claude-code/claude-zh/skills/golang-patterns/SKILL.md

---
name: golang-patterns
description: 道地的 Go 語言模式、最佳實踐與慣例，用於建構穩健、高效且易於維護的 Go 應用程序。
---

# Go 開發模式 (Go Development Patterns)

道地的 Go 語言模式與最佳實踐，用於建構穩健、高效且易於維護的應用程序。

## 何時啟用

- 撰寫新的 Go 程式碼。
- 審查 Go 程式碼。
- 重構現有的 Go 程式碼。
- 設計 Go 套件 (Packages) 或模組 (Modules)。

## 核心原則

### 1. 簡潔與清晰 (Simplicity and Clarity)

Go 語言偏好簡潔而非精巧。程式碼應該是顯而易見且易於閱讀的。

```go
// 推薦 (Good)：清晰且直接
func GetUser(id string) (*User, error) {
    user, err := db.FindUser(id)
    if err != nil {
        return nil, fmt.Errorf("獲取使用者 %s 失敗: %w", id, err)
    }
    return user, nil
}

// 不推薦 (Bad)：過於取巧
func GetUser(id string) (*User, error) {
    return func() (*User, error) {
        if u, e := db.FindUser(id); e == nil {
            return u, nil
        } else {
            return nil, e
        }
    }()
}
```

### 2. 讓零值 (Zero Value) 變得有用

設計型別時，應使其零值在無需初始化的情况下即可直接使用。

```go
// 推薦 (Good)：零值很有用
type Counter struct {
    mu    sync.Mutex
    count int // 零值為 0，可直接使用
}

func (c *Counter) Inc() {
    c.mu.Lock()
    c.count++
    c.mu.Unlock()
}

// 推薦 (Good)：bytes.Buffer 的零值即可工作
var buf bytes.Buffer
buf.WriteString("hello")

// 不推薦 (Bad)：需要明確初始化
type BadCounter struct {
    counts map[string]int // 操作 nil map 會引發 panic
}
```

### 3. 接受介面，回傳結構體 (Accept Interfaces, Return Structs)

函式應接受介面 (Interface) 參數，並回傳具體型別 (Concrete Types/Structs)。

```go
// 推薦 (Good)：接受介面，回傳具體型別
func ProcessData(r io.Reader) (*Result, error) {
    data, err := io.ReadAll(r)
    if err != nil {
        return nil, err
    }
    return &Result{Data: data}, nil
}

// 不推薦 (Bad)：回傳介面 (無謂地隱藏了實作細節)
func ProcessData(r io.Reader) (io.Reader, error) {
    // ...
}
```

## 錯誤處理模式 (Error Handling Patterns)

### 帶有上下文的錯誤包裝 (Error Wrapping)

```go
// 推薦 (Good)：使用上下文包裝錯誤
func LoadConfig(path string) (*Config, error) {
    data, err := os.ReadFile(path)
    if err != nil {
        return nil, fmt.Errorf("載入配置檔案 %s 失敗: %w", path, err)
    }

    var cfg Config
    if err := json.Unmarshal(data, &cfg); err != nil {
        return nil, fmt.Errorf("解析配置檔案 %s 失敗: %w", path, err)
    }

    return &cfg, nil
}
```

### 自定義錯誤型別

```go
// 定義領域特定的錯誤
type ValidationError struct {
    Field   string
    Message string
}

func (e *ValidationError) Error() string {
    return fmt.Sprintf("欄位 %s 驗證失敗: %s", e.Field, e.Message)
}

// 常見案例的哨兵錯誤 (Sentinel errors)
var (
    ErrNotFound     = errors.New("找不到資源")
    ErrUnauthorized = errors.New("未經授權")
    ErrInvalidInput = errors.New("無效的輸入")
)
```

### 使用 errors.Is 與 errors.As 進行錯誤檢查

```go
func HandleError(err error) {
    // 檢查特定的錯誤內容
    if errors.Is(err, sql.ErrNoRows) {
        log.Println("找不到紀錄")
        return
    }

    // 檢查錯誤型別
    var validationErr *ValidationError
    if errors.As(err, &validationErr) {
        log.Printf("欄位 %s 發生驗證錯誤: %s",
            validationErr.Field, validationErr.Message)
        return
    }

    // 未知錯誤
    log.Printf("發生非預期錯誤: %v", err)
}
```

