Go 系列教程 —— 7. 包

什么是包，为什么使用包？

到目前为止，我们看到的 Go 程序都只有一个文件，文件里包含一个 main 函数和几个其他的函数。在实际中，这种把所有源代码编写在一个文件的方法并不好用。以这种方式编写，代码的重用和维护都会很困难。而包（Package）解决了这样的问题。

包用于组织 Go 源代码，提供了更好的可重用性与可读性。由于包提供了代码的封装，因此使得 Go 应用程序易于维护。

例如，假如我们正在开发一个 Go 图像处理程序，它提供了图像的裁剪、锐化、模糊和彩色增强等功能。一种组织程序的方式就是根据不同的特性，把代码放到不同的包中。比如裁剪可以是一个单独的包，而锐化是另一个包。这种方式的优点是，由于彩色增强可能需要一些锐化的功能，因此彩色增强的代码只需要简单地导入（我们会在随后讨论）锐化功能的包，就可以使用锐化的功能了。这样的方式使得代码易于重用。

我们会逐步构建一个计算矩形的面积和对角线的应用程序。

通过这个程序，我们会更好地理解包。

main 函数和 main 包

所有可执行的 Go 程序都必须包含一个 main 函数。这个函数是程序运行的入口。main 函数应该放置于 main 包中。

package packagename 这行代码指定了某一源文件属于一个包。它应该放在每一个源文件的第一行。

下面开始为我们的程序创建一个 main 函数和 main 包。在 Go 工作区内的 src 文件夹中创建一个文件夹，命名为 geometry。在 geometry 文件夹中创建一个 geometry.go 文件。

在 geometry.go 中编写下面代码。

// geometry.go

package main 

import "fmt"

func main() {  
    fmt.Println("Geometrical shape properties")
}

package main 这一行指定该文件属于 main 包。import "packagename" 语句用于导入一个已存在的包。在这里我们导入了 fmt 包，包内含有 Println 方法。接下来是 main 函数，它会打印 Geometrical shape properties。

键入 go install geometry，编译上述程序。该命令会在 geometry 文件夹内搜索拥有 main 函数的文件。在这里，它找到了 geometry.go。接下来，它编译并产生一个名为 geometry （在 windows 下是 geometry.exe）的二进制文件，该二进制文件放置于工作区的 bin 文件夹。现在，工作区的目录结构会是这样：

src
    geometry
        gemometry.go
bin
    geometry

键入 workspacepath/bin/geometry，运行该程序。请用你自己的 Go 工作区来替换 workspacepath。这个命令会执行 bin 文件夹里的 geometry 二进制文件。你应该会输出 Geometrical shape properties。

创建自定义的包

我们将组织代码，使得所有与矩形有关的功能都放入 rectangle 包中。

我们会创建一个自定义包 rectangle，它有一个计算矩形的面积和对角线的函数。

属于某一个包的源文件都应该放置于一个单独命名的文件夹里。按照 Go 的惯例，应该用包名命名该文件夹。

因此，我们在 geometry 文件夹中，创建一个命名为 rectangle 的文件夹。在 rectangle 文件夹中，所有文件都会以 package rectangle 作为开头，因为它们都属于 rectangle 包。

在我们之前创建的 rectangle 文件夹中，再创建一个名为 rectprops.go 的文件，添加下列代码。

// rectprops.go
package rectangle

import "math"

func Area(len, wid float64) float64 {  
    area := len * wid
    return area
}

func Diagonal(len, wid float64) float64 {  
    diagonal := math.Sqrt((len * len) + (wid * wid))
    return diagonal
}

在上面的代码中，我们创建了两个函数用于计算 Area 和 Diagonal。矩形的面积是长和宽的乘积。矩形的对角线是长与宽平方和的平方根。math 包下面的 Sqrt 函数用于计算平方根。

