一次使用 Go 语言编写脚本的经历

golang| 2019-07-29

本文介绍了我如何尝试使用 Go 语言进行脚本编程的经历。文中我将讨论 Go 脚本的必要性，我们预期的表现以及可能的实现方式。在讨论过程中，我讲深入探讨脚本、Shell 和 Shebang。最终，我们将会讨论让 Go 脚本工作的解决方案。

为什么 Go 语言适合编写脚本？

通常认为，Python 和 Bash 是热门的脚本语言，而 C、C++ 和 Java 完全不能被用作脚本编程，有一些语言却夹在其中。

Go 语言试用场景很多，从编写 Web 服务器到流程管理，甚至有些人用作系统编程语言。在后文中，我将论证，除了上述这些场景外，Go 语言还可以简单地用于编写脚本。

是什么让 Go 语言适合编写脚本？

Go 语言简洁易读，并且不太冗长。这使得编写的脚本易于维护且相对较短。
Go 语言有许多可用于各种用途的库。假设这些库是稳定且经过测试的，这可以让脚本简洁且健壮。
如果我的大多数代码使用 Go 语言编写，那么我更倾向于使用 Go 作为我的脚本语言。当代码由许多人协作维护，那么使用一种大家都能完全掌控的语言会降低维护成本，即使是一些脚本。

Go 语言已经 99% 支持脚本

事实上，我已经可以使用 Go 语言来编写脚本。这需要使用 Go 的 run 子命令：如果脚本名称是 my-script.go，我们可以简单的通过 go run my-script.go 来运行。

这里，对于 go run 命令，我认为需要特别关注一下。让我们详细说明下。

Go 语言区别于 Bash 和 Python 的地方是后者通过解释执行，既它们的脚本在读取的时候执行。而对于 Go 语言，当用户输入了 go run，Go 编译这个 Go 程序，然后再执行。因为 Go 编译时间非常短，所以看上去像是解释执行。值得提醒的是，很多人都说“go run 只是一个玩具”，但是如果我们需要脚本，同时也喜欢 Go 语言，那么这个玩具就是我们想要的。

所以已经支持的很好了，对吧？

我们可以编写脚本，并通过 go run 命令来执行。还有什么问题呢？问题是我很懒，希望通过类似./my-script.go 的方式来运行脚本，而不是 go run my-script.go。

这里我们讨论一个简单的脚本和 Shell 通过两种方式进行交互：它从命令行获取输入数据，并设置退出状态码。二者并非所有可能的交互方式（除此之外还可以有环境变量、信号、标准输入、标准输出、标准错误等），但是 Shell 脚本中较困难的两个。

这个脚本输出“Hello”和从命令行获取的第一个参数，并设置退出状态码为 42：

	
package main
 
import (
    "fmt"
    "os"
)
 
func main() {
    fmt.Println("Hello", os.Args[1])
    os.Exit(42)
}

这时，使用 go run 命令结果有些奇怪：

	
$ go run example.go world
Hello world
exit status 42
$ echo $?
1

这个问题我们稍后会讨论。

这时候可以使用 go build 命令。这是通过 go build 命令执行该脚本的方式：

	
$ go build
$ ./example world
Hello world
$ echo $?
42

此时调试该脚本的流程变成了：

	
$ vim ./example.go
$ go build
$ ./example.go world
Hi world
$ vim ./example.go
$ go build
$ ./example.go world
Bye world

而我期望达到的是这样来运行脚本：

	
$ chmod +x example.go
$ ./example.go world
Hello world
$ echo $?
42

而对应的工作流程是：

	
$ vim ./example.go
$ ./example.go world
Hi world
$ vim ./example.go
$ ./example.go world
Bye world

看上去很简答是吧？

Shebang

类 UNIX 系统支持Shebang。Shebang 用于告诉 Shell 使用什么解释器来运行脚本。我们可以根据编写脚本使用的语言来设置 Shebang 行。

通常来说，我们会使用env命令最为脚本执行器，这样就无需再使用解释器的绝对路径。例如：可以设置 Shebang 为 #! /usr/bin/env python 让 Python 解释器来运行该脚本。当名称为 example.py 的脚本有上述的 Shebang 行，同时它具有可执行属性（可以通过 chmod +x example.py 命令添加）时，可以在 Shell 中输入./example.py arg1 arg2 来运行。此时 Shell 会读取 Shebang 行，然后开始链式反应：

