go语言：go语言的基本语法（2）

一、Go语言输出正弦函数（Sin）图像

在Go语言中，正弦函数由 math 包提供，函数入口为 math.Sin，正弦函数的参数为 float64，返回值也是 float64。在使用正弦函数时，根据实际精度可以进行转换。

Go语言的标准库支持对图片像素进行访问，并且支持输出各种图片格式，如 JPEG、PNG、GIF 等。

首先给出本节完整的代码：

package main
import (
    "image"
    "image/color"
    "image/png"
    "log"
    "math"
    "os"
)
func main() {
    // 图片大小
    const size = 300
    // 根据给定大小创建灰度图
    pic := image.NewGray(image.Rect(0, 0, size, size))
    // 遍历每个像素
    for x := 0; x < size; x++ {
        for y := 0; y < size; y++ {
            // 填充为白色
            pic.SetGray(x, y, color.Gray{255})
        }
    }
    // 从0到最大像素生成x坐标
    for x := 0; x < size; x++ {
        // 让sin的值的范围在0~2Pi之间
        s := float64(x) * 2 * math.Pi / size
        // sin的幅度为一半的像素。向下偏移一半像素并翻转
        y := size/2 - math.Sin(s)*size/2
        // 用黑色绘制sin轨迹
        pic.SetGray(x, int(y), color.Gray{0})
    }
    // 创建文件
    file, err := os.Create("sin.png")
    if err != nil {
        log.Fatal(err)
    }
    // 使用png格式将数据写入文件
    png.Encode(file, pic) //将image信息写入文件中
    // 关闭文件
    file.Close()
}
设置图片背景色
以下是设置图片背景的代码：
// 图片大小
const size = 300
// 根据给定大小创建灰度图
pic := image.NewGray(image.Rect(0, 0, size, size))
// 遍历每个像素
for x := 0; x < size; x++ {
    for y := 0; y < size; y++ {
        // 填充为白色
        pic.SetGray(x, y, color.Gray{255})
    }
}

代码说明如下：
第 2 行，声明一个 size 常量，值为 300。
第 5 行，使用 image 包的 NewGray() 函数创建一个图片对象，使用区域由 image.Rect 结构提供，image.Rect 描述一个方形的两个定位点 (x1,y1) 和 (x2,y2)，image.Rect(0,0,size,size) 表示使用完整灰度图像素，尺寸为宽 300，长 300。
第 8 行和第 9 行，遍历灰度图的所有像素。
第 11 行，将每一个像素的灰度设为 255，也就是白色。

灰度图是一种常见的图片格式，一般情况下颜色由 8 位组成，灰度范围为 0～255，0 表示黑色，255 表示白色。

初始化好的灰度图默认的灰度值都是 0，对的是黑色，由于显示效果的效果不是很好，所以这里将所有像素设置为 255，也就是白色。
绘制正弦函数轨迹
正弦函数是一个周期函数，定义域是实数集，取值范围是 [-1, 1]。用编程的通俗易懂的话来说就是：math.Sin 函数的参数支持任意浮点数范围，函数返回值的范围总是在 -1～1 之间（包含 1、-1）。

要将正弦函数放在图片上需要考虑以下一些因素：
math.Sin 的返回值在 -1～1 之间，需要考虑将正弦的输出幅度变大，可以将 math.Sin 的返回值乘以一个常量进行放大。
图片的坐标系原点在左上角，而 math.Sin 基于笛卡尔坐标系原点在左下角，需要对图像进行上下翻转和平移。

将这些处理逻辑汇总为代码如下：

// 从0到最大像素生成x坐标
for x := 0; x < size; x++ {
    // 让sin的值的范围在0~2Pi之间
    s := float64(x) * 2 * math.Pi / size
    // sin的幅度为一半的像素。向下偏移一半像素并翻转
    y := size/2 - math.Sin(s)*size/2
    // 用黑色绘制sin轨迹
    pic.SetGray(x, int(y), color.Gray{0})
}

代码说明如下：

1. 第 2 行，生成 0 到 size（300）的 x 坐标轴。

2. 第 5 行，计算 math.Sin 的定义域，这段代码等效为：
   rate := x / size
   s := rate * 2 * math.Pi
   x 的范围是 0 到 size，因此除以 size 后，rate 的范围是 0～1 之间，再乘以 2π 后，s 的范围刚好是 0～2π 之间。

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float64(x) 表示将整型的 x 变量转换为 float64 类型，之后运算的所有表达式将以 float64 类型进行。

3. 第 8 行中，math.Sin(s)*size/2 表示将正弦函数的返回值幅度从 1 扩大到二分之一的 size。负号表示将正弦函数图形以图形中心上下翻转。叠加 size/2 表示将图形在 y 轴上向下偏移二分之一的 size（图片坐标系的 y 向下）。

4. 第 11 行将计算好的 x 轴和 y 轴数据，以灰度为 0（黑色）使用 SetGray() 方法填充到像素中。

写入图片的正弦函数图像如下图所示：

写入图片文件
内存中的正弦函数图形是不可见的，我们选用 PNG 格式将图形输出为文件，Go语言提供了文件创建函数和 PNG 格式写入函数，代码如下：

// 创建文件
file, err := os.Create("sin.png")
if err != nil {
    log.Fatal(err)
}
// 使用PNG格式将数据写入文件
png.Encode(file, pic)  //将image信息写入文件中
// 关闭文件
file.Close()

代码说明如下：
第 2 行，创建 sin.png 的文件。
第 4 行，如果创建文件失败，返回错误，打印错误并终止。
第 8 行，使用 PNG 包，将图形对象写入文件中。
第 11 行，关闭文件。

