Go | 初步了解「空值」應用

💬 簡介

在 Go 語言中，nil 是一個特殊的值，代表著空、無效或不存在。nil 常見於指標、切片、映射、通道等引用型別中，並且其操作方式在程式中有著不可忽視的影響。

本文將介紹 nil 的概念，並探討如何在 Go 中合理地使用和處理空值。

圖片來源：Gophers（地鼠造型的原創者為 Renee French）

✨ nil 的基本概念

在 Go 中，nil 是一個預設值，表示沒有分配或指向任何資料。不同型別的變數在初始化時如果沒有明確賦值，會自動被設為 nil。nil 並非單一數值，而是對於不同型別的特殊表示：

指標型別：表示指向空地址。
切片、映射、通道：表示這些資料結構尚未指向任何有效資料。
函式：表示空的函式，即沒有指向實作的函式。
介面：表示介面未指向任何具體實作。

1️⃣ 宣告與初始化為 nil

在 Go 中，當你宣告一個變數但不給它賦值時，對於指標、切片、映射等型別，這些變數會自動初始化為 nil。

var ptr *int
var slice []int
var m map[string]int
var ch chan int

fmt.Println(ptr)   // 輸出: <nil>
fmt.Println(slice) // 輸出: []
fmt.Println(m)     // 輸出: map[]
fmt.Println(ch)    // 輸出: <nil>

📝 如上所示，指標、切片、映射和通道型別在初始化時若未賦值，則為 nil。

2️⃣ 使用 nil 進行檢查

有時候，我們需要檢查變數是否為 nil，這通常發生在處理指標或其他引用型別時。如果沒有適當處理 nil 值，可能會導致運行時錯誤。

if ptr == nil {
    fmt.Println("指標為 nil")
}

if len(slice) == 0 {
    fmt.Println("切片為空")
}

📝 在這個範例中，我們檢查了指標是否為 nil，並判斷切片是否為空。

3️⃣ nil 無法直接比較

在 Go 中，nil 是無法進行比較的。以下是一個簡單的例子，試圖比較 nil 與 nil：

package main

import (
    "fmt"
)

func main() {
    fmt.Println(nil == nil)  // 錯誤！Go 中 nil 不能直接比較
}

執行結果會顯示錯誤訊息：

1 2	# command-line-arguments .\main.go:8:21: invalid operation: nil == nil (operator == not defined on untyped nil)

這和 Python 等動態語言的行為不同。在 Python 中，兩個 None 值會始終相等：

1 2	>>> None == None True

🛠️ `nil` 在不同型別中的應用

1️⃣ 指標與 `nil`

指標在 Go 中是一個常見的型別，表示某個變數的記憶體地址。如果指標為 nil，則代表它不指向任何有效的記憶體位置。

範例：檢查指標是否為 nil

package main

import "fmt"

func main() {
    var ptr *int
    if ptr == nil {
        fmt.Println("指標為 nil，尚未初始化")
    } else {
        fmt.Println("指標指向資料")
    }
}

📝 在這個範例中，我們檢查了指標是否為 nil，如果為 nil 則顯示未初始化。

2️⃣ 切片與 `nil`

切片是 Go 中的動態數組類型，當切片為 nil 時，它代表的是空的切片，這通常與容量為 0 的切片區別開來。

範例：切片為 nil

package main

import "fmt"

func main() {
    var slice []int
    if slice == nil {
        fmt.Println("切片為 nil")
    }
}

📝 在這個範例中，切片 slice 為 nil，並未指向任何資料。

3️⃣ 映射與 `nil`

映射（map）是一種無序的鍵值對集合。在 Go 中，map 若為 nil，則無法進行操作，並會導致運行時錯誤。

範例：檢查映射是否為 nil

package main

import "fmt"

func main() {
    var m map[string]int
    if m == nil {
        fmt.Println("映射為 nil，尚未初始化")
    }
}

📝 如果映射為 nil，我們無法對其進行存取操作，必須先初始化。

4️⃣ 函式與 nil

函式型別在 Go 中也有 nil 值，當函式為 nil 時，表示它沒有指向任何具體的實作。

範例：檢查函式是否為 nil

package main

import "fmt"

func main() {
    var f func()
    if f == nil {
        fmt.Println("函式為 nil")
    }
}

📝 在這個範例中，我們檢查了一個函式變數是否為 nil。

🚀 `nil` 的應用範例

1️⃣ 使用 `nil` 處理錯誤

nil 常用於函式返回錯誤時的處理。在 Go 中，許多標準函式會返回 nil 或錯誤類型作為返回值，來表示某些操作是否成功。

範例：返回 nil 和錯誤處理

package main

import "fmt"

func findValue(m map[string]int, key string) (int, error) {
    value, ok := m[key]
    if !ok {
        return 0, fmt.Errorf("鍵 %s 不存在", key)
    }
    return value, nil
}

func main() {
    m := map[string]int{"a": 1, "b": 2}
    value, err := findValue(m, "c")
    if err != nil {
        fmt.Println("錯誤:", err)
    } else {
        fmt.Println("找到的值:", value)
    }
}