注意到函数 Area 和 Diagonal 都是以大写字母开头的。这是有必要的，我们将会很快解释为什么需要这样做。

导入自定义包

为了使用自定义包，我们必须要先导入它。导入自定义包的语法为 import path。我们必须指定自定义包相对于工作区内 src 文件夹的相对路径。我们目前的文件夹结构是：

src
    geometry
        geometry.go
        rectangle
            rectprops.go

import "geometry/rectangle" 这一行会导入 rectangle 包。

在 geometry.go 里面添加下面的代码：

// geometry.go
package main 

import (  
    "fmt"
    "geometry/rectangle" // 导入自定义包
)

func main() {  
    var rectLen, rectWidth float64 = 6, 7
    fmt.Println("Geometrical shape properties")    /*Area function of rectangle package used*/
    fmt.Printf("area of rectangle %.2f\n", rectangle.Area(rectLen, rectWidth))    /*Diagonal function of rectangle package used*/
    fmt.Printf("diagonal of the rectangle %.2f ", rectangle.Diagonal(rectLen, rectWidth))
}

上面的代码导入了 rectangle 包，并调用了里面的 Area 和 Diagonal 函数，得到矩形的面积和对角线。Printf 内的格式说明符 %.2f 会将浮点数截断到小数点两位。应用程序的输出为：

Geometrical shape properties  
area of rectangle 42.00  
diagonal of the rectangle 9.22

导出名字（Exported Names）

我们将 rectangle 包中的函数 Area 和 Diagonal 首字母大写。在 Go 中这具有特殊意义。在 Go 中，任何以大写字母开头的变量或者函数都是被导出的名字。其它包只能访问被导出的函数和变量。在这里，我们需要在 main 包中访问 Area 和 Diagonal 函数，因此会将它们的首字母大写。

在 rectprops.go 中，如果函数名从 Area(len, wid float64) 变为 area(len, wid float64)，并且在 geometry.go 中， rectangle.Area(rectLen, rectWidth) 变为 rectangle.area(rectLen, rectWidth)， 则该程序运行时，编译器会抛出错误 geometry.go:11: cannot refer to unexported name rectangle.area。因为如果想在包外访问一个函数，它应该首字母大写。

init 函数

所有包都可以包含一个 init 函数。init 函数不应该有任何返回值类型和参数，在我们的代码中也不能显式地调用它。init 函数的形式如下：

func init() {  
}

init 函数可用于执行初始化任务，也可用于在开始执行之前验证程序的正确性。

包的初始化顺序如下：

1. 首先初始化包级别（Package Level）的变量

2. 紧接着调用 init 函数。包可以有多个 init 函数（在一个文件或分布于多个文件中），它们按照编译器解析它们的顺序进行调用。

如果一个包导入了另一个包，会先初始化被导入的包。

尽管一个包可能会被导入多次，但是它只会被初始化一次。

为了理解 init 函数，我们接下来对程序做了一些修改。

首先在 rectprops.go 文件中添加了一个 init 函数。

// rectprops.go
package rectangle

import "math"
import "fmt"

/*
 * init function added
 */
func init() {  
    fmt.Println("rectangle package initialized")
}
func Area(len, wid float64) float64 {  
    area := len * wid
    return area
}
func Diagonal(len, wid float64) float64 {  
    diagonal := math.Sqrt((len * len) + (wid * wid))
    return diagonal
}

我们添加了一个简单的 init 函数，它仅打印 rectangle package initialized。

现在我们来修改 main 包。我们知道矩形的长和宽都应该大于 0，我们将在 geometry.go 中使用 init 函数和包级别的变量来检查矩形的长和宽。

修改 geometry.go 文件如下所示：

// geometry.go
package main 

import (  
    "fmt"
    "geometry/rectangle" // 导入自定义包
    "log"
)
/*
 * 1. 包级别变量
*/
var rectLen, rectWidth float64 = 6, 7
 
