ゼロから学ぶGo言語プログラミング（3）　Hello World

プログラミング言語Goをのんびり一から学ぶ続き。 appengineのVMにGoで書かれたDockerが採用されたりで、モチベーションさらに上がりました。

今回はようやくHello World。

Go Playground

きっちりGoの開発環境を用意するのは後回しにして、まずはコードに触れていきたいので、ブラウザ上で手軽にGoが試せる「Go Playground」を利用します。

Go Playground

Go Playgroundは公式サイトの一部なので、最新のバージョンも追いかけてくれる筈。当面はこの環境で言語仕様を確認したりします。

Hello World

Go Playgroundにアクセスすると、以下のHello World（"World"でなく"playground"ですが）に当たるコードがデフォルトで入力されています。

package main

import "fmt"

func main() {
    fmt.Println("Hello, playground")
}

Go Playgroundでこのまま「Run」すれば、画面下部の出力先に"Hello, playground"と出力されます。 faviconがgopherなので、gopherくんに挨拶されてる気分になりますね。

まずはこのコードをきちんと理解できるようになってから、あれこれ試します。

余談ですが、はてなブログのシンタックスハイライトがGoに対応していて嬉しかったです。

package

1行目には、

package main

とあります。 packageという名前からして、プログラミングに使用するライブラリなど、何らかの塊を指定しているのだと思います。そしてmainは、そのパッケージの名前でしょう。

Goのパッケージという概念についてきちんと確認するには、公開されている言語の仕様書を読む必要があります。

The Go Programming Language Specification - The Go Programming Language

しかし、不満足な英語でこの手の文書を読むのは苦痛で、とっかかりとして良くありません。幸い株式会社エイベルが日本語訳を公開してくれているので、それを利用します。

パッケージ - Goプログラミング言語仕様 - golang.jp

まず、パッケージの概要。

Go言語のプログラムは、複数のパッケージをひとつにリンクすることによって作られます。さらに各パッケージは、そのパッケージに所属する定数、型、変数、関数を宣言しているひとつ以上のソースファイルから構成されます。これらパッケージ内の要素は、同一パッケージ内であれば別ファイルからアクセスすることができます。また要素がエクスポートされていれば、他パッケージからアクセスすることができます。

それから基本中の基本らしき記述。

各ソースファイルはパッケージ節で始まり、そのファイルが所属するパッケージを定めます。

リンクというのは、コンパイルする言語では耳にしますが、スクリプト言語でのimportのようなものでしょうか。ここだけ読んでもまだ分かりません。

"package foo"という記述は、「パッケージ節」という扱いのようです。節や文といった言語的な概念によって、具体的にプログラミング上何が変わってくるのか、これも確認が必要そうです。

重要っぽいのは、変数や関数などが「そのパッケージに所属」となっている点。つまりパッケージは、名前空間であり、pythonでいうmoduleのようなものでもあるようです。要素のエクスポートとある辺りも、pythonっぽい。

pythonは単一のファイルで書けばmodule意識しない作りも可能でしたが、"各ソースファイルはパッケージ節で始まり"とあるので、Goではpackage必須なんでしょう。ということは、ワンライナーで何か書くのには向かない？…というか、スクリプトじゃないからワンライナーは考慮しなくていいのか。

他に、「ひとつ以上のソース・ファイル」となっているので、複数のファイルで単一のパッケージを構成できるようです。パッケージが基本的な単位で、pythonのmoduleのような扱いなら、手軽に複数ファイルをまたげるのは楽で良さそう。

更にこんな記述がありました。

パッケージの実装は、同じパッケージ名を共有するファイル群によって構成されます。実装上、同一パッケージ内のすべてのソースファイルが、同一ディレクトリ内に置かれている必要があります。

同一とは、単一の階層を指しているんでしょうか。であれば、foo/にfooパッケージを構成する全ファイルが入るとして、サブディレクトリの扱いはどうなるんでしょうか。サブディレクトリはサブパッケージ？サブパッケージがfoo.barみたいにネストすると、更にpythonっぽくて分かりやすいんですが。

