Go 的入口函数和包初始化的使用

包 package

• Go 包是 Go 语言的基本组成单元，一个 Go 程序就是一组包的集合，所有 Go 代码都位于包中
• Go 源码可以导入其他 Go 包，并使用其中的导出语法元素，包括类型、变量、函数、方法等，而且 main 函数是整个 Go 应用的入口函数

• Go 语言提供了很多内置包，如 fmt、os、io 等
• 任何源代码文件必须属于某个包，同时源码文件的第一行有效代码必须是 package 包名语句，通过该语句声明源码文件所在的包

main.main 函数：Go 应用的入口函数

• Go 语言中有一个特殊的函数：main 包中的 main 函数，也就是 main.main，它是所有 Go 可执行程序的用户层执行逻辑的入口函数
• Go 程序在用户层面的执行逻辑，会在这个函数内按照它的调用顺序展开

package main

• 整个 Go 可执行程序中仅允许存在一个名为 main 的包
• package main想要引用别的包的代码，必须同样以包的方式进行引用

package main

func main() {    
    // 用户层执行逻辑
    ... ...
}

Go 语言要求：可执行程序的 main 包必须定义 main 函数，否则 Go 编译器会报错

注意

main 包是不可以像标准库 fmt 包那样被导入（Import）的

其他包也可以拥有 main 函数或方法

按照 Go 的可见性规则（小写字母卡头的标识符为非导出标识符），非 main包中自定义的 main 函数仅限于包内使用

package pkg1

import "fmt"

func Main () {
    main()
}

func main(){
    fmt.Println("main func for pkg1")
}

重点

• 一个文件夹下的所有源码文件只能属于同一个包，不要求同名，但还是建议包名和所在目录同名，这样结构更清晰，包名中不能包含特殊符号
• 给结构定义的方法必须放在同一个包内，可以是不同文件

• 包名为 main 的包为应用程序的入口包，编译不包含 main 包的源码文件时不会得到可执行文件。
• 一个文件夹下的所有源码文件只能属于同一个包，属于同一个包的源码文件不能放在多个文件夹下

引子

不过对于 main 包的main 函数来说，还需要明确一点，就是它虽然是用户层逻辑的入口函数，但它却不一定是用户层第一个被执行的函数。这是为什么呢？这跟 Go 语言的另一个函数 init 有关

init 函数：Go 包的初始化函数

和 main.main 函数一样，init 函数也是一个无参数无返回值的函数

func init() {
	// 包初始化逻辑
	... ...
}

• Go 程序会在这个包初始化的时候，自动调用它的 init 函数，所以 init 函数的执行会发生在 main 函数之前
• 在 Go 程序中不能手工显式地调用 init，否则会收到编译错误

和 main 函数不一样

• init 函数在一个包中可以有多个，每个 Go 源文件都可以定义多个 init 函数

init 函数的执行顺序

• 在初始化 Go 包时，Go 会按照一定的顺序，逐一、顺序地调用这个包的 init 函数

• 一般来说，先传递给 Go 编译器的源文件中的 init 函数，会先被执行；而同一个源文件中的多个 init 函数，会按声明顺序依次执行

Go 包的初始化次序

• 从程序逻辑结构角度来看，Go 包是程序逻辑封装的基本单元
• 每个包都可以理解为是一个“自治”的、封装良好的、对外部暴露有限接口的基本单元

• 一个 Go 程序就是由一组包组成的，程序的初始化就是这些包的初始化
• 每个 Go 包还会有自己的依赖包、常量、变量、init 函数（其中 main 包有 main 函数）等

三步走

• 依赖包按“深度优先”的次序进行初始化
• 每个包内按以“常量 -> 变量 -> init 函数”的顺序进行初始化
• 包内的多个 init 函数按出现次序进行自动调用

init 函数的特点

• 如上图所示，执行顺位排在包内其他语法元素（常量、变量）的后面
• 每个 init 函数在整个 Go 程序生命周期内仅会被执行一次

• init 函数是顺序执行的，只有当一个 init 函数执行完毕后，才会去执行下一个 init 函数

init 函数的用途

重置包级变量值

init 函数就好比 Go 包真正投入使用之前唯一的“质检员”，负责对包内部以及暴露到外部的包级数据（主要是包级变量）的初始状态进行检查

实现对包级变量的复杂初始化

有些包级变量需要一个比较复杂的初始化过程，有些时候，使用它的类型零值或通过简单初始化表达式不能满足业务逻辑要求，而 init 函数则非常适合完成此项工作，标准库 http 包中就有这样一个典型示例

