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Go (Programmiersprache)
Go (auch Golang) ist eine kompilierbare Programmiersprache, die Nebenläufigkeit und automatische Speicherbereinigung unterstützt. Entwickelt wurde Go von Mitarbeitern des Unternehmens Google Inc.[2] Die Entwürfe stammen von Robert Griesemer, Rob Pike und Ken Thompson. ÜberblickGo wurde von Google entwickelt, um Problemen, die C, C++, Java und Co. mit sich brachten, zu begegnen. Insbesondere im Hinblick auf skalierbare Netzwerkdienste, Cluster- und Cloud Computing hat das Team dazu geführt, Go zu entwickeln.[3] Vor allem hat Go viel weniger Keywords, als die Sprachen aus der C-Familie. Zudem sollte Go eins lösen: die Compiler-Ineffizienz in der C-Familie. Wichtige Ziele bei der Entwicklung waren unter anderem die Unterstützung von Nebenläufigkeit mit nativen Sprachelementen und die Erleichterung der Softwareentwicklung mit großen Entwicklerteams und großen Codebasen.[4] Go besitzt einen eigenen Garbage Collector, erlaubt die Verwendung von Zeigern, verzichtet jedoch auf Zeigerarithmetik.[5] Go ist eine kompilierte Sprache, bei der Wert auf eine hohe Übersetzungsgeschwindigkeit gelegt wurde. Go orientiert sich syntaktisch an der Programmiersprache C mit einigem Einfluss aus der Wirthschen Sprachfamilie (Pascal, Modula und insbesondere Oberon). Die Unterstützung für Nebenläufigkeit wurde nach Vorbild der von Tony Hoare eingeführten Communicating Sequential Processes (CSP) gestaltet und steht in Tradition der Programmiersprachen Newsqueak, Alef und Limbo.[6] Merkmale und SprachmittelGo bietet Closures und Reflexion[7] sowie Typsicherheit und eine automatische Speicherbereinigung. Objektorientierung unterstützt Go durch Interfaces und Mixins. Auf Klassen und Vererbung von Klassen wird bewusst verzichtet. Außerdem ist es möglich, den Quellcode wie bei Java durch Pakete zu modularisieren. Nebenläufigkeit wird durch Communicating Sequential Processes realisiert, die Goroutinen genannt werden und über Kanäle (Channels) miteinander kommunizieren können. Generische Typen wurden in Version 1.18 eingeführt.[8] Unicode wird in Form von UTF-8 unterstützt, sowohl für Strings als auch für Variablenbezeichner im Quelltext (allerdings nur Unicode-Buchstaben und -Ziffern), SyntaxDie Syntax von Go orientiert sich im Wesentlichen an der Syntax der Programmiersprache C, weicht davon aber an einigen Stellen ab. So kann beispielsweise auf den Abschluss von Anweisungen durch ein Semikolon verzichtet werden. Datentypen werden bei Deklarationen hinter den Bezeichner geschrieben statt davor, um die Deklaration von Funktionstypen zu vereinfachen.[10] Code-Blöcke werden mit geschweiften Klammern abgegrenzt. Neben dem einfachen Gleichheitszeichen als Zuweisungsoperator gibt es zusätzlich den Operator Kommentare werden wie in C oder C++ mit Schrägstrichen markiert; Jede Quelldatei gehört genau einem Paket an, das am Anfang der Datei mit der Das Schlüsselwort für Funktionen lautet Jede Variable hat einen definierten Typ. Jede Variable, mit Ausnahme des „Blank identifier“ Die Prüfung einer Bedingung in einer Kontrollstruktur wie Einfache Beispielepackage main
import "fmt"
func main() {
fmt.Println("Hallo Welt")
}
Das obige Hallo-Welt-Programm gibt am Ausgabemedium den String Ein weiteres Beispiel berechnet die Kreiszahl Pi näherungsweise über die Leibniz-Reihe. Für die Berechnung werden nichtsequentielle Go-Routinen und ein Kanal verwendet: package main
import (
"fmt"
"math"
)
func main() {
fmt.Println(calcpi(5000))
}
// calcpi startet n Goroutinen, um eine
// Näherung von Pi zu berechnen.