### 絕不忽略錯誤

```go
// 不推薦 (Bad)：使用空白識別字忽略錯誤
result, _ := doSomething()

// 推薦 (Good)：處理錯誤，或明確說明為何可以安全忽略
result, err := doSomething()
if err != nil {
    return err
}

// 可接受 (Acceptable)：當錯誤真的無關緊要時 (極少見)
_ = writer.Close() // 盡力清理資源，錯誤已在別處記錄
```

## 併發模式 (Concurrency Patterns)

### 工作池 (Worker Pool)

```go
func WorkerPool(jobs <-chan Job, results chan<- Result, numWorkers int) {
    var wg sync.WaitGroup

    for i := 0; i < numWorkers; i++ {
        wg.Add(1)
        go func() {
            defer wg.Done()
            for job := range jobs {
                results <- process(job)
            }
        }()
    }

    wg.Wait()
    close(results)
}
```

### 使用 Context 處理取消與超時

```go
func FetchWithTimeout(ctx context.Context, url string) ([]byte, error) {
    ctx, cancel := context.WithTimeout(ctx, 5*time.Second)
    defer cancel()

    req, err := http.NewRequestWithContext(ctx, "GET", url, nil)
    if err != nil {
        return nil, fmt.Errorf("建立請求失敗: %w", err)
    }

    resp, err := http.DefaultClient.Do(req)
    if err != nil {
        return nil, fmt.Errorf("獲取 %s 失敗: %w", url, err)
    }
    defer resp.Body.Close()

    return io.ReadAll(resp.Body)
}
```

### 優雅關機 (Graceful Shutdown)

```go
func GracefulShutdown(server *http.Server) {
    quit := make(chan os.Signal, 1)
    signal.Notify(quit, syscall.SIGINT, syscall.SIGTERM)

    <-quit
    log.Println("正在關閉伺服器...")

    ctx, cancel := context.WithTimeout(context.Background(), 30*time.Second)
    defer cancel()

    if err := server.Shutdown(ctx); err != nil {
        log.Fatalf("伺服器被迫強制關閉: %v", err)
    }

    log.Println("伺服器已退出")
}
```

### 使用 errgroup 協調多個 Goroutine

```go
import "golang.org/x/sync/errgroup"

func FetchAll(ctx context.Context, urls []string) ([][]byte, error) {
    g, ctx := errgroup.WithContext(ctx)
    results := make([][]byte, len(urls))

    for i, url := range urls {
        i, url := i, url // 捕捉迴圈變數
        g.Go(func() error {
            data, err := FetchWithTimeout(ctx, url)
            if err != nil {
                return err
            }
            results[i] = data
            return nil
        })
    }

    if err := g.Wait(); err != nil {
        return nil, err
    }
    return results, nil
}
```

### 避免 Goroutine 洩漏

```go
// 不推薦 (Bad)：若 Context 被取消，Goroutine 會洩漏
func leakyFetch(ctx context.Context, url string) <-chan []byte {
    ch := make(chan []byte)
    go func() {
        data, _ := fetch(url)
        ch <- data // 如果沒有接收者，會永遠阻塞在這裡
    }()
    return ch
}

// 推薦 (Good)：正確處理取消信號
func safeFetch(ctx context.Context, url string) <-chan []byte {
    ch := make(chan []byte, 1) // 具備緩衝的通道
    go func() {
        data, err := fetch(url)
        if err != nil {
            return
        }
        select {
        case ch <- data:
        case <-ctx.Done():
        }
    }()
    return ch
}
```

## 介面設計 (Interface Design)

### 小型、聚焦的介面

```go
// 推薦 (Good)：單一方法的介面
type Reader interface {
    Read(p []byte) (n int, err error)
}

type Writer interface {
    Write(p []byte) (n int, err error)
}

type Closer interface {
    Close() error
}

// 根據需要組合介面
type ReadWriteCloser interface {
    Reader
    Writer
    Closer
}
```