Shell 开始运行 /usr/bin/env python example.py arg1 arg2。这实际就是 Shebang 行加上脚本名再加上额外的参数。该命令执行 /usr/bin/env，参数是 /usr/bin/env python example.py arg1 arg2。然后 env 命令调用 python 命令，执行 python example.py arg1 arg2。最后 python 运行 example.py 脚本，参数是 example.py arg1 arg2。

让我们开始尝试给 Go 脚本添加 Shebang。

1 第一次幼稚的尝试

我们首先设置一个幼稚的 Shebang 来使用 go run 执行这个脚本。加了 Shebang 之后的脚本看上去是这样的：

	
#! /usr/bin/env go run
package main
 
import (
    "fmt"
    "os"
)
 
func main() {
    fmt.Println("Hello", os.Args[1])
    os.Exit(42)
}

然后尝试运行一下，输出为：

	
$ ./example.go
/usr/bin/env: ‘go run’: No such file or directory

发生了什么？

Shebang 机制将 go run 整体作为 env 命令的一个参数了，而实际不存在这个命令。输入 which “go run” 也会有类似的错误。

2 第二次尝试

一个可行的方案是将 Shebang 设置为 #! /usr/local/go/bin/go run。在我们尝试之前，就可以会发现一个问题：go 二进制文件在不同系统路径不同，写死绝对路径会导致脚本无法兼容安装在其他位置的 go。另外一个解决方案是使用 alias gorun=”go run” 来创建一个别名，之后就能把 Shebang 修改成 #! /usr/bin/env gorun。使用这种方式，我们需要在运行这个脚本的系统中都设置这个别名。

输出：

	
$ ./example.go
package main:
example.go:1:1: illegal character U+0023 '#'

解释：
从这个输出来看，我们有一个好消息，同时也有一个坏消息，你想先听哪个？我先来说好消息:-)

好消息是这个方案成功了，执行脚本之后 go run 命令正常调用了。
坏消息：井号。在许多脚本语言中，Shebang 开头的井号会被当成注释忽略。但是对 Go 语言编译器来说，开头的井号变成了“非法字符”。

3 解决方案

当脚本不包含 Shebang 行时，不同的 Shell 会回退到不同的解析器。Bash 会使用自己来运行脚本，而 zsh 会回退到使用 sh。这给我们提供了一种解决方案，这也是StackOverflow上提到的一种解决方案。

由于 // 是 Go 语言中定义的注释，而我们可以使用 //usr/bin/env 来替代 /usr/bin/env（在路径分割符中，// == /），因此第一行可以设置成：

	
//usr/bin/env go run "$0" "$@"

结果：

	
$ ./example.go world
Hi world
exit status 42
./test.go: line 2: package: command not found
./test.go: line 4: syntax error near unexpected token `newline'
./test.go: line 4: `import ('
$ echo $?
2

解释：

我们距离成功又近了一步：终于有了正确的输出。但是输出中还包含一些错误，同时状态码也不对。让我们来看下到底发生了什么。正如之前所说的，Bash 没有找到任何 Shebang，因此选择使用 bash ./example.go world 的方式来运行脚本（直接使用该命令会有相同输出，你也可以试下）。非常有意思，直接使用 Bash 来运行 Go 文件 🙂 下一步，Bash 读取脚本的第一行，然后运行该命令：/usr/bin/env go run ./example.go world。之前脚本中的“0”代表第一个参数，因此实际值是我们运行的脚本文件名。“

@”表示命令行中的所有参数。在这个例子中会被替换成“world”。到目前位置，使用./example.go world，脚本使用了正确的命令行参数，并输出了正确的值。

输出中还有诡异的一行：“exit status 42”。这是什么？如果我们自己尝试下命令就会了解：

	
$ go run ./example.go world
Hello world
exit status 42
$ echo $?
1

这是 go run 命令通过标准错误输出的。go run 命令屏蔽了状态码，然后返回了状态码 1。关于这个行为的讨论，可以参见Github issue。

好了，那么其他几行输出呢？这是 Bash 试图解析 Go 源码，但实际失败了。

4 解决方案优化

这个 StackOverflow 页面建议在 Shebang 之后加上 ;exit “$?”。这会告诉 Bash 解释器不要再继续执行。

完整的 Shebang：

	
//usr/bin/env go run "$0" "$@"; exit "$?"