二、Go语言bool类型（布尔类型）

一个布尔类型的值只有两种：true 或 false。if 和 for 语句的条件部分都是布尔类型的值，并且==和<等比较操作也会产生布尔型的值。

一元操作符!对应逻辑非操作，因此!true的值为 false，更复杂一些的写法是(!true==false) true，实际开发中我们应尽量采用比较简洁的布尔表达式，就像用 x 来表示xtrue。

var aVar = 10
aVar == 5  // false
aVar == 10 // true
aVar != 5  // true
aVar != 10 // false

Go语言对于值之间的比较有非常严格的限制，只有两个相同类型的值才可以进行比较，如果值的类型是接口（interface），那么它们也必须都实现了相同的接口。如果其中一个值是常量，那么另外一个值可以不是常量，但是类型必须和该常量类型相同。如果以上条件都不满足，则必须将其中一个值的类型转换为和另外一个值的类型相同之后才可以进行比较。

布尔值可以和 &&（AND）和 ||（OR）操作符结合，并且有短路行为，如果运算符左边的值已经可以确定整个布尔表达式的值，那么运算符右边的值将不再被求值，因此下面的表达式总是安全的：
s != “” && s[0] == ‘x’
其中 s[0] 操作如果应用于空字符串将会导致 panic 异常。

因为&&的优先级比||高（&& 对应逻辑乘法，|| 对应逻辑加法，乘法比加法优先级要高），所以下面的布尔表达式可以不加小括号：

if 'a' <= c && c <= 'z' ||
    'A' <= c && c <= 'Z' ||
    '0' <= c && c <= '9' {
    // ...ASCII字母或数字...
}

布尔值并不会隐式转换为数字值 0 或 1，反之亦然，必须使用 if 语句显式的进行转换：

i := 0
if b {
    i = 1
}

如果需要经常做类似的转换，可以将转换的代码封装成一个函数，如下所示：

// 如果b为真，btoi返回1；如果为假，btoi返回0
func btoi(b bool) int {
    if b {
        return 1
    }
    return 0
}

数字到布尔型的逆转换非常简单，不过为了保持对称，我们也可以封装一个函数：

// itob报告是否为非零。
func itob(i int) bool { return i != 0 }

Go语言中不允许将整型强制转换为布尔型，代码如下：

var n bool
fmt.Println(int(n) * 2)

编译错误，输出如下：

cannot convert n (type bool) to type int

布尔型无法参与数值运算，也无法与其他类型进行转换。

三、Go语言字符串

一个字符串是一个不可改变的字节序列，字符串可以包含任意的数据，但是通常是用来包含可读的文本，字符串是 UTF-8 字符的一个序列（当字符为 ASCII 码表上的字符时则占用 1 个字节，其它字符根据需要占用 2-4 个字节）。

UTF-8 是一种被广泛使用的编码格式，是文本文件的标准编码，其中包括 XML 和 JSON 在内也都使用该编码。由于该编码对占用字节长度的不定性，在Go语言中字符串也可能根据需要占用 1 至 4 个字节，这与其它编程语言如 C++、Java 或者 Python 不同（Java 始终使用 2 个字节）。Go语言这样做不仅减少了内存和硬盘空间占用，同时也不用像其它语言那样需要对使用 UTF-8 字符集的文本进行编码和解码。

字符串是一种值类型，且值不可变，即创建某个文本后将无法再次修改这个文本的内容，更深入地讲，字符串是字节的定长数组。
定义字符串
可以使用双引号""来定义字符串，字符串中可以使用转义字符来实现换行、缩进等效果，常用的转义字符包括：

\n：换行符
\r：回车符
\t：tab 键
\u 或 \U：Unicode 字符
\\：反斜杠自身
package main
import (
    "fmt"
)
func main() {
    var str = "C语言中文网\nGo语言教程"
    fmt.Println(str)
}
运行结果为：
C语言中文网
Go语言教程

一般的比较运算符（==、!=、<、<=、>=、>）是通过在内存中按字节比较来实现字符串比较的，因此比较的结果是字符串自然编码的顺序。字符串所占的字节长度可以通过函数 len() 来获取，例如 len(str)。

字符串的内容（纯字节）可以通过标准索引法来获取，在方括号[ ]内写入索引，索引从 0 开始计数：
字符串 str 的第 1 个字节：str[0]
第 i 个字节：str[i - 1]
最后 1 个字节：str[len(str)-1]

需要注意的是，这种转换方案只对纯 ASCII 码的字符串有效。
注意：获取字符串中某个字节的地址属于非法行为，例如 &str[i]。

字符串拼接符“+”
两个字符串 s1 和 s2 可以通过 s := s1 + s2 拼接在一起。将 s2 追加到 s1 尾部并生成一个新的字符串 s。

可以通过下面的方式来对代码中多行的字符串进行拼接：

str := "Beginning of the string " +
"second part of the string"

提示：因为编译器会在行尾自动补全分号，所以拼接字符串用的加号“+”必须放在第一行末尾。

也可以使用“+=”来对字符串进行拼接：

s := "hel" + "lo,"
s += "world!"
fmt.Println(s) //输出 “hello, world!”

