Day 7: 打通外部世界 - HTTP客户端与JSON解析实战

Day 7: 打通外部世界 - HTTP客户端与JSON解析实战

在学习Go语言的过程中，标准库是我们最常用的工具之一。它提供了丰富的功能，涵盖文件操作、数据序列化、网络请求等多个方面，能够显著提升开发效率。本文详细介绍Go标准库中文件操作（os、io、ioutil）、JSON处理（encoding/json）以及HTTP客户端（GET/POST请求）的使用方法，并通过一个实际练习——编写天气查询CLI工具——来巩固所学知识。

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一、文件操作

文件操作是编程中的基础技能之一，Go语言标准库提供了多个包来支持文件和目录的处理，包括os、io和ioutil。值得注意的是，在Go 1.16及之后的版本中，ioutil包的部分功能被迁移到了os和io包中。

1.1 os包：与操作系统交互

os包提供了与操作系统交互的基本函数，支持文件的创建、打开、读写和删除等操作。以下是一些常用函数：

• 创建文件：os.Create(name string) (*File, error)
  创建一个指定名称的文件，如果文件已存在，会清空其内容。
• 打开文件：os.Open(name string) (*File, error)
  以只读模式打开文件。
• 写入文件：file.Write(b []byte) (n int, err error)
  向文件中写入字节数据。
• 读取文件：file.Read(b []byte) (n int, err error)
  从文件中读取数据到字节切片。
• 删除文件：os.Remove(name string) error
  删除指定文件。

1.2 io包：I/O原语

io包提供了底层的输入输出接口，例如Reader和Writer，适合处理数据流。常用函数包括：

• 复制数据：io.Copy(dst Writer, src Reader) (written int64, err error)
  将数据从源读取器复制到目标写入器。
• 读取所有数据：io.ReadAll(r Reader) ([]byte, error)
  从读取器中读取所有数据，返回字节切片。

1.3 ioutil包（Go 1.16之前）

在Go 1.16之前，ioutil包提供了一些便捷的工具函数，例如：

• 读取文件：ioutil.ReadFile(filename string) ([]byte, error)
  一次性读取整个文件内容。
• 写入文件：ioutil.WriteFile(filename string, data []byte, perm os.FileMode) error
  将数据写入文件并设置权限。

注意：在Go 1.16及之后，推荐使用os.ReadFile和os.WriteFile替代上述ioutil函数。

1.4 示例：文件读写操作

以下是一个简单的示例，展示如何创建文件、写入数据并读取内容：

package main

import (
	"fmt"
	"os"
)

func main() {
	// 创建并写入文件
	file, err := os.Create("example.txt")
	if err != nil {
		fmt.Println("创建文件失败:", err)
		return
	}
	defer file.Close() // 确保文件在函数结束时关闭

	_, err = file.Write([]byte("Hello, Go!"))
	if err != nil {
		fmt.Println("写入文件失败:", err)
		return
	}

	// 读取文件内容
	data, err := os.ReadFile("example.txt")
	if err != nil {
		fmt.Println("读取文件失败:", err)
		return
	}
	fmt.Println(string(data)) // 输出: Hello, Go!
}

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二、JSON处理

JSON是一种轻量级的数据交换格式，常用于API响应和配置文件。Go语言的encoding/json包提供了强大的JSON编码和解码功能。

2.1 编码（Marshal）

将Go数据结构（如结构体、map、slice）转换为JSON字符串：

func Marshal(v interface{}) ([]byte, error)

2.2 解码（Unmarshal）

将JSON字符串解析为Go数据结构：

func Unmarshal(data []byte, v interface{}) error

2.3 示例：JSON编码与解码

以下示例展示如何将结构体编码为JSON字符串，并将JSON字符串解码回结构体：

package main

import (
	"encoding/json"
	"fmt"
)

type Person struct {
	Name string `json:"name"` // 使用标签指定JSON字段名
	Age  int    `json:"age"`
}

func main() {
	// 编码
	p := Person{Name: "Alice", Age: 30}
	jsonData, err := json.Marshal(p)
	if err != nil {
		fmt.Println("JSON编码失败:", err)
		return
	}
	fmt.Println(string(jsonData)) // 输出: {"name":"Alice","age":30}

	// 解码
	var p2 Person
	err = json.Unmarshal(jsonData, &p2)
	if err != nil {
		fmt.Println("JSON解码失败:", err)
		return
	}
	fmt.Printf("%+v\n", p2) // 输出: {Name:Alice Age:30}
}

通过结构体标签（如json:"name"），我们可以自定义JSON字段名，使编码和解码更加灵活。

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三、HTTP客户端

Go语言的net/http包提供了强大的HTTP客户端功能，支持发送GET、POST等请求。

3.1 GET请求

使用http.Get发送简单的GET请求：

resp, err := http.Get(url string)