同一ディレクトリに異なるパッケージのファイルを置いた場合も、いまいちこの仕様書だけではわかりません。

package についてわかったこと

とりあえず今の時点では、packageに関して以下を理解したものとして、先に進みます。

Goではpackageという単位でプログラムを作成する
ソースファイルはpackage節で始まる
package節は"package パッケージ名"と書く
packageは他のパッケージからリンクされる
その際リンクした側に何を公開するかは選べる
packageは複数のファイルにまたがれる
同じパッケージのソースファイルは同一ディレクトリに置く

package についてわからなかったこと

一方、次の点はこれからおいおい調べます。

リンクとは？　スクリプト言語のimportとの違いは？
package節のpackage名は文字列型ではない？
名前空間とpackageの関係
packageは常に必須か
packageでのエクスポート指定方法
同一ディレクトリに異なるパッケージのソースファイルは混在可能か
packageのネストは可能か

packageに限らず、言語仕様はEBNF - Wikipediaという記法のメタ言語で色々書かれているようですが、Hello Worldには必須でも無し、細かい文法が問題になった場合のみ確認します。

main

前段でpackageという基本的な単位があることは理解できました。次に、Hello Worldでのpackage名らしき、"main"。

このmainパッケージについて単独ではっきり取り上げているリソースが見つからなかったので、プログラムの初期化と実行 - Goプログラミング言語仕様 - golang.jpの後半部分の言及を参考にします。

mainパッケージと呼ばれる、他からインポートされることがないパッケージをリンクすることでプログラムは完成します。このmainパッケージから全てのパッケージが直接・間接的にインポートされます。mainパッケージは、パッケージ名はmainであり、かつ引数と戻り値を持たないmain関数を宣言していなければなりません。

ということで、mainパッケージは、プログラムに必ず必要な、その名の通り主となるパッケージを表す予約語のようです。そしてmainパッケージは、同じくmainという名の関数も宣言必須。

おぼろげな記憶の中のCとかにおけるmain()に似てますが、Goのmainはパッケージと関数の2段階で必要です。

main についてわかったこと

Goのプログラムにはmainパッケージが必須
mainパッケージにはmain関数が必須
main関数は引数も戻り値も持ってはいけない

main についてわからなかったこと

mainパッケージまたはmain関数を宣言しないと何が起こる？
mainを異なる文字で置き換えることは可能か
mainが必須で面倒な点は？

import

よやく3行目、ただし空白行をはさんで実質2行目です。

import "fmt"

引き続き、言語仕様の日本語訳を参照します。

インポート宣言

インポート宣言は、ソースファイル内に含まれている宣言がインポートしたパッケージ(§プログラムの初期化と実行)が持つ機能に依存していることを表し、かつそのパッケージでエクスポートされている識別子へのアクセスを可能にします。インポート名はアクセスに使用する識別子(PackageName)であり、ImportPathにはインポートされるパッケージを指定します。

そのプログラムが"依存"している他のパッケージを宣言し、インポートした側でどのような表現でアクセスするかを既定する。これがimportのようです。

importの対象はパッケージ名ではなく、パスを指定するようです。 package節ではパッケージ名を指定していたため文字列型ではなかったんですが、importはパスなので文字列型になるっぽい。相対パスになるようですが、その起点だとかコンパイルのことだとか、この手のパスの解決は鬼門が多いので、きちんと調べて抑えたほうが良さそう。

いわゆる as も用意されていて、これが"インポート名"として3種類紹介されています。

import   "lib/math"         math.Sin
import M "lib/math"         M.Sin
import . "lib/math"         Sin

当然一番上が基本ですが、2番めはインポートしたいパッケージ名によって、簡略化した名称などを使うかもしれません。 3番目の表記は、インポート対象のパッケージ名が失われてしまい、名前の衝突なども起きそうで、現時点ではあまりメリットを感じられません。恐らく特定の用途には欠かせない、あるいはかなり楽の出来るケースがあるのでしょう。