结果：

	
$ ./test.go world
Hi world
exit status 42
$ echo $?
1

基本上实现了：这里实现了让 Bash 使用 go run 命令执行脚本，然后立即退出，同时设置状态码为 go run 命令执行后的状态码。

更进一步，可以在 Shebang 行中添加一些命令，用于移除标准错误中的“退出状态”内容，甚至解析该文本并作为整个脚本的返回码。

然而：

再增加 Bash 命令意味着冗长的 Shebang 行，这与最初期望的 #! /usr/bin/env go 相比过于复杂。
记住这只是一种 hack 的方式，而我并不喜欢 hack。毕竟我们只是想用标准的 Shebang 机制。为什么？因为这样简单、标准、优雅。
这或多或少也是我想找一种更加方便的语言作为脚本语言（例如 Go）来替代 Bash 的原因。

幸运的是，我们有gorun

gorun 就是我们想要的。我们只需在 Shebang 中写 #! /usr/bin/env gorun，并赋予脚本可执行权限。仅此而已，我们可以在 Shell 中执行，获得期望的结果！

	
$ ./example.go world
Hello world
$ echo $?
42

太棒了！

警告：兼容性

当文件包含 Shebang 之后，Go 将无法编译（和我们之前看见的一样）。

	
$ go run example.go
package main:
example.go:1:1: illegal character U+0023 '#'

这两种选择不能兼得，我们只能二选一：

使用 Shebang，并通过./example.go 方式运行脚本。
或者移除 Shebang，使用 go run ./example.go 运行脚本。

二者不可兼得！

另外一个问题，是当脚本文件被放在 Go 工程中时，编译器会发现这个 go 文件。虽然该文件并不是应用程序所需要的，也会导致编译失败。一个解决方案是移除.go 后缀，但是这样就会无法使用类似 go fmt 等工具。

最后一些想法

本文讨论了使用 Go 语言来编写脚本的重要性，同时介绍了几种方式来实现脚本运行。这里有一些总结。

类型	退出状态码	可执行	可编译	标准
go run	✘	✘	✔	✔
gorun	✔	✔	✘	✘
// 解决方案	✘	✔	✔	✔

解释：

类型：如何运行脚本。
退出状态码：脚本执行后，是否设置了脚本的退出状态码。
可执行：脚本是否可以通过 chmod +x 设置可执行权限。
可编译：脚本是否可以通过 go build。
标准：脚本是否需要标准库之外的东西。

正如上表，目前没有一种完美的解决方案。看上去最方便且问题最少的方式是使用 go run 命令。但是在我看来，这种方式太过“复杂”，而且无法“可执行”，同时退出状态码也不正确。这将会导致难以区分脚本是否正确执行。

因此，我认为 Go 语言在这个领域仍然有许多工作要做。我不认为让语言支持忽略 Shebang 行会有什么问题。这将会解决执行问题，但是类似这种变化可能不会被 Go 社区采纳。

我的同事提醒我事实上 Shebang 行对于 Javascript 同样也是非法的。但是在 Node.js 中，他们增加了一个跳过 Shebang函数，让 Node 脚本可以在 Shell 中直接运行。（译者注：由于原文时间比较久远，在c2b01881dcb3bf302f9d83157e719cc5240a9042版本之后 Node.js 已经对源码进行了重构，在702331be906fe58e0ef66c7b31c7d2aeb3af3421版本之后，原文提及的 stripShebang 函数已经被移除。）

如果 gorun 可以作为标准工具的一部分就更棒了，其他类似的还有 gofmt 和 godoc。

本文文字及图片出自 InfoQ