3.2 POST请求

使用http.Post发送POST请求，需指定内容类型和请求体：

resp, err := http.Post(url string, contentType string, body io.Reader)

3.3 自定义请求

使用http.NewRequest创建自定义请求，支持多种HTTP方法：

req, err := http.NewRequest(method string, url string, body io.Reader)

3.4 示例：发送GET请求

以下示例展示如何发送GET请求并读取响应内容：

package main

import (
	"fmt"
	"io"
	"net/http"
)

func main() {
	resp, err := http.Get("https://api.example.com/data")
	if err != nil {
		fmt.Println("HTTP GET请求失败:", err)
		return
	}
	defer resp.Body.Close() // 确保响应体关闭

	body, err := io.ReadAll(resp.Body)
	if err != nil {
		fmt.Println("读取响应体失败:", err)
		return
	}
	fmt.Println(string(body))
}

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四、练习：编写天气查询CLI工具

为了将文件操作、JSON处理和HTTP客户端的知识结合起来，我们将实现一个简单的命令行工具，用于查询指定城市的天气信息。

4.1 需求分析

• 用户通过命令行输入城市名称。
• 程序向天气API发送HTTP GET请求。
• 解析API返回的JSON数据。
• 显示天气信息（如温度、湿度、天气描述）。

4.2 实现步骤

a. 选择天气API

我们使用免费的OpenWeatherMap API。你需要注册并获取API密钥（API Key）。请求URL格式如下：

http://api.openweathermap.org/data/2.5/weather?q={city}&appid={API_KEY}

b. 定义JSON结构体

根据API返回的JSON结构，定义对应的Go结构体。例如：

{
  "main": {
    "temp": 298.15,
    "humidity": 65
  },
  "weather": [
    {
      "description": "clear sky"
    }
  ]
}

对应的Go结构体：

type WeatherResponse struct {
	Main struct {
		Temp     float64 `json:"temp"`
		Humidity int     `json:"humidity"`
	} `json:"main"`
	Weather []struct {
		Description string `json:"description"`
	} `json:"weather"`
}

c. 完整实现

以下是完整的天气查询CLI工具代码：

package main

import (
	"encoding/json"
	"fmt"
	"io"
	"net/http"
	"os"
)

type WeatherResponse struct {
	Main struct {
		Temp     float64 `json:"temp"`
		Humidity int     `json:"humidity"`
	} `json:"main"`
	Weather []struct {
		Description string `json:"description"`
	} `json:"weather"`
}

func main() {
	// 检查命令行参数
	if len(os.Args) < 2 {
		fmt.Println("请提供城市名称，例如：go run main.go Beijing")
		return
	}
	city := os.Args[1]

	// 构造API请求
	apiKey := "YOUR_API_KEY" // 替换为你的API密钥
	url := fmt.Sprintf("http://api.openweathermap.org/data/2.5/weather?q=%s&appid=%s", city, apiKey)

	// 发送GET请求
	resp, err := http.Get(url)
	if err != nil {
		fmt.Println("HTTP GET请求失败:", err)
		return
	}
	defer resp.Body.Close()

	// 检查响应状态码
	if resp.StatusCode != http.StatusOK {
		fmt.Println("API请求失败，状态码:", resp.StatusCode)
		return
	}

	// 读取响应体
	body, err := io.ReadAll(resp.Body)
	if err != nil {
		fmt.Println("读取响应体失败:", err)
		return
	}

	// 解析JSON
	var weather WeatherResponse
	err = json.Unmarshal(body, &weather)
	if err != nil {
		fmt.Println("JSON解码失败:", err)
		return
	}

	// 显示天气信息
	fmt.Printf("城市: %s\n", city)
	fmt.Printf("温度: %.2f°C\n", weather.Main.Temp-273.15) // 开尔文转摄氏度
	fmt.Printf("湿度: %d%%\n", weather.Main.Humidity)
	fmt.Printf("天气: %s\n", weather.Weather[0].Description)
}

4.3 运行与测试

1. 将YOUR_API_KEY替换为你的OpenWeatherMap API密钥。
2. 编译并运行程序：

   go run main.go Beijing
   

3. 示例输出：

   城市: Beijing
   温度: 25.00°C
   湿度: 65%
   天气: clear sky
   

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五、总结

通过本文，我们深入学习了Go语言标准库中文件操作（os、io、ioutil）、JSON处理（encoding/json）和HTTP客户端（net/http）的使用方法，并通过一个天气查询CLI工具的练习将这些知识融会贯通。掌握这些技能后，你将能够更高效地处理文件、解析数据和调用网络API。