理解切片长度和容量（#20）

Go 的切片本质上是一个结构体，包含一个指向数组的指针，以及两个变量记录长度和容量。

🌟 切片创建于扩容场景分析：

s := make([]int, 3, 6) // 创建长度为3容量为6的int类型的切片
s[1] = 1 // 赋值s[1]=1

image-20240131123853071

访问切片大于长度范围的位置将触发 panic：

panic: runtime error: index out of range [4] with length 3

在 len 小于 cap 的时候，可以直接向切片添加元素：

s = append(s, 2)

image-20240131124253144

此时切片的 len 自动增加到4，因为容量足够，不会触发切片的扩容，但如果添加的元素数量超过 cap 的限制，则会触发切片的扩容：

s = append(s, 3, 4, 5)
fmt.Println(s) // 得到：[0 1 0 2 3 4 5]

image-20240131124546956

当添加5的时候，原底层数组的容量达到上限6，触发2倍扩容（创建新数组），拷贝原切片内容到新数组，并追加5。

大致的 Go 切片扩容规则：容量1024以下双倍扩容，以上扩容25%

原底层数组因为丢失了引用，如果在堆内存内，会被后续的 Go GC 回收（GC 相关场景将在全书后期讲解）。

🌟 切片截取场景分析：

s1 := make([]int, 3, 6) // 长度为3，容量为6
s2 := s1[1:3] // 从s1的索引1-3截取，左闭右开，此时s2的长度为2，容量是5

image-20240131125818202

此时如果更新 s1[1] 或者 s2[0] 为1，则由于共享底层数组的原因，导致另一方可以读取到变更内容。

如果追加内容，则底层共享的数组追加2。此时 s2 的 len 变为3，但是 s1 的 len 依旧为3。

image-20240131130436982

并且此时打印两个切片得到的内容如下：

s1 = [0 1 0], s2 = [1 0 2]

如果继续向 s2 追加元素直到 s2 的长度超过容量，则会触发扩容，创建新底层数组（二倍）：

s2 = append(s2, 3)
s2 = append(s2, 4)
s2 = append(s2, 5)

image-20240131130649349

小结

已完成全书学习进度20/100，再接再厉。

posted on 2024-01-31 13:21  白泽talk  阅读(356)  评论(0)  编辑  收藏  举报

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