Go言語で画像処理CLIツールを作って学ぶ：基礎編

Go言語で画像処理CLIツールを作って学ぶ：基礎編

こんにちは！今回、Go言語で本格的な画像処理CLIツール「imgai」を開発したので、その過程で学んだGoの基礎知識を共有します。

なぜGoを選んだのか？

画像処理ツールを作るにあたって、Go言語を選んだ理由は明確でした：

Goの魅力:

• 圧倒的な実行速度 - コンパイル言語だから画像処理が爆速
• 学習コストが低い - シンプルな言語仕様で挫折しにくい
• 並行処理が超簡単 - goroutineで複数画像を並列処理
• デプロイが楽 - シングルバイナリで配布できる
• Apple Silicon対応 - M1/M2 Macで最適化されたバイナリが作れる

プロジェクト構成の基本

Goでは慣習的なディレクトリ構成があります。これを守ると、他のGopherが見ても理解しやすいコードになります：

imgai/
├── cmd/              # CLIコマンド
│   ├── root.go       # ルートコマンド
│   ├── resize.go     # リサイズコマンド
│   ├── convert.go    # 変換コマンド
│   └── exif.go       # メタデータ読み取り
├── pkg/              # 再利用可能なパッケージ
│   ├── image/        # 画像処理ロジック
│   ├── batch/        # バッチ処理
│   └── metadata/     # メタデータ処理
├── main.go           # エントリーポイント
└── go.mod            # 依存関係管理

なぜcmdとpkgに分けるの？

cmd: ユーザーインターフェース層。CLI固有のロジック。
pkg: ビジネスロジック層。他のプロジェクトでも再利用できる汎用的なコード。

この分離、最初は「面倒くさ！」って思ったんですが、後から機能を追加する時にめちゃくちゃ楽でした。

Go言語の基礎文法

1. パッケージとインポート

Goでは、すべてのコードはパッケージに属します：

package main  // mainパッケージはエントリーポイント

import (
    "fmt"      // 標準ライブラリ
    "os"
    
    "github.com/spf13/cobra"  // 外部ライブラリ
)

ポイント:

• mainパッケージのmain関数が実行開始点
• インポートは()でグループ化するとスッキリ
• 未使用のインポートはコンパイルエラーになる（厳しい！）

2. 変数宣言の3パターン

Goには変数宣言の方法が複数あります：

// パターン1: 型を明示
var width int = 800

// パターン2: 型推論
var height = 600

// パターン3: 短縮記法（関数内のみ）
quality := 90

使い分け:

• パッケージレベル変数 → var
• 関数内の変数 → :=（短くて楽）
• ゼロ値で初期化 → var i int（値は0）

3. 構造体（Struct）

Goはオブジェクト指向言語ではありませんが、構造体でデータをまとめられます：

// ResizeOptions holds options for resizing
type ResizeOptions struct {
    Width  int
    Height int
    Output string
}

// 使い方
opts := ResizeOptions{
    Width:  800,
    Height: 600,
    Output: "result.jpg",
}

命名規則:

• 型名はPascalCase（先頭大文字で外部公開）
• フィールド名もPascalCase（公開したい場合）
• 小文字始まりはパッケージ内のみアクセス可能

4. エラーハンドリング

Goには例外機構がありません。エラーは戻り値で返します：

func ResizeImage(path string, opts ResizeOptions) error {
    // ファイルを開く
    img, err := imaging.Open(path)
    if err != nil {
        return fmt.Errorf("failed to open: %w", err)
    }
    
    // リサイズ処理
    resized := imaging.Resize(img, opts.Width, opts.Height, imaging.Lanczos)
    
    // 保存
    if err := imaging.Save(resized, opts.Output); err != nil {
        return fmt.Errorf("failed to save: %w", err)
    }
    
    return nil  // 成功時はnilを返す
}

ポイント:

• エラーチェックは必須（無視するとバグる）
• %wでエラーをラップすると呼び出し元でエラー原因を追跡できる
• 成功時はnilを返す

5. ポインタ

Goにはポインタがありますが、C/C++ほど複雑じゃないです：

// 値渡し（コピーされる）
func modifyValue(opts ResizeOptions) {
    opts.Width = 1000  // 元の値は変わらない
}

// ポインタ渡し（アドレスを渡す）
func modifyPointer(opts *ResizeOptions) {
    opts.Width = 1000  // 元の値が変わる！
}

// 使い方
opts := ResizeOptions{Width: 800}
modifyPointer(&opts)  // &でアドレスを渡す
fmt.Println(opts.Width)  // 1000