📝 在這個範例中，我們使用 nil 和錯誤處理，當 map 中找不到對應的鍵時，我們返回錯誤。

📚 Go 中的零值與 `nil` 的區別

在 Go 中，變數的初始值（零值）會依據其資料型別不同而有所不同，並不全都是 nil。

1️⃣ 基本資料型別的零值

在 Go 中，對於基本資料型別（如 int、float64、bool 和 string）而言，變數在宣告但未初始化時會被賦予各自的「零值」，而非 nil。

int 的零值是 0
float64 的零值是 0.0
bool 的零值是 false
string 的零值是空字串 ""

2️⃣ 指標與引用型別的零值

然而，指標類型（例如 *int、*string）以及引用型別（如 切片、映射、通道、函式、介面）則會有 nil 作為它們的零值。

指標類型（*int、*string 等）會預設為 nil，表示指向的記憶體位置尚未初始化。
切片（[]T）、映射（map[K]V）、通道（chan T）、函式（func()）和介面（interface{}）等資料結構類型，若未初始化，也會是 nil。

範例

package main

import "fmt"

func main() {
  var a int            // 零值是 0
  var b float64        // 零值是 0.0
  var c bool           // 零值是 false
  var s string         // 零值是 ""
  var p *int           // 零值是 nil
  var arr []int        // 零值是 nil
  var m map[int]string // 零值是 nil

  fmt.Println(a)   // 0
  fmt.Println(b)   // 0.0
  fmt.Println(c)   // false
  fmt.Println(s)   // 空字串
  fmt.Println(p)   // nil
  fmt.Println(arr) // nil
  fmt.Println(m)   // nil
}

📝 這說明了在 Go 中，只有指標類型和某些引用型別（如切片、映射、通道等）會預設為 nil，而其他的基本資料型別則會有對應的零值。

💡 進階技巧與注意事項

🧭 進階技巧：`nil` 的大小

不同型別的 nil 值在記憶體中的佔用大小是不同的。這是因為每種資料型別都有不同的記憶體佈局。以下範例展示了各種資料型別的 nil 值所佔用的記憶體大小：

package main

import (
    "fmt"
    "unsafe"
)

func main() {
    var p *struct{}
    fmt.Println(unsafe.Sizeof(p)) // 8

    var s []int
    fmt.Println(unsafe.Sizeof(s)) // 24

    var m map[int]bool
    fmt.Println(unsafe.Sizeof(m)) // 8

    var c chan string
    fmt.Println(unsafe.Sizeof(c)) // 8

    var f func()
    fmt.Println(unsafe.Sizeof(f)) // 8

    var i interface{}
    fmt.Println(unsafe.Sizeof(i)) // 16
}

📝 執行結果顯示了不同資料型別的 nil 值佔用的記憶體大小。這些大小會根據架構的不同有所差異，

但通常在 64 位架構下會有如下結果：
- 指標類型：8 bytes
- 切片、映射、通道、函式：8 bytes
- 介面類型：16 bytes

⚠️ `nil` 的陷阱

nil 與空切片區別：切片為 nil 和長度為 0 的切片並不相同。nil 切片沒有分配記憶體，長度為 0 的切片則已分配記憶體，只是其長度為 0。
映射的初始化：map 型別若為 nil，則無法進行 map[key] 操作，需要先使用 make 函式初始化。
介面與 nil：介面型別的 nil 不僅表示沒有值，還表示介面中內部的結構體指標也是 nil。

🎯總結

nil 是 Go 中一個非常重要且常用的概念，它代表了「空」或「無效」，並在許多資料結構中扮演重要角色。理解 nil 的應用能幫助我們在處理指標、切片、映射等資料結構時更加小心並避免錯誤。

回顧以上內容，我們學習了如何檢查並處理 nil，以及如何避免常見的陷阱。隨著你對 nil 概念的熟悉，將能夠更靈活地應用它。

最後建議回顧一下 Go | 菜鳥教學目錄，了解其章節內容。

註：以上參考了
Go

Go | 初步了解「列表」型別

Go | 如果這樣，不然就那樣

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✨ nil 的基本概念

1️⃣ 宣告與初始化為 nil

2️⃣ 使用 nil 進行檢查

3️⃣ nil 無法直接比較

🛠️ `nil` 在不同型別中的應用

1️⃣ 指標與 `nil`

2️⃣ 切片與 `nil`

3️⃣ 映射與 `nil`

4️⃣ 函式與 nil

🚀 `nil` 的應用範例

1️⃣ 使用 `nil` 處理錯誤

📚 Go 中的零值與 `nil` 的區別

1️⃣ 基本資料型別的零值

2️⃣ 指標與引用型別的零值

💡 進階技巧與注意事項

🧭 進階技巧：`nil` 的大小

⚠️ `nil` 的陷阱

🎯總結

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