字符串实现基于 UTF-8 编码
Go语言中字符串的内部实现使用 UTF-8 编码，通过 rune 类型，可以方便地对每个 UTF-8 字符进行访问。当然，Go语言也支持按照传统的 ASCII 码方式逐字符进行访问。

关于字符串的 UTF-8 字符访问的详细方法，后面的章节将会详细介绍。
定义多行字符串
在Go语言中，使用双引号书写字符串的方式是字符串常见表达方式之一，被称为字符串字面量（string literal），这种双引号字面量不能跨行，如果想要在源码中嵌入一个多行字符串时，就必须使用`反引号，代码如下：

const str = `
第一行
第二行
第三行
\r\n
`
fmt.Println(str)
代码运行结果：
第一行
第二行
第三行
\r\n

反引号`，是键盘上 1 键左边的键，两个反引号间的字符串将被原样赋值到 str 变量中。

在这种方式下，反引号间换行将被作为字符串中的换行，但是所有的转义字符均无效，文本将会原样输出。

多行字符串一般用于内嵌源码和内嵌数据等，代码如下：

const codeTemplate = `// Generated by github.com/davyxu/cellnet/
protoc-gen-msg
// DO NOT EDIT!{{range .Protos}}
// Source: {{.Name}}{{end}}
package {{.PackageName}}
{{if gt .TotalMessages 0}}
import (
    "github.com/davyxu/cellnet"
    "reflect"
    _ "github.com/davyxu/cellnet/codec/pb"
)
{{end}}
func init() {
    {{range .Protos}}
    // {{.Name}}{{range .Messages}}
    cellnet.RegisterMessageMeta("pb","{{.FullName}}", reflect.TypeOf((*{{.Name}})(nil)).Elem(), {{.MsgID}})    {{end}}
    {{end}}
}
`

这段代码只定义了一个常量 codeTemplate，类型为字符串，使用`定义，字符串的内容为一段代码生成中使用到的 Go 源码格式。

在`间的所有代码均不会被编译器识别，而只是作为字符串的一部分。

1、Go语言计算字符串长度——len()和RuneCountInString()
Go 语言的内建函数 len()，可以用来获取切片、字符串、通道（channel）等的长度。下面的代码可以用 len() 来获取字符串的长度。

tip1 := "genji is a ninja"
fmt.Println(len(tip1))
tip2 := "忍者"
fmt.Println(len(tip2))
程序输出如下：
16
6

len() 函数的返回值的类型为 int，表示字符串的 ASCII 字符个数或字节长度。
输出中第一行的 16 表示 tip1 的字符个数为 16。
输出中第二行的 6 表示 tip2 的字符格式，也就是“忍者”的字符个数是 6，然而根据习惯，“忍者”的字符个数应该是 2。

这里的差异是由于 Go 语言的字符串都以 UTF-8 格式保存，每个中文占用 3 个字节，因此使用 len() 获得两个中文文字对应的 6 个字节。

如果希望按习惯上的字符个数来计算，就需要使用 Go 语言中 UTF-8 包提供的 RuneCountInString() 函数，统计 Uncode 字符数量。

下面的代码展示如何计算UTF-8的字符个数。

fmt.Println(utf8.RuneCountInString("忍者"))
fmt.Println(utf8.RuneCountInString("龙忍出鞘,fight!"))
程序输出如下：
2
11

一般游戏中在登录时都需要输入名字，而名字一般有长度限制。考虑到国人习惯使用中文做名字，就需要检测字符串 UTF-8 格式的长度。
总结
ASCII 字符串长度使用 len() 函数。
Unicode 字符串长度使用 utf8.RuneCountInString() 函数。
2、Go语言遍历字符串——获取每一个字符串元素
遍历每一个ASCII字符
遍历 ASCII 字符使用 for 的数值循环进行遍历，直接取每个字符串的下标获取 ASCII 字符，如下面的例子所示。

theme := "狙击 start"
for i := 0; i < len(theme); i++ {
    fmt.Printf("ascii: %c  %d\n", theme[i], theme[i])
}
程序输出如下：
ascii: ?  231
ascii:     139
ascii:     153
ascii: ?  229
ascii:     135
ascii: ?  187
ascii:    32
ascii: s  115
ascii: t  116
ascii: a  97
ascii: r  114
ascii: t  116

这种模式下取到的汉字“惨不忍睹”。由于没有使用 Unicode，汉字被显示为乱码。
按Unicode字符遍历字符串
同样的内容：

theme := "狙击 start"
for _, s := range theme {
    fmt.Printf("Unicode: %c  %d\n", s, s)
}
程序输出如下：
Unicode: 狙  29401
Unicode: 击  20987
Unicode:    32
Unicode: s  115
Unicode: t  116
Unicode: a  97
Unicode: r  114
Unicode: t  116

可以看到，这次汉字可以正常输出了。
总结
ASCII 字符串遍历直接使用下标。
Unicode 字符串遍历用 for range。

3、Go语言字符串截取（获取字符串的某一段字符）
获取字符串的某一段字符是开发中常见的操作，我们一般将字符串中的某一段字符称做子串（substring）。

下面例子中使用 strings.Index() 函数在字符串中搜索另外一个子串，代码如下：

tracer := "死神来了, 死神bye bye"
comma := strings.Index(tracer, ", ")
pos := strings.Index(tracer[comma:], "死神")
fmt.Println(comma, pos, tracer[comma+pos:])
程序输出如下：
12 3 死神bye bye

代码说明如下：

1. 第 2 行尝试在 tracer 的字符串中搜索中文的逗号，返回的位置存在 comma 变量中，类型是 int，表示从 tracer 字符串开始的 ASCII 码位置。

strings.Index() 函数并没有像其他语言一样，提供一个从某偏移开始搜索的功能。不过我们可以对字符串进行切片操作来实现这个逻辑。

2. 第4行中，tracer[comma:] 从 tracer 的 comma 位置开始到 tracer 字符串的结尾构造一个子字符串，返回给 string.Index() 进行再索引。得到的 pos 是相对于 tracer[comma:] 的结果。

comma 逗号的位置是 12，而 pos 是相对位置，值为 3。我们为了获得第二个“死神”的位置，也就是逗号后面的字符串，就必须让 comma 加上 pos 的相对偏移，计算出 15 的偏移，然后再通过切片 tracer[comma+pos:] 计算出最终的子串，获得最终的结果：“死神bye bye”。
总结
字符串索引比较常用的有如下几种方法：
strings.Index：正向搜索子字符串。
strings.LastIndex：反向搜索子字符串。
搜索的起始位置可以通过切片偏移制作。
4、Go语言修改字符串
Go 语言的字符串无法直接修改每一个字符元素，只能通过重新构造新的字符串并赋值给原来的字符串变量实现。请参考下面的代码：

angel := "Heros never die"
angleBytes := []byte(angel)
for i := 5; i <= 10; i++ {
    angleBytes[i] = ' '
}
fmt.Println(string(angleBytes))
程序输出如下：
Heros       die