こうやってimportされたパッケージは、何をimportした側に公開するのか、何らかの方法で決めているようです。そして例えばfooパッケージをimportした際、fooがbar()を公開していれば、インポートした側では foo.bar() 記述して別パッケージの要素にアクセスできる。ドット区切りである点も含め、こういった挙動はpythonに近く、すんなり入っていきます。しかし、パッケージ内のサブパッケージなんていう考え方はまだ出てきません。

import についてわかったこと

importは依存するパッケージの宣言
依存していないなら書かない
importしたいパッケージはパスで指定する
import時にインポートした側で使用するパッケージ名を指定できる
importしたパッケージの要素にアクセスするには foo.bar() のようにドットを用いる

import についてわからなかったこと

importのパスはどういう規則で解決されるか
import時の代替パッケージ名に"."を使用スべきケース
packageのネストはあるのかないのか

fmt

まだ3行目を抜けられません。

import "fmt"

今度はimportされるパッケージのパスを表すであろう、"fmt"。

パスに階層らしき記述が無い以上、これはfmtが直接パッケージ名を表すんでしょうが、一体どこからインポートしているのか。 Hello Worldという最初の最初のコードに出てくるのだし、一般的にいう組み込みライブラリのようなものだとは思いますが、Goでは「組み込みパッケージ」とでも呼ぶんでしょうか。

以下に標準の組み込みパッケージらしき一覧があります。

パッケージドキュメント - golang.jp

しかし、標準パッケージのインポート元だとか、パスについての仕様が見つけられませんでした。この辺りは環境のセットアップに関わってくる部分であり、今はまだ触れていないので、一旦スルーしておきましょう。

fmt についてわかったこと

fmtは組み込みパッケージらしい
具体的なパスを指定せずにimportできる

fmt についてわからなかったこと

組み込みパッケージらしきもののパスの解決はどう行われるのか

func main()

やっと5行目。

func main() {

これは先程のmainで出てきました。 Goのプログラムは、mainパッケージとmain関数の実装が必須、となっていたあのmain関数ですね。

面白いのは、関数の宣言に"func"というキーワードを使用している点。 "function"でも"def"でもなく、"func"。 pythonの"def"は短くて好きですが、初見で「define…？　default…？」とわずかに迷ったので、これで全然問題ないです。シンプルにしようという思想の現れで、分かりやすい。

func main() についてわかったこと

関数の宣言は"func"で

この時点では、わからなかったことはありません。

fmt.Println()

インポートしたらしいfmtは、6行目で以下のように使用されています。

   fmt.Println("Hello, playground")

fmt.Println()となっているので、fmtパッケージが持つPrintln()という関数を使用しているのでしょう。引数は単純な文字列のようで、関数名から察するに、標準出力に改行付きで出力している、ということでしょうか。なぜか関数名の先頭が大文字ですが、多分何かの規則によるものなので、後で確認し忘れないようにします。

fmtパッケージについては、以下に詳細な仕様がありました。

fmt パッケージ - golang.jp

fmtパッケージは、フォーマットI/Oを実装しており、C言語のprintfおよびscanfと似た関数を持ちます。フォーマットの「書式」はC言語から派生していますが、より単純化されています。

"フォーマットI/O"とは、何らかのフォーマットに基づいたインプット・アウトプットということでしょうか。推測した用途より、fmtパッケージ自体の用途はもう少し幅広いようです。

Println関数の部分を見ると、概ね予想した通りですが、気になる部分があります。

この関数は、書き込んだバイト数と発生した書き込みエラーを返します。

Hello Worldコードでは、この戻り値は無視されているようですが、バイト数とエラーの両方を返す関数とはどういうことでしょうか。 pythonのように、関数から気軽に複数の戻り値を返せるということかも知れません。あまりこの複数の戻り値という仕組みに慣れていないので、うまく慣れていく必要がありそうです。しかし、エラーも戻り値で返すというのは、エラー処理をどうやれば良いのか、ぱっとイメージできません。