いつポインタを使う？

• 大きな構造体 → ポインタ（コピーコスト削減）
• 値を変更したい → ポインタ
• 小さな構造体 → 値渡しでOK

実践例：画像リサイズ機能

理論だけじゃつまらないので、実際のコードを見てみましょう：

package image

import (
    "fmt"
    "github.com/disintegration/imaging"
)

// ResizeOptions holds options for resizing
type ResizeOptions struct {
    Width  int
    Height int
    Output string
}

// ResizeImage resizes an image based on options
func ResizeImage(inputPath string, opts ResizeOptions) error {
    // 1. 画像を開く
    img, err := imaging.Open(inputPath)
    if err != nil {
        return fmt.Errorf("failed to open image: %w", err)
    }

    // 2. 元のサイズを取得
    bounds := img.Bounds()
    origWidth := bounds.Dx()
    origHeight := bounds.Dy()

    // 3. リサイズ（アスペクト比維持）
    targetWidth, targetHeight := calculateDimensions(
        origWidth, origHeight, 
        opts.Width, opts.Height,
    )

    // 4. リサイズ実行
    resized := imaging.Resize(
        img, 
        targetWidth, 
        targetHeight, 
        imaging.Lanczos,  // 高品質なアルゴリズム
    )

    // 5. 保存
    if err := imaging.Save(resized, opts.Output); err != nil {
        return fmt.Errorf("failed to save: %w", err)
    }

    fmt.Printf("✓ Resized: %dx%d → %dx%d\n", 
        origWidth, origHeight, 
        targetWidth, targetHeight,
    )
    return nil
}

// calculateDimensions calculates target dimensions
func calculateDimensions(origW, origH, targetW, targetH int) (int, int) {
    if targetW > 0 && targetH > 0 {
        return targetW, targetH  // 両方指定
    }

    aspectRatio := float64(origW) / float64(origH)

    if targetW > 0 {
        // 幅だけ指定 → 高さを計算
        return targetW, int(float64(targetW) / aspectRatio)
    }

    // 高さだけ指定 → 幅を計算
    return int(float64(targetH) * aspectRatio), targetH
}

このコードのポイント:

1. 関数は小さく - calculateDimensionsを分離
2. エラーはラップ - %wで元のエラーを保持
3. コメントは英語 - 国際的なプロジェクトの慣習
4. 早期リターン - エラーは即座に返す

go.mod - 依存関係管理

Goにはgo.modという依存関係管理ファイルがあります：

module github.com/hiroki-abe-58/imgai

go 1.21

require (
    github.com/disintegration/imaging v1.6.2
    github.com/spf13/cobra v1.8.0
)

便利なコマンド:

# 依存関係を追加
go get github.com/disintegration/imaging

# 使われていない依存を削除
go mod tidy

# 依存関係をダウンロード
go mod download

ビルドとテスト

ビルド

# 現在のOS向けにビルド
go build -o imgai

# クロスコンパイル（Windows用）
GOOS=windows GOARCH=amd64 go build -o imgai.exe

# Apple Silicon用に最適化
GOARCH=arm64 go build -o imgai

実行

# ビルドして実行
go run main.go

# ビルド済みバイナリを実行
./imgai resize photo.jpg --width 800

つまずきポイントと解決策

1. 「imported and not used」エラー

import (
    "fmt"   // これを使わないとエラー！
    "os"
)

解決策: 未使用のインポートは削除するか、_で無視：

import (
    _ "fmt"  // 使わないけどインポート
)

2. 「undefined: function」エラー

小文字始まりの関数は、他のパッケージから見えません：

// ❌ 他のパッケージから呼べない
func resizeImage() { }

// ✅ 他のパッケージから呼べる
func ResizeImage() { }

3. 「nil pointer dereference」

ポインタがnilのまま使うとパニックします：

var opts *ResizeOptions
opts.Width = 800  // パニック！

// 正しい方法
opts := &ResizeOptions{}
opts.Width = 800  // OK

まとめ

Go言語の基礎を実践的なプロジェクトを通じて学びました：

学んだこと:

• ✅ パッケージ構成の設計
• ✅ 構造体とメソッド
• ✅ エラーハンドリング
• ✅ ポインタの使い方
• ✅ 依存関係管理

次回予告:
次の記事では、代表的なGoライブラリについて解説します。Cobra（CLI）、imaging（画像処理）、progressbar（UX改善）など、実務で使えるライブラリを紹介します。

それでは、Happy Coding!