代码说明如下：
在第 3 行中，将字符串转为字符串数组。
第 5～7 行利用循环，将 never 单词替换为空格。
最后打印结果。

感觉我们通过代码达成了修改字符串的过程，但真实的情况是：Go 语言中的字符串和其他高级语言（Java、C#）一样，默认是不可变的（immutable）。

字符串不可变有很多好处，如天生线程安全，大家使用的都是只读对象，无须加锁；再者，方便内存共享，而不必使用写时复制（Copy On Write）等技术；字符串 hash 值也只需要制作一份。

所以说，代码中实际修改的是 []byte，[]byte 在 Go 语言中是可变的，本身就是一个切片。

在完成了对 []byte 操作后，在第 9 行，使用 string() 将 []byte 转为字符串时，重新创造了一个新的字符串。
总结
Go 语言的字符串是不可变的。
修改字符串时，可以将字符串转换为 []byte 进行修改。
[]byte 和 string 可以通过强制类型转换互转。

5、Go语言字符串拼接（连接）
但问题来了，好的事物并非完美，简单的东西未必高效。除了加号连接字符串，Go 语言中也有类似于 StringBuilder 的机制来进行高效的字符串连接，例如：

hammer := "吃我一锤"
sickle := "死吧"
// 声明字节缓冲
var stringBuilder bytes.Buffer
// 把字符串写入缓冲
stringBuilder.WriteString(hammer)
stringBuilder.WriteString(sickle)
// 将缓冲以字符串形式输出
fmt.Println(stringBuilder.String())

bytes.Buffer 是可以缓冲并可以往里面写入各种字节数组的。字符串也是一种字节数组，使用 WriteString() 方法进行写入。

将需要连接的字符串，通过调用 WriteString() 方法，写入 stringBuilder 中，然后再通过 stringBuilder.String() 方法将缓冲转换为字符串。
6、Go语言fmt.Sprintf（格式化输出）
格式化在逻辑中非常常用。使用格式化函数，要注意写法：
fmt.Sprintf(格式化样式, 参数列表…)

格式化样式：字符串形式，格式化动词以%开头。
参数列表：多个参数以逗号分隔，个数必须与格式化样式中的个数一一对应，否则运行时会报错。

在 Go 语言中，格式化的命名延续C语言风格：

var progress = 2
var target = 8
// 两参数格式化
title := fmt.Sprintf("已采集%d个药草, 还需要%d个完成任务", progress, target)
fmt.Println(title)
pi := 3.14159
// 按数值本身的格式输出
variant := fmt.Sprintf("%v %v %v", "月球基地", pi, true)
fmt.Println(variant)
// 匿名结构体声明, 并赋予初值
profile := &struct {
    Name string
    HP   int
}{
    Name: "rat",
    HP:   150,
}
fmt.Printf("使用'%%+v' %+v\n", profile)
fmt.Printf("使用'%%#v' %#v\n", profile)
fmt.Printf("使用'%%T' %T\n", profile)
代码输出如下：
已采集2个药草, 还需要8个完成任务
"月球基地" 3.14159 true
使用'%+v' &{Name:rat HP:150}
使用'%#v' &struct { Name string; HP int }{Name:"rat", HP:150}
使用'%T' *struct { Name string; HP int }C语言中, 使用%d代表整型参数

下表中标出了常用的一些格式化样式中的动词及功能。

7、Go语言Base64编码——电子邮件的基础编码格式
Base64 编码是常见的对 8 比特字节码的编码方式之一。Base64 可以使用 64 个可打印字符来表示二进制数据，电子邮件就是使用这种编码。

Go 语言的标准库自带了 Base64 编码算法，通过几行代码就可以对数据进行编码，示例代码如下。

package main
import (
    "encoding/base64"
    "fmt"
)
func main() {
    // 需要处理的字符串
    message := "Away from keyboard. https://golang.org/"
    // 编码消息
    encodedMessage := base64.StdEncoding.EncodeToString([]byte (message))
    // 输出编码完成的消息
    fmt.Println(encodedMessage)
    // 解码消息
    data, err := base64.StdEncoding.DecodeString(encodedMessage)
    // 出错处理
    if err != nil {
        fmt.Println(err)
    } else {
        // 打印解码完成的数据
        fmt.Println(string(data))
    }
}
代码说明如下：
第 11 行为需要编码的消息，消息可以是字符串，也可以是二进制数据。
第 14 行，base64 包有多种编码方法，这里使用 base64.StdEnoding 的标准编码方法进行编码。传入的字符串需要转换为字节数组才能供这个函数使用。
第 17 行，编码完成后一定会输出字符串类型，打印输出。
第 20 行，解码时可能会发生错误，使用 err 变量接收错误。
第 24 行，出错时，打印错误。
第 27 行，正确时，将返回的字节数组（[]byte）转换为字符串。

四、Go语言字符类型（byte和rune）

字符串中的每一个元素叫做“字符”，在遍历或者单个获取字符串元素时可以获得字符。

Go语言的字符有以下两种：
一种是 uint8 类型，或者叫 byte 型，代表了 ASCII 码的一个字符。
另一种是 rune 类型，代表一个 UTF-8 字符，当需要处理中文、日文或者其他复合字符时，则需要用到 rune 类型。rune 类型等价于 int32 类型。

byte 类型是 uint8 的别名，对于只占用 1 个字节的传统 ASCII 编码的字符来说，完全没有问题，例如 var ch byte = ‘A’，字符使用单引号括起来。

