【笔记】A Tour of Go - 练习篇

本文总结了 Go Tour 中各个练习的实现，语言特性总结于另一篇文章中。

练习：循环与函数

为了练习函数与循环，我们来实现一个平方根函数：用牛顿法实现平方根函数。

计算机通常使用循环来计算 x 的平方根。从某个猜测的值 z 开始，我们可以根据 z² 与 x 的近似度来调整 z，产生一个更好的猜测：

z -= (zz - x) / (2z)
重复调整的过程，猜测的结果会越来越精确，得到的答案也会尽可能接近实际的平方根。

在提供的 func Sqrt 中实现它。无论输入是什么，对 z 的一个恰当的猜测为 1。 要开始，请重复计算 10 次并随之打印每次的 z 值。观察对于不同的值 x（1、2、3 …）， 你得到的答案是如何逼近结果的，猜测提升的速度有多快。

提示：用类型转换或浮点数语法来声明并初始化一个浮点数值：

z := 1.0
z := float64(1)
然后，修改循环条件，使得当值停止改变（或改变非常小）的时候退出循环。观察迭代次数大于还是小于 10。 尝试改变 z 的初始猜测，如 x 或 x/2。你的函数结果与标准库中的 math.Sqrt 接近吗？

（注： 如果你对该算法的细节感兴趣，上面的 z² − x 是 z² 到它所要到达的值（即 x）的距离， 除以的 2z 为 z² 的导数，我们通过 z² 的变化速度来改变 z 的调整量。 这种通用方法叫做牛顿法。 它对很多函数，特别是平方根而言非常有效。）

package main

import (
	"fmt"
	"math"
)

func Sqrt(x float64) (res float64, times int) {
	for res,times = 1.0, 0; times<10; times+=1{
		if sub := (res*res-x)/(2*res); math.Abs(sub/res)<0.0001 {
			break
		}else{
			res -= sub
		}
	}
	return res, times
}

func main() {
	fmt.Println(Sqrt(2))
}

练习：切片

实现 Pic。它应当返回一个长度为 dy 的切片，其中每个元素是一个长度为 dx，元素类型为 uint8 的切片。当你运行此程序时，它会将每个整数解释为灰度值（好吧，其实是蓝度值）并显示它所对应的图像。

图像的选择由你来定。几个有趣的函数包括 (x+y)/2, xy, x^y, xlog(y) 和 x%(y+1)。

（提示：需要使用循环来分配 [][]uint8 中的每个 []uint8；请使用 uint8(intValue) 在类型之间转换；你可能会用到 math 包中的函数。）

package main

import "golang.org/x/tour/pic"
// import "math"

func cal(x, y int) uint8{
	//z := (x+y)/2
	//z := x*y
	//z := x^y
	//z := float64(x)*math.Log(float64(y))
	z := x%(y+1)
	return uint8(z)
}

func Pic(dx, dy int) [][]uint8 {
	res := make([][]uint8, dy)
	for y:=0; y<dy; y++ {
		tmp := make([]uint8, dx)
		for x:=0; x<dx; x++ {
			tmp[x] = cal(x, y)
		}
		res[y] = tmp
	}
	return res
}

func main() {
	pic.Show(Pic)
}

函数	图像
(x+y)/2
x*y
x^y
x*log(y)
x%(y+1)

练习：映射

实现 WordCount。它应当返回一个映射，其中包含字符串 s 中每个“单词”的个数。函数 wc.Test 会对此函数执行一系列测试用例，并输出成功还是失败。

你会发现 strings.Fields 很有帮助。

笔者注：strings.Fields会将带空格的字符串拆分成多个字符串，返回一个字符串切片。

package main

import (
	"golang.org/x/tour/wc"
	"strings"
)

func WordCount(s string) (res map[string]int) {
	res, ss := make(map[string]int), strings.Fields(s)
	for _, str := range(ss){
		res[str]++
	}
	return res
}

func main() {
	wc.Test(WordCount)
}

练习：斐波纳契闭包

让我们用函数做些好玩的事情。

实现一个 fibonacci 函数，它返回一个函数（闭包），该闭包返回一个斐波纳契数列 (0, 1, 1, 2, 3, 5, ...)。

package main

import "fmt"

// 返回一个“返回int的函数”
func fibonacci() func() int {
	x, y:= 1, 0;
	f := func() int{
		z := x + y;
		x = y;
		y = z;
		return x;
	}
	return f;
}

func main() {
	f := fibonacci()
	for i := 0; i < 10; i++ {
		fmt.Println(f())
	}
}

练习：Stringer

通过让 IPAddr 类型实现 fmt.Stringer 来打印点号分隔的地址。

例如，IPAddr{1, 2, 3, 4} 应当打印为 “1.2.3.4”。

package main

import "fmt"

type IPAddr [4]byte

// TODO: 给 IPAddr 添加一个 "String() string" 方法
func (ip IPAddr) String() (res string) {
	for i := range ip{
		if i>0 {res = res + "."}
		res = res + fmt.Sprintf("%v",ip[i]);
	}
	return res
}

func main() {
	hosts := map[string]IPAddr{
		"loopback":  {127, 0, 0, 1},
		"googleDNS": {8, 8, 8, 8},
	}
	for name, ip := range hosts {
		fmt.Printf("%v: %v\n", name, ip)
	}
}