### 在使用處定義介面

```go
// 介面應定義在消費者套件中，而非生產者套件
package service

// UserStore 定義了此服務所需的功能
type UserStore interface {
    GetUser(id string) (*User, error)
    SaveUser(user *User) error
}

type Service struct {
    store UserStore
}

// 具體實作可以放在另一個套件中
// 它不需要知道這個介面的存在
```

### 使用型別斷言 (Type Assertions) 處理選用行為

```go
type Flusher interface {
    Flush() error
}

func WriteAndFlush(w io.Writer, data []byte) error {
    if _, err := w.Write(data); err != nil {
        return err
    }

    // 如果支援 Flush，則執行之
    if f, ok := w.(Flusher); ok {
        return f.Flush()
    }
    return nil
}
```

## 套件組織 (Package Organization)

### 標準專案結構

```text
myproject/
├── cmd/
│   └── myapp/
│       └── main.go           # 程式入口點
├── internal/
│   ├── handler/              # HTTP 處理常式
│   ├── service/              # 業務邏輯
│   ├── repository/           # 資料存取
│   └── config/               # 配置管理
├── pkg/
│   └── client/               # 公開的 API 客戶端
├── api/
│   └── v1/                   # API 定義 (proto, OpenAPI)
├── testdata/                 # 測試用的資料
├── go.mod
├── go.sum
└── Makefile
```

### 套件命名規則

```go
// 推薦 (Good)：簡短、小寫、無底線
package http
package json
package user

// 不推薦 (Bad)：冗長、大小寫混合或重複
package httpHandler
package json_parser
package userService // 重複的 'Service' 後綴
```

### 避免套件層級的狀態 (Package-Level State)

```go
// 不推薦 (Bad)：全域可變狀態
var db *sql.DB

func init() {
    db, _ = sql.Open("postgres", os.Getenv("DATABASE_URL"))
}

// 推薦 (Good)：依賴注入
type Server struct {
    db *sql.DB
}

func NewServer(db *sql.DB) *Server {
    return &Server{db: db}
}
```

## 結構體設計 (Struct Design)

### 功能選項模式 (Functional Options Pattern)

```go
type Server struct {
    addr    string
    timeout time.Duration
    logger  *log.Logger
}

type Option func(*Server)

func WithTimeout(d time.Duration) Option {
    return func(s *Server) {
        s.timeout = d
    }
}

func WithLogger(l *log.Logger) Option {
    return func(s *Server) {
        s.logger = l
    }
}

func NewServer(addr string, opts ...Option) *Server {
    s := &Server{
        addr:    addr,
        timeout: 30 * time.Second, // 預設值
        logger:  log.Default(),    // 預設值
    }
    for _, opt := range opts {
        opt(s)
    }
    return s
}

// 用法
server := NewServer(":8080",
    WithTimeout(60*time.Second),
    WithLogger(customLogger),
)
```

### 使用嵌入 (Embedding) 進行組合

```go
type Logger struct {
    prefix string
}

func (l *Logger) Log(msg string) {
    fmt.Printf("[%s] %s\n", l.prefix, msg)
}

type Server struct {
    *Logger // 嵌入 - Server 會繼承 Log 方法
    addr    string
}

func NewServer(addr string) *Server {
    return &Server{
        Logger: &Logger{prefix: "SERVER"},
        addr:   addr,
    }
}

// 用法
s := NewServer(":8080")
s.Log("正在啟動...") // 呼叫嵌入的 Logger.Log
```

## 記憶體與效能

### 在已知大小時預先配置 Slice

```go
// 不推薦 (Bad)：導致 Slice 多次擴容
func processItems(items []Item) []Result {
    var results []Result
    for _, item := range items {
        results = append(results, process(item))
    }
    return results
}

// 推薦 (Good)：一次完成配置
func processItems(items []Item) []Result {
    results := make([]Result, 0, len(items))
    for _, item := range items {
        results = append(results, process(item))
    }
    return results
}
```