在 ASCII 码表中，A 的值是 65，使用 16 进制表示则为 41，所以下面的写法是等效的：

var ch byte = 65 或 var ch byte = '\x41'      //（\x 总是紧跟着长度为 2 的 16 进制数）

另外一种可能的写法是 \后面紧跟着长度为 3 的八进制数，例如 \377。

Go语言同样支持 Unicode（UTF-8），因此字符同样称为 Unicode 代码点或者 runes，并在内存中使用 int 来表示。在文档中，一般使用格式 U+hhhh 来表示，其中 h 表示一个 16 进制数。

在书写 Unicode 字符时，需要在 16 进制数之前加上前缀\u或者\U。因为 Unicode 至少占用 2 个字节，所以我们使用 int16 或者 int 类型来表示。如果需要使用到 4 字节，则使用\u前缀，如果需要使用到 8 个字节，则使用\U前缀。

var ch int = '\u0041'
var ch2 int = '\u03B2'
var ch3 int = '\U00101234'
fmt.Printf("%d - %d - %d\n", ch, ch2, ch3) // integer
fmt.Printf("%c - %c - %c\n", ch, ch2, ch3) // character
fmt.Printf("%X - %X - %X\n", ch, ch2, ch3) // UTF-8 bytes
fmt.Printf("%U - %U - %U", ch, ch2, ch3)   // UTF-8 code point
输出：
65 - 946 - 1053236
A - β - r
41 - 3B2 - 101234
U+0041 - U+03B2 - U+101234

格式化说明符%c用于表示字符，当和字符配合使用时，%v或%d会输出用于表示该字符的整数，%U 输出格式为 U+hhhh 的字符串。

Unicode 包中内置了一些用于测试字符的函数，这些函数的返回值都是一个布尔值，如下所示（其中 ch 代表字符）：

判断是否为字母：unicode.IsLetter(ch)
判断是否为数字：unicode.IsDigit(ch)
判断是否为空白符号：unicode.IsSpace(ch)

UTF-8 和 Unicode 有何区别？
Unicode 与 ASCII 类似，都是一种字符集。

字符集为每个字符分配一个唯一的 ID，我们使用到的所有字符在 Unicode 字符集中都有一个唯一的 ID，例如上面例子中的 a 在 Unicode 与 ASCII 中的编码都是 97。汉字“你”在 Unicode 中的编码为 20320，在不同国家的字符集中，字符所对应的 ID 也会不同。而无论任何情况下，Unicode 中的字符的 ID 都是不会变化的。

UTF-8 是编码规则，将 Unicode 中字符的 ID 以某种方式进行编码，UTF-8 的是一种变长编码规则，从 1 到 4 个字节不等。编码规则如下：
0xxxxxx 表示文字符号 0～127，兼容 ASCII 字符集。
从 128 到 0x10ffff 表示其他字符。

根据这个规则，拉丁文语系的字符编码一般情况下每个字符占用一个字节，而中文每个字符占用 3 个字节。

广义的 Unicode 指的是一个标准，它定义了字符集及编码规则，即 Unicode 字符集和 UTF-8、UTF-16 编码等。

五、Go语言数据类型转换

在必要以及可行的情况下，一个类型的值可以被转换成另一种类型的值。由于Go语言不存在隐式类型转换，因此所有的类型转换都必须显式的声明：

valueOfTypeB = typeB(valueOfTypeA)

类型 B 的值 = 类型 B(类型 A 的值)

示例：
a := 5.0
b := int(a)

类型转换只能在定义正确的情况下转换成功，例如从一个取值范围较小的类型转换到一个取值范围较大的类型（将 int16 转换为 int32）。当从一个取值范围较大的类型转换到取值范围较小的类型时（将 int32 转换为 int16 或将 float32 转换为 int），会发生精度丢失（截断）的情况。

只有相同底层类型的变量之间可以进行相互转换（如将 int16 类型转换成 int32 类型），不同底层类型的变量相互转换时会引发编译错误（如将 bool 类型转换为 int 类型）：

package main
import (
        "fmt"
        "math"
)
func main() {
        // 输出各数值范围
        fmt.Println("int8 range:", math.MinInt8, math.MaxInt8)
        fmt.Println("int16 range:", math.MinInt16, math.MaxInt16)
        fmt.Println("int32 range:", math.MinInt32, math.MaxInt32)
        fmt.Println("int64 range:", math.MinInt64, math.MaxInt64)
        // 初始化一个32位整型值
        var a int32 = 1047483647
        // 输出变量的十六进制形式和十进制值
        fmt.Printf("int32: 0x%x %d\n", a, a)
        // 将a变量数值转换为十六进制, 发生数值截断
        b := int16(a)
        // 输出变量的十六进制形式和十进制值
        fmt.Printf("int16: 0x%x %d\n", b, b)
        // 将常量保存为float32类型
        var c float32 = math.Pi
        // 转换为int类型, 浮点发生精度丢失
        fmt.Println(int(c))
}

代码说明如下：
第 11～14 行，输出几个常见整型类型的数值范围。
第 17 行，声明 int32 类型的变量 a 并初始化。
第 19 行，使用 fmt.Printf 的%x动词将数值以十六进制格式输出，这一行输出 a 在转换前的 32 位的值。
第 22 行，将 a 的值转换为 int16 类型，也就是从 32 位有符号整型转换为 16 位有符号整型，由于 int16 类型的取值范围比 int32 类型的取值范围小，因此数值会进行截断（精度丢失）。
第 24 行，输出转换后的 a 变量值，也就是 b 的值，同样以十六进制和十进制两种方式进行打印。
第 27 行，math.Pi 是 math 包的常量，默认没有类型，会在引用到的地方自动根据实际类型进行推导，这里 math.Pi 被赋值到变量 c 中，因此类型为 float32。
第 29 行，将 float32 转换为 int 类型并输出。