func calcpi(n int) float64 {
ch := make(chan float64, n)
for k := 0; k < n; k++ {
// alle n Werte nichtsequentiell berechnen
go calcsubterm(ch, float64(k))
}
// das Ergebnis mit Null initialisieren
f := float64(0.0)
for k := 0; k < n; k++ {
// alle n Werte addieren
f += <-ch
}
return f
}
func calcsubterm(ch chan<- float64, k float64) {
ch <- 4 * math.Pow(-1, k) / (2*k + 1)
}
Die einzelnen Summanden der mathematischen Reihe werden nichtsequentiell ausgeführt und schreiben ihre Ergebnisse jeweils in den Kanal TypkonvertierungAnders als bei der Sprache C müssen Typen immer konvertiert werden. Es ist zum Beispiel nicht möglich, einen Wert vom Typ Integer in einer Variable vom Typ Float zu speichern, ohne den Wert vorher zu konvertieren. Im folgenden Beispiel wird eine Variable vom Typ Integer deklariert und der Wert dieser Variable einer anderen Variable vom Typ Float zugewiesen. Man beachte, dass zwischen var i int = 100
var f float64 = float64(i)
var u uint = uint(f)
Sofern bei der Deklaration direkt ein Wert zugewiesen wird, ist die explizite Nennung des Typs optional. Der Compiler ermittelt ihn anhand des Wertes oder der angegebenen Typenkonverterfunktionen. Auf Paketebene muss jede Anweisung mit einem Schlüsselwort beginnen, deshalb kann die folgende Kurzform nur innerhalb von Funktionen verwendet werden: i := 100
f := float64(i)
u := uint(f)
ZeigerIm Gegensatz zu vielen Hochsprachen wie Java arbeitet die Programmiersprache Go mit Zeigern. Ein Zeiger (englisch pointer) enthält als Wert die Adresse eines Speicherbereichs. Bestimmte Aufgaben können ohne Zeiger nicht programmiert werden. Dazu gehört die Übergabe von Werten an Funktionen (Call by reference). Im folgenden Beispiel wird eine Variable vom Typ Integer mit dem Namen „n“ und dem Wert 100 initialisiert. Anschließend wird die Speicheradresse, also die Adresse im Speicher des Computers ausgegeben. Die Adresse der Variable „n“ wird also mit var n int = 100
fmt.Println("Die Adresse der Variable:", &n)
// Beispiel-Ausgabe: 0xc000018030
Im nächsten Beispiel wird wieder eine Variable vom Typ Integer mit dem Namen „n“ und dem Wert 100 initialisiert. Dann wird eine Pointer-Variable vom Typ Integer-Zeiger deklariert. Der Typ einer Zeiger-Variable wird durch einen führenden Asterisk ( var n int = 100
var p *int = &n
// Gibt eine Speicheradresse aus, z.B. 0xc000018030
fmt.Println("Adresse gespeichert in der Zeiger-Variable p:", p)
// Gibt den Wert an, der in der Speicheradresse steht: 100
fmt.Println("Wert der Speicheradresse gespeichert in p:", *p)
Eine Zeiger-Adresse ohne gespeicherten Zeiger wird „nil pointer“ genannt. Man kann einfach abfragen, ob eine Zeigeradresse eine Speicheradresse als Inhalt hat oder nicht. if p != nil {
// Wenn zutreffend: Zeiger-Variable speichert einen Zeiger auf einen Speicherbereich
}
if p == nil {
// Wenn zutreffend: Zeiger-Variable speichert keinen Zeiger auf einen Speicherbereich
}
Im letzten Beispiel soll die Verwendung beim Aufruf einer Funktion dargestellt werden. Zuerst werden zwei Variablen vom Typ Integer deklariert. Der Inhalt dieser zwei Variablen soll getauscht werden. package main
import "fmt"
func main() {
a := 10
b := 50