练习：错误

从之前的练习中复制 Sqrt 函数，修改它使其返回 error 值。

Sqrt 接受到一个负数时，应当返回一个非 nil 的错误值。复数同样也不被支持。

创建一个新的类型
type ErrNegativeSqrt float64

并为其实现
func (e ErrNegativeSqrt) Error() string

方法使其拥有 error 值，通过 ErrNegativeSqrt(-2).Error() 调用该方法应返回 “cannot Sqrt negative number: -2”。

注意: 在 Error 方法内调用 fmt.Sprint(e) 会让程序陷入死循环。可以通过先转换 e 来避免这个问题：fmt.Sprint(float64(e))。这是为什么呢？

修改 Sqrt 函数，使其接受一个负数时，返回 ErrNegativeSqrt 值。

笔者注：因为error接口中的元素在字符串化时，调用的是Error()方法，即出现了无限递归。

package main

import (
	"fmt"
	"math"
)

type ErrNegativeSqrt float64

func (e ErrNegativeSqrt) Error() string{
	return fmt.Sprint("cannot Sqrt negative number: ") + fmt.Sprint(float64(e))
}

func Sqrt(x float64) (float64, error) {
	if(x<0) {return 0, ErrNegativeSqrt(x)} 
	res := 1.0
	for times := 0; times<10; times+=1{
		if sub := (res*res-x)/(2*res); math.Abs(sub/res)<0.0001 {
			break
		}else{
			res -= sub
		}
	}
	return res, nil
}
func main() {
	fmt.Println(Sqrt(2))
	fmt.Println(Sqrt(-2))
}

练习：Reader

实现一个 Reader 类型，它产生一个 ASCII 字符 ‘A’ 的无限流。

package main

import "golang.org/x/tour/reader"

type MyReader struct{}

func (MyReader) Read(bt []byte) (int, error){
	for i := range bt {
		bt[i] = 'A'
	}
	return len(bt), nil
}
// TODO: 给 MyReader 添加一个 Read([]byte) (int, error) 方法

func main() {
	reader.Validate(MyReader{})
}

练习：rot13Reader

有种常见的模式是一个 io.Reader 包装另一个 io.Reader，然后通过某种方式修改其数据流。

例如，gzip.NewReader 函数接受一个 io.Reader（已压缩的数据流）并返回一个同样实现了 io.Reader 的 *gzip.Reader（解压后的数据流）。

编写一个实现了 io.Reader 并从另一个 io.Reader 中读取数据的 rot13Reader，通过应用 rot13 代换密码对数据流进行修改。

rot13Reader 类型已经提供。实现 Read 方法以满足 io.Reader。

package main

import (
	"io"
	"os"
	"strings"
)

type rot13Reader struct {
	r io.Reader
}

func (r *rot13Reader) Read(bt []byte) (n int, err error) {
	n, err = r.r.Read(bt)
	for i:=0; i<n; i++{
		if bt[i]>='a' && bt[i]<='z'{
			bt[i] = (bt[i]-'a'+13)%26+'a'
		} else if bt[i]>='A' && bt[i]<='Z'{
			bt[i] = (bt[i]-'A'+13)%26+'A'
		}
	}
	return n, err
}

func main() {
	s := strings.NewReader("Lbh penpxrq gur pbqr!")
	r := rot13Reader{s}
	io.Copy(os.Stdout, &r)
	
}

练习：图像

还记得之前编写的图片生成器 吗？我们再来编写另外一个，不过这次它将会返回一个 image.Image 的实现而非一个数据切片。

定义你自己的 Image 类型，实现必要的方法并调用 pic.ShowImage。

Bounds 应当返回一个 image.Rectangle ，例如 image.Rect(0, 0, w, h)。

ColorModel 应当返回 color.RGBAModel。

At 应当返回一个颜色。上一个图片生成器的值 v 对应于此次的 color.RGBA{v, v, 255, 255}。

笔者注：很好玩，可以多修改参数试试看。

package main

import (
	"golang.org/x/tour/pic"
	"image"
	"image/color"
)

type Image struct{
	weight, height int
	cal func (int, int) uint8
}

func (Image) ColorModel() color.Model {
	return color.RGBAModel
}

func (im Image) Bounds() image.Rectangle {
	return image.Rect(0, 0, im.weight, im.height)
}

func (im Image) At(x, y int) color.Color {
	v := im.cal(x,y)
	return color.RGBA{v, v^255, 255, 255}
}

func main() {
	m := Image{256, 256, 
		func (x, y int) uint8{
			//z := (x+y)/2
			//z := x*y
			z := x^y
			//z := float64(x)*math.Log(float64(y))
			//z := x%(y+1)
			return uint8(z)
	}}
	pic.ShowImage(m)
}