代码输出如下：
int8 range: -128 127
int16 range: -32768 32767
int32 range: -2147483648 2147483647
int64 range: -9223372036854775808 9223372036854775807
int32: 0x3e6f54ff 1047483647
int16: 0x54ff 21759
3

根据输出结果，16 位有符号整型的范围是 -32768～32767，而变量 a 的值 1047483647 不在这个范围内。1047483647 对应的十六进制为 0x3e6f54ff，转为 int16 类型后，长度缩短一半，也就是在十六进制上砍掉一半，变成 0x54ff，对应的十进制值为 21759。

浮点数在转换为整型时，会将小数部分去掉，只保留整数部分。

六、Go语言指针详解

与 Java 和 .NET 等编程语言不同，Go语言为程序员提供了控制数据结构指针的能力，但是，并不能进行指针运算。Go语言允许你控制特定集合的数据结构、分配的数量以及内存访问模式，这对于构建运行良好的系统是非常重要的。指针对于性能的影响不言而喻，如果你想要做系统编程、操作系统或者网络应用，指针更是不可或缺的一部分。

指针（pointer）在Go语言中可以被拆分为两个核心概念：

• 类型指针，允许对这个指针类型的数据进行修改，传递数据可以直接使用指针，而无须拷贝数据，类型指针不能进行偏移和运算。
• 切片，由指向起始元素的原始指针、元素数量和容量组成。

受益于这样的约束和拆分，Go语言的指针类型变量即拥有指针高效访问的特点，又不会发生指针偏移，从而避免了非法修改关键性数据的问题。同时，垃圾回收也比较容易对不会发生偏移的指针进行检索和回收。

切片比原始指针具备更强大的特性，而且更为安全。切片在发生越界时，运行时会报出宕机，并打出堆栈，而原始指针只会崩溃。
C/C++中的指针
说到 C/C++ 中的指针，会让许多人“谈虎色变”，尤其是对指针的偏移、运算和转换。

其实，指针是 C/C++ 语言拥有极高性能的根本所在，在操作大块数据和做偏移时即方便又便捷。因此，操作系统依然使用C语言及指针的特性进行编写。

C/C++ 中指针饱受诟病的根本原因是指针的运算和内存释放，C/C++ 语言中的裸指针可以自由偏移，甚至可以在某些情况下偏移进入操作系统的核心区域，我们的计算机操作系统经常需要更新、修复漏洞的本质，就是为解决指针越界访问所导致的“缓冲区溢出”的问题。

要明白指针，需要知道几个概念：指针地址、指针类型和指针取值，下面将展开详细说明。
认识指针地址和指针类型
一个指针变量可以指向任何一个值的内存地址，它所指向的值的内存地址在 32 和 64 位机器上分别占用 4 或 8 个字节，占用字节的大小与所指向的值的大小无关。当一个指针被定义后没有分配到任何变量时，它的默认值为 nil。指针变量通常缩写为 ptr。

每个变量在运行时都拥有一个地址，这个地址代表变量在内存中的位置。Go语言中使用在变量名前面添加&操作符（前缀）来获取变量的内存地址（取地址操作），格式如下：

ptr := &v // v 的类型为 T

其中 v 代表被取地址的变量，变量 v 的地址使用变量 ptr 进行接收，ptr 的类型为*T，称做 T 的指针类型，*代表指针。

指针实际用法，可以通过下面的例子了解：

package main
import (
    "fmt"
)
func main() {
    var cat int = 1
    var str string = "banana"
    fmt.Printf("%p %p", &cat, &str)
}
运行结果：
0xc042052088 0xc0420461b0

代码说明如下：
第 8 行，声明整型变量 cat。
第 9 行，声明字符串变量 str。
第 10 行，使用 fmt.Printf 的动词%p打印 cat 和 str 变量的内存地址，指针的值是带有0x十六进制前缀的一组数据。

提示：变量、指针和地址三者的关系是，每个变量都拥有地址，指针的值就是地址。
从指针获取指针指向的值
当使用&操作符对普通变量进行取地址操作并得到变量的指针后，可以对指针使用*操作符，也就是指针取值，代码如下。

package main
import (
    "fmt"
)
func main() {
    // 准备一个字符串类型
    var house = "Malibu Point 10880, 90265"
    // 对字符串取地址, ptr类型为*string
    ptr := &house
    // 打印ptr的类型
    fmt.Printf("ptr type: %T\n", ptr)
    // 打印ptr的指针地址
    fmt.Printf("address: %p\n", ptr)
    // 对指针进行取值操作
    value := *ptr
    // 取值后的类型
    fmt.Printf("value type: %T\n", value)
    // 指针取值后就是指向变量的值
    fmt.Printf("value: %s\n", value)
}
运行结果：
ptr type: *string
address: 0xc0420401b0
value type: string
value: Malibu Point 10880, 90265

代码说明如下：
第 10 行，准备一个字符串并赋值。
第 13 行，对字符串取地址，将指针保存到变量 ptr 中。
第 16 行，打印变量 ptr 的类型，其类型为 *string。
第 19 行，打印 ptr 的指针地址，地址每次运行都会发生变化。
第 22 行，对 ptr 指针变量进行取值操作，变量 value 的类型为 string。
第 25 行，打印取值后 value 的类型。
第 28 行，打印 value 的值。

取地址操作符&和取值操作符*是一对互补操作符，&取出地址，*根据地址取出地址指向的值。

变量、指针地址、指针变量、取地址、取值的相互关系和特性如下：
对变量进行取地址操作使用&操作符，可以获得这个变量的指针变量。
指针变量的值是指针地址。
对指针变量进行取值操作使用*操作符，可以获得指针变量指向的原变量的值。
使用指针修改值
通过指针不仅可以取值，也可以修改值。