// Anzeige vor dem Tausch
fmt.Println("Wert der Variable a:", a)
fmt.Println("Wert der Variable b:", b)
// Aufruf der Funktion tauschen
tauschen(&a, &b)
// Anzeige des Tausches
fmt.Println("Wert der Variable a:", a)
fmt.Println("Wert der Variable b:", b)
}
// Funktion tauschen
func tauschen(a, b *int) {
tmp := *a
*a = *b
*b = tmp
}
Man kann also grob zusammenfassen, dass ObjektorientierungGo unterstützt objektorientierte Programmierung, sie ist jedoch nicht klassenbasiert. Datentypen können in Go Methoden besitzen. Polymorphie wird über Interfaces (Schnittstellen) erreicht, über die Methodenaufrufe zur Laufzeit an die konkrete Implementierung gebunden werden (Dynamische Bindung). Für einen Datentyp muss nicht explizit deklariert werden, dass er ein bestimmtes Interface erfüllt. Diese Beziehung wird stattdessen implizit beim Kompilieren ermittelt, um lose Kopplung zu erreichen. Statt Vererbung und Typ-Hierarchien kommt in Go Komposition zum Einsatz. Hierfür unterstützt Go eine Form von Mixins, die in Go embedding („Einbettung“) genannt wird: Eine Datenstruktur kann beliebig viele andere Datentypen einbetten, sodass sie deren Methoden und Datenfelder erhält. Beispiel zu Typen, Interfaces und Mixins: package main
import "fmt"
// Definieren zweier Typen
type User struct {
Name string
}
type Admin struct {
User // Admin bettet zudem den Typ 'User' ein
Email string
}
// Ein Interface mit der Methode 'Notify()'
type Notifier interface {
Notify()
}
// User und Admin implementieren das Interface 'Notifier', indem sie jeweils eine
// entsprechende 'Notify()'-Methode haben. Eine vorherige Deklaration zur Implementierung
// ist nicht notwendig.
func (u User) Notify() {
fmt.Printf("User: Sending user email to %s\n", u.Name)
}
func (a Admin) Notify() {
fmt.Printf("Admin: Sending admin email to %s. The email address is %q.\n",
a.Name, // Verwenden des eingebetteten Feldes 'Name' vom User
a.Email)
}
func main() {
// Einen User und einen Admin erstellen
user := User{
Name: "john smith",
}
admin := Admin{
User: user,
Email: "john@email.com",
}
// Eine Variable vom Interfacetyp anlegen
var n Notifier
// Die implementierte Notify-Methode aufrufen
// Die Methode wird über die Interfacevariable aufgerufen
// Mittels dynamischer Bindung wird die Methode am richtigen Typ aufgerufen
n = user
n.Notify()
n = admin
n.Notify()
}
NebenläufigkeitZur Unterstützung der nebenläufigen Programmierung in Go wird das Konzept der Kanäle (channels) genutzt, das eine relativ stark abstrahierte Möglichkeit der synchronen oder asynchronen Kommunikation zwischen Go-Routinen bietet. Ein Kanal ist dabei ein Speicherbereich, der durch Semaphore abgesichert ist und eine Warteschlange (buffered/asynchronous channel) oder lediglich eine Schnittstelle (unbuffered/synchronous channel) zur Verfügung stellt.[13] Über einen Kanal lassen sich dabei nur Daten eines festen Typs übertragen. Hierbei ist jedoch keinerlei Begrenzung hinsichtlich des Typs gegeben, auch Channels für Channels sind denkbar.[14] Ein Kanal wird durch den Aufruf Bei synchronen Kanälen blockiert ein Lesezugriff, bis eine andere Go-Routine in den Channel schreibt, bzw. der Schreibzugriff, bis eine andere Routine liest.