### 為頻繁配置使用 sync.Pool

```go
var bufferPool = sync.Pool{
    New: func() interface{} {
        return new(bytes.Buffer)
    },
}

func ProcessRequest(data []byte) []byte {
    buf := bufferPool.Get().(*bytes.Buffer)
    defer func() {
        buf.Reset()
        bufferPool.Put(buf)
    }()

    buf.Write(data)
    // 處理中...
    return buf.Bytes()
}
```

### 避免在迴圈中直接拼接字串

```go
// 不推薦 (Bad)：會產生大量的字串記憶體配置
func join(parts []string) string {
    var result string
    for _, p := range parts {
        result += p + ","
    }
    return result
}

// 推薦 (Good)：使用 strings.Builder 進行單次配置
func join(parts []string) string {
    var sb strings.Builder
    for i, p := range parts {
        if i > 0 {
            sb.WriteString(",")
        }
        sb.WriteString(p)
    }
    return sb.String()
}

// 最佳做法 (Best)：直接使用標準函式庫
func join(parts []string) string {
    return strings.Join(parts, ",")
}
```

## Go 工具整合

### 核心指令

```bash
# 建置與執行
go build ./...
go run ./cmd/myapp

# 測試
go test ./...
go test -race ./...
go test -cover ./...

# 靜態分析
go vet ./...
staticcheck ./...
golangci-lint run

# 模組管理
go mod tidy
go mod verify

# 格式化
gofmt -w .
goimports -w .
```

### 建議的 Linter 配置 (.golangci.yml)

```yaml
linters:
  enable:
    - errcheck
    - gosimple
    - govet
    - ineffassign
    - staticcheck
    - unused
    - gofmt
    - goimports
    - misspell
    - unconvert
    - unparam

linters-settings:
  errcheck:
    check-type-assertions: true
  govet:
    check-shadowing: true

issues:
  exclude-use-default: false
```

## 快速參考：Go 語言慣用語 (Idioms)

| 慣用語 | 描述 |
|-------|-------------|
| 接受介面，回傳結構體 | 函式參數用介面，回傳值用具體型別 |
| 錯誤即值 (Errors are values) | 將錯誤視為一等公民值處理，而非例外情況 |
| 不要透過共享記憶體來通訊 | 應使用通道 (Channels) 在 Goroutine 間進行協調 |
| 讓零值變得有用 | 型別應在不需顯式初始化的情況下即可運作 |
| 少量拷貝優於少量依賴 | 避免不必要的外部相依套件 |
| 清晰優於精巧 | 優先考量程式碼的可讀性 |
| gofmt 是大家的朋友 | 務必始終使用 gofmt/goimports 手動格式化 |
| 提早回傳 (Return early) | 先處理錯誤情況，保持正常路徑 (Happy Path) 不縮排 |

## 應避免的反模式

```go
// 不推薦 (Bad)：在長函式中使用具名回傳值 (Naked returns)
func process() (result int, err error) {
    // ... 50 行程式碼 ...
    return // 到底回傳了什麼？
}

// 不推薦 (Bad)：將 panic 用於流程控制
func GetUser(id string) *User {
    user, err := db.Find(id)
    if err != nil {
        panic(err) // 絕對不要這樣做
    }
    return user
}

// 不推薦 (Bad)：在結構體中傳遞 Context
type Request struct {
    ctx context.Context // Context 應作為第一個參數
    ID  string
}

// 推薦 (Good)：Context 作為第一個參數
func ProcessRequest(ctx context.Context, id string) error {
    // ...
}

// 不推薦 (Bad)：混合使用數值與指標接收者 (Receivers)
type Counter struct{ n int }
func (c Counter) Value() int { return c.n }    // 數值接收者
func (c *Counter) Increment() { c.n++ }        // 指標接收者
// 請擇一使用並保持一致性
```

**請記住**：Go 程式碼應該以「無趣」為最高指導原則 — 意即它是可預測的、一致的且易於理解的。如有疑慮，請保持簡潔。