前面已经演示了使用多重赋值的方法进行数值交换，使用指针同样可以进行数值交换，代码如下：

package main
import "fmt"
// 交换函数
func swap(a, b *int) {
    // 取a指针的值, 赋给临时变量t
    t := *a
    // 取b指针的值, 赋给a指针指向的变量
    *a = *b
    // 将a指针的值赋给b指针指向的变量
    *b = t
}
func main() {
// 准备两个变量, 赋值1和2
    x, y := 1, 2
    // 交换变量值
    swap(&x, &y)
    // 输出变量值
    fmt.Println(x, y)
}
运行结果：
2 1

代码说明如下：
第 6 行，定义一个交换函数，参数为 a、b，类型都为 int 指针类型。
第 9 行，取指针 a 的值，并把值赋给变量 t，t 此时是 int 类型。
第 12 行，取 b 的指针值，赋给指针 a 指向的变量。注意，此时a的意思不是取 a 指针的值，而是“a 指向的变量”。
第 15 行，将 t 的值赋给指针 b 指向的变量。
第 21 行，准备 x、y 两个变量，分别赋值为 1 和 2，类型为 int。
第 24 行，取出 x 和 y 的地址作为参数传给 swap() 函数进行调用。
第 27 行，交换完毕时，输出 x 和 y 的值。

*操作符作为右值时，意义是取指针的值，作为左值时，也就是放在赋值操作符的左边时，表示 a 指针指向的变量。其实归纳起来，*操作符的根本意义就是操作指针指向的变量。当操作在右值时，就是取指向变量的值，当操作在左值时，就是将值设置给指向的变量。

如果在 swap() 函数中交换操作的是指针值，会发生什么情况？可以参考下面代码：

package main
import "fmt"
func swap(a, b *int) {
    b, a = a, b
}
func main() {
    x, y := 1, 2
    swap(&x, &y)
    fmt.Println(x, y)
}
运行结果：
1 2

结果表明，交换是不成功的。上面代码中的 swap() 函数交换的是 a 和 b 的地址，在交换完毕后，a 和 b 的变量值确实被交换。但和 a、b 关联的两个变量并没有实际关联。这就像写有两座房子的卡片放在桌上一字摊开，交换两座房子的卡片后并不会对两座房子有任何影响。
示例：使用指针变量获取命令行的输入信息
Go语言内置的 flag 包实现了对命令行参数的解析，flag 包使得开发命令行工具更为简单。

下面的代码通过提前定义一些命令行指令和对应的变量，并在运行时输入对应的参数，经过 flag 包的解析后即可获取命令行的数据。

【示例】获取命令行输入：

package main
// 导入系统包
import (
    "flag"
    "fmt"
)
// 定义命令行参数
var mode = flag.String("mode", "", "process mode")
func main() {
    // 解析命令行参数
    flag.Parse()
    // 输出命令行参数
    fmt.Println(*mode)
}
将这段代码命名为 main.go，然后使用如下命令行运行：
go run main.go --mode=fast

命令行输出结果如下：
fast

代码说明如下：
第 10 行，通过 flag.String，定义一个 mode 变量，这个变量的类型是 *string。后面 3 个参数分别如下：
参数名称：在命令行输入参数时，使用这个名称。
参数值的默认值：与 flag 所使用的函数创建变量类型对应，String 对应字符串、Int 对应整型、Bool 对应布尔型等。
参数说明：使用 -help 时，会出现在说明中。
第 15 行，解析命令行参数，并将结果写入到变量 mode 中。
第 18 行，打印 mode 指针所指向的变量。

由于之前已经使用 flag.String 注册了一个名为 mode 的命令行参数，flag 底层知道怎么解析命令行，并且将值赋给 mode*string 指针，在 Parse 调用完毕后，无须从 flag 获取值，而是通过自己注册的这个 mode 指针获取到最终的值。代码运行流程如下图所示。

创建指针的另一种方法——new() 函数
Go语言还提供了另外一种方法来创建指针变量，格式如下：
new(类型)

一般这样写：

str := new(string)
*str = "Go语言教程"
fmt.Println(*str)

new() 函数可以创建一个对应类型的指针，创建过程会分配内存，被创建的指针指向默认值。
Go语言变量逃逸分析
什么是栈
栈（Stack）是一种拥有特殊规则的线性表数据结构。
1) 概念
栈只允许从线性表的同一端放入和取出数据，按照后进先出（LIFO，Last InFirst Out）的顺序，如下图所示。

往栈中放入元素的过程叫做入栈。入栈会增加栈的元素数量，最后放入的元素总是位于栈的顶部，最先放入的元素总是位于栈的底部。

从栈中取出元素时，只能从栈顶部取出。取出元素后，栈的元素数量会变少。最先放入的元素总是最后被取出，最后放入的元素总是最先被取出。不允许从栈底获取数据，也不允许对栈成员（除了栈顶部的成员）进行任何查看和修改操作。

栈的原理类似于将书籍一本一本地堆起来。书按顺序一本一本从顶部放入，要取书时只能从顶部一本一本取出。
2) 变量和栈有什么关系
栈可用于内存分配，栈的分配和回收速度非常快。下面的代码展示了栈在内存分配上的作用：

func calc(a, b int) int {
    var c int
    c = a * b
    var x int
    x = c * 10
    return x
}
代码说明如下：
第 1 行，传入 a、b 两个整型参数。
第 2 行，声明整型变量 c，运行时，c 会分配一段内存用以存储 c 的数值。
第 3 行，将 a 和 b 相乘后赋值给 c。
第 5 行，声明整型变量 x，x 也会被分配一段内存。
第 6 行，让 c 乘以 10 后赋值给变量 x。
第 8 行，返回 x 的值。