Bei asynchronen Kanälen tritt ein solches Verhalten nur auf, wenn der zu lesende Channel leer bzw. der zu schreibende Channel voll ist.
Es gibt in Go keine Beschränkung hinsichtlich der Anzahl an Go-Routinen, die einen Channel lesen und schreiben.
Trotz der ausgefeilten Synchronisationsmechanismen kann bei der Benutzung von Channels ein Deadlock auftreten, der die Go-Laufzeitumgebung veranlasst, das Programm zu beenden.
Eine Go-Routine kann über das Daten werden mit Beispiel: package main
import "fmt"
func zehnMal(kanal chan string) {
// Argument empfangen
sag := <-kanal
// Zehnmal zurückschreiben
for i := 0; i < 10; i++ {
kanal <- sag
}
// Kanal schließen
close(kanal)
}
func main() {
// synchronen Kanal öffnen
kanal := make(chan string) // oder make(chan string, 0)
// Starten der parallelen Go-Routine „zehnMal()“
go zehnMal(kanal)
// Senden eines Strings
kanal <- "Hallo"
// Empfangen der Strings, bis der Channel geschlossen wird
for s := range kanal {
fmt.Println(s)
}
fmt.Println("Fertig!")
}
Im Beispiel ruft ImplementierungenEs gibt mindestens zwei Compiler für Go, die auf Linux, macOS, Windows und FreeBSD betrieben werden können und die Go-1-Spezifikation vollständig implementieren:
Beide Compiler implementieren eine parallele Mark-and-Sweep-Speicherbereinigung. Der offizielle Compiler wird von dem Kommandozeilen-Werkzeug go begleitet, das als Fassade für verschiedene Werkzeuge dient, wie z. B. dem Installieren von Paketen aus Quelltext-Repositories im Internet wie etwa GitHub oder Google Code (go get), dem automatischen Formatieren von Quelltext (go fmt), dem Ausführen von Tests (go test), dem Erzeugen von Dokumentation aus Quelltext-Kommentaren (go doc) oder dem Kompilieren des Projektes (go build), sodass keinerlei Makefiles nötig sind, wenn eine empfohlene Verzeichnisstruktur eingehalten wird. GeschichteDie Entwurfsphase begann am 21. September 2007, anfangs als 20-Prozent-Projekt auf Initiative von Robert Griesemer, Rob Pike und Ken Thompson. Bald darauf stießen weitere Entwickler dazu, und Go wurde zum Vollzeit-Projekt.[18] Am 30. Oktober 2009 wurde Go von Rob Pike in einem Google TechTalk präsentiert und die Veröffentlichung als freie Software angekündigt, die dann wie angekündigt am 10. November erfolgte.[19][20] Seitdem sind zahlreiche Beiträge von Entwicklern aus der Go-Community außerhalb Googles hinzugekommen. Am 28. März 2012 wurde Version 1 freigegeben.[21] Seitdem gelten Sprachspezifikation und Standardbibliothek als stabil und sollen innerhalb der 1.x-Serie auf Quelltext-Ebene abwärtskompatibel bleiben.[22] Am 14. Mai 2013 wurde Go 1.1 freigegeben, das vor allem Performance-Verbesserungen an der Implementierung enthält.[23] Jeweils sechs Monate später erschienen die Versionen Go 1.2 bis Go 1.10. Vom 24. bis zum 26. April 2014 fand die erste Konferenz zu Go, die GopherCon,[24] in Denver statt, die seitdem jährlich stattfindet. Maskottchen Das Go-Maskottchen ist eine Taschenratte (englisch Gopher). Es wurde von Renée French entworfen, die auch Glenda, das Plan-9-Häschen, entworfen hat. Das Logo und das Maskottchen stehen unter der „Creative Commons Attribution 3.0“-Lizenz. Literatur
Weblinks
Einzelnachweise
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