Go語言空結構體詳解
前言
在使用 Go 語言開發過程中,我們不免會定義結構體,但是我們定義的結構體都是有字段的,基本不會定義不包含字段的 空結構體。你可能會反過來問,沒有字段的空結構體有什麼用呢?那麼我們這篇文章就來研究下空結構體吧!
註:本文基於go 1.14.4 分析
什麼是空結構體
我們說不包含任何字段的結構體叫做空結構體,可以通過如下的方式定義空結構體:
原生定義
var a struct{}
類型別名
type empty struct{} var e empty
特點
地址相同
我們分別定義兩個非空結構體和空結構體變量,然後取地址打印,發現空結構體變量的地址是相同的:
// 定義一個非空結構體 type User struct { name string } func main() { // 兩個非空結構體的變量地址不同 var user1 User var user2 User fmt.Printf("%p \n", &user1) // 0xc000318670 fmt.Printf("%p \n", &user2) // 0xc000318680 // 定義兩個空結構體,地址相同 var first struct{} var second struct{} fmt.Printf("%p \n", &first) // 0x1ca15f0 fmt.Printf("%p \n", &second) // 0x1ca15f0 }
我們知道 Go 語言中的變量傳遞都是值傳遞,對於傳參前後的變量地址應該不同,我們通過傳參的方式再來試一下:
// 非空結構體 type NonEmptyUser struct { name string } // 空結構體 type EmptyUser struct{} // 打印非空結構體參數地址 func testNonEmptyUser(user NonEmptyUser) { fmt.Printf("%p \n", &user) } // 打印空結構體參數地址 func testEmptyUser(user EmptyUser) { fmt.Printf("%p \n", &user) } func main() { // 兩個非空結構體的變量地址不同 var user1 NonEmptyUser fmt.Printf("%p \n", &user1) // 0xc0001986c0 testNonEmptyUser(user1) // 0xc0001986d0 // 兩個空結構體變量的地址相同 var user2 EmptyUser fmt.Printf("%p \n", &user2) // 0x1ca25f0 testEmptyUser(user2) // 0x1ca25f0 }
發現對於非空結構體,傳參前後的地址是不同的,但是對於空結構體變量,前後地址是一致的。
大小為0
在Go中,我們可以使用 unsafe.Sizeof 來計算一個變量占用的字節數,那麼就舉幾個例子來看下:
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 }
可以看到空結構體占用的內存空間大小為0,同時對於空結構體的組合,占用空間大小也為0:
// 空結構體的組合 type EmptyUser struct { name struct{} age struct{} } func main() { var u EmptyUser fmt.Println(unsafe.Sizeof(u)) // 0 }
原理探究
為什麼空結構體的地址都相同,而且大小都為0呢,我們一起來看下源碼(go/src/runtime/malloc.go):
// base address for all 0-byte allocations var zerobase uintptr // 創建新的對象時,調用 mallocgc 分配內存 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) } ...... }
通過源碼可以看出,創建新的對象時,需要調用 malloc.newobject() 進行內存分配,進一步調用 mallocgc 方法,在該方法中,如果判斷類型的 size==0 ,固定返回 zerobase 的地址。 zerobase 是一個 uintptr 全局變量,占用 8 個字節。
因此我們可以確定的是,在Go語言中,所有針對 size==0 的內存分配,用的都是同一個地址 &zerobase ,所以我們在一開始看到的所有空結構體地址都相同。
使用場景
空結構體不包含任何數據,那麼其應用場景也應該不在乎值內容,隻當做一個占位符。在這種場景下,由於其不占用內存空間,使用空結構體既可以做到節省空間,又可以提供語義支持。
集合(Set)
使用過 Java 的同學應該都用過 Set 類型,Set 是保存不重復元素的集合,但是 Go 語言沒有提供原生的 Set 類型。但是我們知道 Map 結構存儲的是 key-value 類型,key 不允許重復,因此可以利用 Map 來實現 Set,key存儲需要的數據,value 給個固定值就可以瞭。那麼 value 給什麼值好呢?這時候我們的 空結構體 就可以出場瞭,不占用空間,還可以完成占位操作,堪稱完美,下面我們看怎麼實現吧。
// 定義瞭一個保存 string 類型的 Set集合 type Set map[string]struct{} // 添加一個元素 func (s Set) Add(key string) { s[key] = struct{}{} } // 移除一個元素 func (s Set) Remove(key string) { delete(s, key) } // 是否包含一個元素 func (s Set) Contains(key string) bool { _, ok := s[key] return ok } // 初始化 func NewSet() Set { s := make(Set) return s }
// 測試使用 func main() { set := NewSet() set.Add("hello") set.Add("world") fmt.Println(set.Contains("hello")) set.Remove("hello") fmt.Println(set.Contains("hello")) }
channel中信號傳輸
空結構體 與 channel 可謂是一個經典組合,有時候我們隻是需要一個信號來控制程序的運行邏輯,並不在意其內容如何。
在下面的例子中,我們定義瞭兩個 channel 用於接收兩個任務完成的信號,當接收到任務完成的信號時,就會觸發相應的動作。
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 } } }
總結
本篇文章,我們學習瞭如下內容:
- 空結構體是一種特殊的結構體,不包含任何元素
- 空結構體的大小都為0
- 空結構體的地址都相同
- 由於空結構體不占用空間,從節省內存的角度出發,適用於實現Set結構、在 channel 中傳輸信號等
到此這篇關於Go語言空結構體詳解的文章就介紹到這瞭,更多相關Go語言空結構體內容請搜索WalkonNet以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大傢以後多多支持WalkonNet!
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