Go 语言空结构体详解

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>你必须非常努力,才能看起来毫不费力! > >微信搜索公众号[ 漫漫Coding路 ],一起From Zero To Hero ! ## 前言 在使用 Go 语言开发过程中,我们不免会定义结构体,但是我们定义的结构体都是有字段的,基本不会定义不包含字段的 空结构体。你可能会反过来问,没有字段的空结构体有什么用呢?那么我们这篇文章就来研究下空结构体吧! > 注:本文基于go 1.14.4 分析 ## 什么是空结构体 我们说不包含任何字段的结构体叫做空结构体,可以通过如下的方式定义空结构体: - 原生定义 ```go var a struct{} ``` - 类型别名 ```go type empty struct{} var e empty ``` ## 特点 - **地址相同** 我们分别定义两个非空结构体和空结构体变量,然后取地址打印,发现空结构体变量的地址是相同的: ```go // 定义一个非空结构体 type User struct { name string } func main() { // 两个非空结构体的变量地址不同 var user1 User var user2 User fmt.Printf("%p \n", &user1) // 0xc000318670 fmt.Printf("%p \n", &user2) // 0xc000318680 // 定义两个空结构体,地址相同 var first struct{} var second struct{} fmt.Printf("%p \n", &first) // 0x1ca15f0 fmt.Printf("%p \n", &second) // 0x1ca15f0 } ``` 我们知道 Go 语言中的变量传递都是值传递,对于传参前后的变量地址应该不同,我们通过传参的方式再来试一下: ```go // 非空结构体 type NonEmptyUser struct { name string } // 空结构体 type EmptyUser struct{} // 打印非空结构体参数地址 func testNonEmptyUser(user NonEmptyUser) { fmt.Printf("%p \n", &user) } // 打印空结构体参数地址 func testEmptyUser(user EmptyUser) { fmt.Printf("%p \n", &user) } func main() { // 两个非空结构体的变量地址不同 var user1 NonEmptyUser fmt.Printf("%p \n", &user1) // 0xc0001986c0 testNonEmptyUser(user1) // 0xc0001986d0 // 两个空结构体变量的地址相同 var user2 EmptyUser fmt.Printf("%p \n", &user2) // 0x1ca25f0 testEmptyUser(user2) // 0x1ca25f0 } ``` 发现对于非空结构体,传参前后的地址是不同的,但是对于空结构体变量,前后地址是一致的。 - **大小为0** 在Go中,我们可以使用 `unsafe.Sizeof` 来计算一个变量占用的字节数,那么就举几个例子来看下: ```go type EmptyUser struct{} func main() { var i int var s string var m []string var u EmptyUser fmt.Println(unsafe.Sizeof(i)) // 8 fmt.Println(unsafe.Sizeof(s)) // 16 fmt.Println(unsafe.Sizeof(m)) // 24 fmt.Println(unsafe.Sizeof(u)) // 0 } ``` 可以看到空结构体占用的内存空间大小为0,同时对于空结构体的组合,占用空间大小也为0: ```go // 空结构体的组合 type EmptyUser struct { name struct{} age struct{} } func main() { var u EmptyUser fmt.Println(unsafe.Sizeof(u)) // 0 } ``` ## 原理探究 为什么空结构体的地址都相同,而且大小都为0呢,我们一起来看下源码(go/src/runtime/malloc.go): ```go // base address for all 0-byte allocations var zerobase uintptr // 创建新的对象时,调用 mallocgc 分配内存 func newobject(typ *_type) unsafe.Pointer { return mallocgc(typ.size, typ, true) } func mallocgc(size uintptr, typ *_type, needzero bool) unsafe.Pointer { if gcphase == _GCmarktermination { throw("mallocgc called with gcphase == _GCmarktermination") } if size == 0 { return unsafe.Pointer(&zerobase) } ...... } ``` 通过源码可以看出,创建新的对象时,需要调用 ``malloc.newobject()`` 进行内存分配,进一步调用 ``mallocgc`` 方法,在该方法中,如果判断类型的`size==0` ,固定返回`zerobase`的地址。`zerobase`是一个`uintptr` 全局变量,占用 8 个字节。 因此我们可以确定的是,在Go语言中,所有针对 `size==0` 的内存分配,用的都是同一个地址 `&zerobase`,所以我们在一开始看到的所有空结构体地址都相同。 ## 使用场景 空结构体不包含任何数据,那么其应用场景也应该不在乎值内容,只当做一个占位符。在这种场景下,由于其不占用内存空间,使用空结构体既可以做到节省空间,又可以提供语义支持。 1. **集合(Set)** 使用过 `Java` 的同学应该都用过 `Set` 类型,Set 是保存不重复元素的集合,但是 Go 语言没有提供原生的 Set 类型。但是我们知道 `Map` 结构存储的是 `key-value` 类型,key 不允许重复,因此可以利用 Map 来实现 Set,key存储需要的数据,value 给个固定值就可以了。那么 value 给什么值好呢?这时候我们的 空结构体 就可以出场了,不占用空间,还可以完成占位操作,堪称完美,下面我们看怎么实现吧。 ```go // 定义了一个保存 string 类型的 Set集合 type Set map[string]struct{} // 添加一个元素 func (s Set) Add(key string) { s[key] = struct{}{} } // 移除一个元素 func (s Set) Remove(key string) { delete(s, key) } // 是否包含一个元素 func (s Set) Contains(key string) bool { _, ok := s[key] return ok } // 初始化 func NewSet() Set { s := make(Set) return s } ``` ```go // 测试使用 func main() { set := NewSet() set.Add("hello") set.Add("world") fmt.Println(set.Contains("hello")) set.Remove("hello") fmt.Println(set.Contains("hello")) } ``` 2. **channel中信号传输** `空结构体` 与 `channel` 可谓是一个经典组合,有时候我们只是需要一个信号来控制程序的运行逻辑,并不在意其内容如何。 在下面的例子中,我们定义了两个 channel 用于接收两个任务完成的信号,当接收到任务完成的信号时,就会触发相应的动作。 ```go func doTask1(ch chan struct{}) { time.Sleep(time.Second) fmt.Println("do task1") ch <- struct{}{} } func doTask2(ch chan struct{}) { time.Sleep(time.Second * 2) fmt.Println("do task2") ch <- struct{}{} } func main() { ch1 := make(chan struct{}) ch2 := make(chan struct{}) go doTask1(ch1) go doTask2(ch2) for { select { case <-ch1: fmt.Println("task1 done") case <-ch2: fmt.Println("task2 done") case <-time.After(time.Second * 5): fmt.Println("after 5 seconds") return } } } ``` ## 总结 本篇文章,我们学习了如下内容: 1. 空结构体是一种特殊的结构体,不包含任何元素 2. 空结构体的大小都为0 3. 空结构体的地址都相同 4. 由于空结构体不占用空间,从节省内存的角度出发,适用于实现Set结构、在 channel 中传输信号等 ## 更多 个人博客: https://lifelmy.github.io/ 微信公众号:漫漫Coding路

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