package main

import (
	"os"
	"strings"
)

var (
	http2VerboseLogs    bool // 初始化默认值 false
	http2logFrameWrites bool
	http2logFrameReads  bool
	http2inTests        bool
)

func init() {
	e := os.Getenv("GODEBUG")
	if strings.Contains(e, "http2debug=1") {
		http2VerboseLogs = true // 在 init 中对 http2VerboseLogs 的值进行重置
	}
	if strings.Contains(e, "http2debug=2") {
		http2logFrameWrites = true
		http2logFrameReads = true
		http2inTests = true
	}
}

http 包在init 函数中，就根据环境变量 GODEBUG 的值，对这些包级开关变量进行了复杂的初始化，从而保证了这些开关变量在 http 包完成初始化后，可以处于合理状态

在 init 函数中实现“注册模式”

来看一段使用 lib/pq 包访问 PostgreSQL 数据库的代码 ?

package main

import (
	"database/sql"
	"log"

	_ "github.com/lib/pq"
)

func main() {
	db, err := sql.Open("postgres", "user=pqgotest dbname=pqgotest sslmode=ver)
	if err != nil {
		log.Fatal(err)
	}
	age := 21
	rows, err := db.Query("SELECT name FROM users WHERE age = $1", age)
}
复制代码

这里是以空导入_的方式导入 lib/pq 包的，main 函数中没有使用 pq 包的任何变量、函数或方法，这样就实现了对 PostgreSQL数据库的访问

实际原因

在 pq 包的 conn.go 源码文件中的 init 函数

func init() {
	sql.Register("postgres", &Driver{})
}

• 利用了空导入的特性，将 lib/pq 包作为 main 包的依赖包，在包初始化时，会先执行 lib/pq 包里面的 init 函数
• pq 包的 init 函数将自己实现的 sql 驱动注册到了 sql 包中

• 这样在实际应用代码中，Open 数据库时，传入驱动名字（这里是 postgres），就能得到数据库实例，然后对数据库进行操作，实际上是因为调用了 pq 包中相应的驱动实现的

好处：这种通过在 init 函数中注册自己的实现的模式，就有效降低了 Go 包对外的直接暴露，尤其是包级变量的暴露，从而避免了外部通过包级变量对包状态的改动

工厂设计模式

从标准库 database/sql 包的角度来看，这种“注册模式”实质是一种工厂设计模式的实现，sql.Open 函数就是这个模式中的工厂方法，它根据外部传入的驱动名称“生产”出不同类别的数据库实例句柄

通过注册模式实现获取各种格式图片的宽、高

Go 源码

package main

import (
	"fmt"
	"image"
	_ "image/gif"
	_ "image/jpeg"
	_ "image/png"
	"os"
)

func main() {
	// 支持 png、jpeg、gif
	width, height, err := imageSize(os.Args[1])
	if err != nil {
		fmt.Println("get image size error:", err)
		return
	}
	fmt.Printf("image size: [%d,%d]\n", width, height)
}

func imageSize(imageFile string) (int, int, error) {
    // 打开图片文件
	f, _ := os.Open(imageFile)
	defer f.Close()
	
    // 对文件进行解码，得到图片实例
	img, _, err := image.Decode(f)
	if err != nil {
		return 0, 0, err
	}
	
    // 返回图片区域
	b := img.Bounds()
	return b.Max.X, b.Max.Y, nil
}

• 上面的源码支持 png、jpeg、gif 三种格式的图片
• 但并不需要手动支持图片格式

• 是因为 image/png、image/jpeg 和 image/gif 包都在各自的 init 函数中，将自己“注册”到 image 的支持格式列表中了

// $GOROOT/src/image/png/reader.go
func init() {
	image.RegisterFormat("png", pngHeader, Decode, DecodeConfig)
}

// $GOROOT/src/image/jpeg/reader.go
func init() {
	image.RegisterFormat("jpeg", "\xff\xd8", Decode, DecodeConfig)
}

// $GOROOT/src/image/gif/reader.go
func init() {
	image.RegisterFormat("gif", "GIF8?a", Decode, DecodeConfig)
}