/*
*2. init 函数会检查长和宽是否大于0
*/
func init() {  
    println("main package initialized")
    if rectLen < 0 {
        log.Fatal("length is less than zero")
    }
    if rectWidth < 0 {
        log.Fatal("width is less than zero")
    }
}

func main() {  
    fmt.Println("Geometrical shape properties")
    fmt.Printf("area of rectangle %.2f\n", rectangle.Area(rectLen, rectWidth))
    fmt.Printf("diagonal of the rectangle %.2f ",rectangle.Diagonal(rectLen, rectWidth))
}

我们对 geometry.go 做了如下修改：

1. 变量 rectLen 和 rectWidth 从 main 函数级别移到了包级别。

2. 添加了 init 函数。当 rectLen 或 rectWidth 小于 0 时，init 函数使用 log.Fatal函数打印一条日志，并终止了程序。

main 包的初始化顺序为：

1. 首先初始化被导入的包。因此，首先初始化了 rectangle 包。

2. 接着初始化了包级别的变量 rectLen 和 rectWidth。

3. 调用 init 函数。

4. 最后调用 main 函数。

当运行该程序时，会有如下输出。

rectangle package initialized  
main package initialized  
Geometrical shape properties  
area of rectangle 42.00  
diagonal of the rectangle 9.22

果然，程序会首先调用 rectangle 包的 init 函数，然后，会初始化包级别的变量rectLen 和 rectWidth。接着调用 main 包里的 init 函数，该函数检查 rectLen 和 rectWidth 是否小于 0，如果条件为真，则终止程序。我们会在单独的教程里深入学习 if 语句。现在你可以认为 if rectLen < 0 能够检查 rectLen 是否小于 0，并且如果是，则终止程序。rectWidth 条件的编写也是类似的。在这里两个条件都为假，因此程序继续执行。最后调用了 main 函数。

让我们接着稍微修改这个程序来学习使用 init 函数。

将 geometry.go 中的 var rectLen, rectWidth float64 = 6, 7 改为 var rectLen, rectWidth float64 = -6, 7。我们把 rectLen 初始化为负数。

现在当运行程序时，会得到：

rectangle package initialized  
main package initialized  
2017/04/04 00:28:20 length is less than zero

像往常一样， 会首先初始化 rectangle 包，然后是 main 包中的包级别的变量 rectLen 和 rectWidth。rectLen 为负数，因此当运行 init 函数时，程序在打印 length is less than zero 后终止。

本代码可以在 github 下载。

使用空白标识符（Blank Identifier）

导入了包，却不在代码中使用它，这在 Go 中是非法的。当这么做时，编译器是会报错的。其原因是为了避免导入过多未使用的包，从而导致编译时间显著增加。将 geometry.go 中的代码替换为如下代码：

// geometry.go
package main 

import (
    "geometry/rectangle" // 导入自定的包
)
func main() {

}

上面的程序将会抛出错误 geometry.go:6: imported and not used: "geometry/rectangle"。

然而，在程序开发的活跃阶段，又常常会先导入包，而暂不使用它。遇到这种情况就可以使用空白标识符 _。

下面的代码可以避免上述程序的错误：

package main

import (  
    "geometry/rectangle"
)

var _ = rectangle.Area // 错误屏蔽器

func main() {

}

var _ = rectangle.Area 这一行屏蔽了错误。我们应该了解这些错误屏蔽器（Error Silencer）的动态，在程序开发结束时就移除它们，包括那些还没有使用过的包。由此建议在 import 语句下面的包级别范围中写上错误屏蔽器。

有时候我们导入一个包，只是为了确保它进行了初始化，而无需使用包中的任何函数或变量。例如，我们或许需要确保调用了 rectangle 包的 init 函数，而不需要在代码中使用它。这种情况也可以使用空白标识符，如下所示。

package main 

import (
    _ "geometry/rectangle"
)
func main() {

}

运行上面的程序，会输出 rectangle package initialized。尽管在所有代码里，我们都没有使用这个包，但还是成功初始化了它。