上面的代码在没有任何优化的情况下，会进行变量 c 和 x 的分配过程。Go语言默认情况下会将 c 和 x 分配在栈上，这两个变量在 calc() 函数退出时就不再使用，函数结束时，保存 c 和 x 的栈内存再出栈释放内存，整个分配内存的过程通过栈的分配和回收都会非常迅速。
什么是堆
堆在内存分配中类似于往一个房间里摆放各种家具，家具的尺寸有大有小，分配内存时，需要找一块足够装下家具的空间再摆放家具。经过反复摆放和腾空家具后，房间里的空间会变得乱七八糟，此时再往这个空间里摆放家具会发现虽然有足够的空间，但各个空间分布在不同的区域，没有一段连续的空间来摆放家具。此时，内存分配器就需要对这些空间进行调整优化，如下图所示。

堆分配内存和栈分配内存相比，堆适合不可预知大小的内存分配。但是为此付出的代价是分配速度较慢，而且会形成内存碎片。
变量逃逸（Escape Analysis）——自动决定变量分配方式，提高运行效率
堆和栈各有优缺点，该怎么在编程中处理这个问题呢？在 C/C++ 语言中，需要开发者自己学习如何进行内存分配，选用怎样的内存分配方式来适应不同的算法需求。比如，函数局部变量尽量使用栈，全局变量、结构体成员使用堆分配等。程序员不得不花费很长的时间在不同的项目中学习、记忆这些概念并加以实践和使用。

Go语言将这个过程整合到了编译器中，命名为“变量逃逸分析”。通过编译器分析代码的特征和代码的生命周期，决定应该使用堆还是栈来进行内存分配。
1) 逃逸分析
通过下面的代码来展现Go语言如何使用命令行来分析变量逃逸，代码如下：

package main
import "fmt"
// 本函数测试入口参数和返回值情况
func dummy(b int) int {
    // 声明一个变量c并赋值
    var c int
    c = b
    return c
}
// 空函数, 什么也不做
func void() {
}
func main() {
    // 声明a变量并打印
    var a int
    // 调用void()函数
    void()
    // 打印a变量的值和dummy()函数返回
    fmt.Println(a, dummy(0))
}
代码说明如下：
第 6 行，dummy() 函数拥有一个参数，返回一个整型值，用来测试函数参数和返回值分析情况。
第 9 行，声明变量 c，用于演示函数临时变量通过函数返回值返回后的情况。
第 16 行，这是一个空函数，测试没有任何参数函数的分析情况。
第 23 行，在 main() 中声明变量 a，测试 main() 中变量的分析情况。
第 26 行，调用 void() 函数，没有返回值，测试 void() 调用后的分析情况。
第 29 行，打印 a 和 dummy(0) 的返回值，测试函数返回值没有变量接收时的分析情况。

接着使用如下命令行运行上面的代码：
go run -gcflags "-m -l" main.go

使用 go run 运行程序时，-gcflags 参数是编译参数。其中 -m 表示进行内存分配分析，-l 表示避免程序内联，也就是避免进行程序优化。

运行结果如下：
# command-line-arguments
./main.go:29:13: a escapes to heap
./main.go:29:22: dummy(0) escapes to heap
./main.go:29:13: main ... argument does not escape
0 0

程序运行结果分析如下：
第 2 行告知“代码的第 29 行的变量 a 逃逸到堆”。
第 3 行告知“dummy(0) 调用逃逸到堆”。由于 dummy() 函数会返回一个整型值，这个值被 fmt.Println 使用后还是会在 main() 函数中继续存在。
第 4 行，这句提示是默认的，可以忽略。

上面例子中变量 c 是整型，其值通过 dummy() 的返回值“逃出”了 dummy() 函数。变量 c 的值被复制并作为 dummy() 函数的返回值返回，即使变量 c 在 dummy() 函数中分配的内存被释放，也不会影响 main() 中使用 dummy() 返回的值。变量 c 使用栈分配不会影响结果。
2) 取地址发生逃逸
下面的例子使用结构体做数据，来了解结构体在堆上的分配情况，代码如下：

package main
import "fmt"
// 声明空结构体测试结构体逃逸情况
type Data struct {
}
func dummy() *Data {
    // 实例化c为Data类型
    var c Data
    //返回函数局部变量地址
    return &c
}
func main() {
    fmt.Println(dummy())
}
代码说明如下：
第 6 行，声明一个空的结构体做结构体逃逸分析。
第 9 行，将 dummy() 函数的返回值修改为 *Data 指针类型。
第 11 行，将变量 c 声明为 Data 类型，此时 c 的结构体为值类型。
第 14 行，取函数局部变量 c 的地址并返回。
第 18 行，打印 dummy() 函数的返回值。

执行逃逸分析：
go run -gcflags "-m -l" main.go
# command-line-arguments
./main.go:15:9: &c escapes to heap
./main.go:12:6: moved to heap: c
./main.go:20:19: dummy() escapes to heap
./main.go:20:13: main ... argument does not escape
&{}

注意第 4 行出现了新的提示：将 c 移到堆中。这句话表示，Go 编译器已经确认如果将变量 c 分配在栈上是无法保证程序最终结果的，如果这样做，dummy() 函数的返回值将是一个不可预知的内存地址，这种情况一般是 C/C++ 语言中容易犯错的地方，引用了一个函数局部变量的地址。

Go语言最终选择将 c 的 Data 结构分配在堆上。然后由垃圾回收器去回收 c 的内存。
3) 原则
在使用Go语言进行编程时，Go语言的设计者不希望开发者将精力放在内存应该分配在栈还是堆的问题上，编译器会自动帮助开发者完成这个纠结的选择，但变量逃逸分析也是需要了解的一个编译器技术，这个技术不仅用于Go语言，在 Java 等语言的编译器优化上也使用了类似的技术。

编译器觉得变量应该分配在堆和栈上的原则是：

• 变量是否被取地址；
• 变量是否发生逃逸。