练习：等价二叉查找树

不同二叉树的叶节点上可以保存相同的值序列。例如，以下两个二叉树都保存了序列 1，1，2，3，5，8，13。

在大多数语言中，检查两个二叉树是否保存了相同序列的函数都相当复杂。 我们将使用 Go 的并发和信道来编写一个简单的解法。

本例使用了 tree 包，它定义了类型：

type Tree struct {
    Left  *Tree
    Value int
    Right *Tree
}

1. 实现 Walk 函数。

2. 测试 Walk 函数。

函数 tree.New(k) 用于构造一个随机结构的已排序二叉查找树，它保存了值 k, 2k, 3k, …, 10k。

创建一个新的信道 ch 并且对其进行步进：

go Walk(tree.New(1), ch)
然后从信道中读取并打印 10 个值。应当是数字 1, 2, 3, …, 10。

3. 用 Walk 实现 Same 函数来检测 t1 和 t2 是否存储了相同的值。

4. 测试 Same 函数。

Same(tree.New(1), tree.New(1)) 应当返回 true，而 Same(tree.New(1), tree.New(2)) 应当返回 false。

package main

import (
	"golang.org/x/tour/tree"
	"fmt"
)

// Walk 步进 tree t 将所有的值从 tree 发送到 channel ch。
func Walk(t *tree.Tree, ch chan int) {
	if t == nil { return }
	Walk(t.Left, ch)
	ch <- t.Value
	Walk(t.Right, ch)
}

// Same 检测树 t1 和 t2 是否含有相同的值。
func Same(t1, t2 *tree.Tree) bool {
	ch1, ch2 := make(chan int, 10), make(chan int, 10)
	go Walk(t1, ch1)
	go Walk(t2, ch2)
	for i := 0; i < 10; i++ {
		if <-ch1 != <-ch2 {
			return false
		}
	}
	return true
}

func main() {
	ch := make(chan int, 10)
	go Walk(tree.New(1), ch)
	for i := 0; i < 10; i++ {
		fmt.Printf("%v ", <- ch)
	}
	fmt.Println()
	
	fmt.Println(Same(tree.New(1), tree.New(1)))
	fmt.Println(Same(tree.New(1), tree.New(2)))
}

练习：Web 爬虫

在这个练习中，我们将会使用 Go 的并发特性来并行化一个 Web 爬虫。

修改 Crawl 函数来并行地抓取 URL，并且保证不重复。

提示：你可以用一个 map 来缓存已经获取的 URL，但是要注意 map 本身并不是并发安全的！

package main

import (
	"fmt"
	"sync"
)

type SafeMap struct{
	v map[string]bool
	mux sync.Mutex
}

var sm = SafeMap{v: make(map[string]bool) }

// Exist 返回对应的 url 是否存在，如果不存在时还会将其插入
func (c *SafeMap) Exist(key string) (exist bool) {
	c.mux.Lock()
	defer c.mux.Unlock()
	if exist = c.v[key]; !exist {
		c.v[key] = true
	}
	return exist
}


type Fetcher interface {
	// Fetch 返回 URL 的 body 内容，并且将在这个页面上找到的 URL 放到一个 slice 中。
	Fetch(url string) (body string, urls []string, err error)
}

// Crawl 使用 fetcher 从某个 URL 开始递归的爬取页面，直到达到最大深度。
func Crawl(url string, depth int, fetcher Fetcher) {
	
	if sm.Exist(url) {
		return
	}

	if depth <= 0 {
		return
	}
	body, urls, err := fetcher.Fetch(url)
	if err != nil {
		fmt.Println(err)
		return
	}
	fmt.Printf("found: %s %q\n", url, body)
	for _, u := range urls {
		Crawl(u, depth-1, fetcher)
	}
	return
}

func main() {
	Crawl("https://golang.org/", 4, fetcher)
	for i := range sm.v {
		fmt.Println(i)
	}
}

// fakeFetcher 是返回若干结果的 Fetcher。
type fakeFetcher map[string]*fakeResult

type fakeResult struct {
	body string
	urls []string
}

func (f fakeFetcher) Fetch(url string) (string, []string, error) {
	if res, ok := f[url]; ok {
		return res.body, res.urls, nil
	}
	return "", nil, fmt.Errorf("not found: %s", url)
}

// fetcher 是填充后的 fakeFetcher。
var fetcher = fakeFetcher{
	"https://golang.org/": &fakeResult{
		"The Go Programming Language",
		[]string{
			"https://golang.org/pkg/",
			"https://golang.org/cmd/",
		},
	},
	"https://golang.org/pkg/": &fakeResult{
		"Packages",
		[]string{
			"https://golang.org/",
			"https://golang.org/cmd/",
			"https://golang.org/pkg/fmt/",
			"https://golang.org/pkg/os/",
		},
	},
	"https://golang.org/pkg/fmt/": &fakeResult{
		"Package fmt",
		[]string{
			"https://golang.org/",
			"https://golang.org/pkg/",
		},
	},
	"https://golang.org/pkg/os/": &fakeResult{
		"Package os",
		[]string{
			"https://golang.org/",
			"https://golang.org/pkg/",
		},
	},
}