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Go語(yǔ)言空結(jié)構(gòu)體詳解

更新時(shí)間：2022年01月23日 11:24:33 作者：漫漫Coding路

本文主要介紹了Go語(yǔ)言空結(jié)構(gòu)體詳解，文中通過(guò)示例代碼介紹的非常詳細(xì)，具有一定的參考價(jià)值，感興趣的小伙伴們可以參考一下

前言

在使用 Go 語(yǔ)言開(kāi)發(fā)過(guò)程中，我們不免會(huì)定義結(jié)構(gòu)體，但是我們定義的結(jié)構(gòu)體都是有字段的，基本不會(huì)定義不包含字段的空結(jié)構(gòu)體。你可能會(huì)反過(guò)來(lái)問(wèn)，沒(méi)有字段的空結(jié)構(gòu)體有什么用呢？那么我們這篇文章就來(lái)研究下空結(jié)構(gòu)體吧！

注：本文基于go 1.14.4 分析

什么是空結(jié)構(gòu)體

我們說(shuō)不包含任何字段的結(jié)構(gòu)體叫做空結(jié)構(gòu)體，可以通過(guò)如下的方式定義空結(jié)構(gòu)體：

原生定義

var a struct{}

類型別名

type empty struct{}
var e empty

特點(diǎn)

地址相同

我們分別定義兩個(gè)非空結(jié)構(gòu)體和空結(jié)構(gòu)體變量，然后取地址打印，發(fā)現(xiàn)空結(jié)構(gòu)體變量的地址是相同的：

// 定義一個(gè)非空結(jié)構(gòu)體
type User struct {
?? ?name string
}

func main() {
?
? // 兩個(gè)非空結(jié)構(gòu)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(gè)空結(jié)構(gòu)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(yǔ)言中的變量傳遞都是值傳遞，對(duì)于傳參前后的變量地址應(yīng)該不同，我們通過(guò)傳參的方式再來(lái)試一下：

// 非空結(jié)構(gòu)體
type NonEmptyUser struct {
?? ?name string
}

// 空結(jié)構(gòu)體
type EmptyUser struct{}

// 打印非空結(jié)構(gòu)體參數(shù)地址
func testNonEmptyUser(user NonEmptyUser) {
?? ?fmt.Printf("%p \n", &user)
}

// 打印空結(jié)構(gòu)體參數(shù)地址
func testEmptyUser(user EmptyUser) {
?? ?fmt.Printf("%p \n", &user)
}


func main() {
??
?? ?// 兩個(gè)非空結(jié)構(gòu)體的變量地址不同
?? ?var user1 NonEmptyUser
?? ?fmt.Printf("%p \n", &user1) // 0xc0001986c0
?? ?testNonEmptyUser(user1)?? ??? ??? ?// 0xc0001986d0

??
?? ?// 兩個(gè)空結(jié)構(gòu)體變量的地址相同
?? ?var user2 EmptyUser
?? ?fmt.Printf("%p \n", &user2) // 0x1ca25f0
?? ?testEmptyUser(user2)?? ??? ??? ??? ?// 0x1ca25f0
??
}

發(fā)現(xiàn)對(duì)于非空結(jié)構(gòu)體，傳參前后的地址是不同的，但是對(duì)于空結(jié)構(gòu)體變量，前后地址是一致的。

大小為0

在Go中，我們可以使用 unsafe.Sizeof 來(lái)計(jì)算一個(gè)變量占用的字節(jié)數(shù)，那么就舉幾個(gè)例子來(lái)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(jié)構(gòu)體占用的內(nèi)存空間大小為0，同時(shí)對(duì)于空結(jié)構(gòu)體的組合，占用空間大小也為0：

// 空結(jié)構(gòu)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

為什么空結(jié)構(gòu)體的地址都相同，而且大小都為0呢，我們一起來(lái)看下源碼（go/src/runtime/malloc.go）：

// base address for all 0-byte allocations
var zerobase uintptr

// 創(chuàng)建新的對(duì)象時(shí)，調(diào)用 mallocgc 分配內(nèi)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(guò)源碼可以看出，創(chuàng)建新的對(duì)象時(shí)，需要調(diào)用 malloc.newobject() 進(jìn)行內(nèi)存分配，進(jìn)一步調(diào)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(gè) uintptr 全局變量，占用 8 個(gè)字節(jié)。

因此我們可以確定的是，在Go語(yǔ)言中，所有針對(duì) size==0 的內(nèi)存分配，用的都是同一個(gè)地址 &zerobase ，所以我們?cè)谝婚_(kāi)始看到的所有空結(jié)構(gòu)體地址都相同。

使用場(chǎng)景

空結(jié)構(gòu)體不包含任何數(shù)據(jù)，那么其應(yīng)用場(chǎng)景也應(yīng)該不在乎值內(nèi)容，只當(dāng)做一個(gè)占位符。在這種場(chǎng)景下，由于其不占用內(nèi)存空間，使用空結(jié)構(gòu)體既可以做到節(jié)省空間，又可以提供語(yǔ)義支持。

集合(Set)

使用過(guò) Java 的同學(xué)應(yīng)該都用過(guò) Set 類型，Set 是保存不重復(fù)元素的集合，但是 Go 語(yǔ)言沒(méi)有提供原生的 Set 類型。但是我們知道 Map 結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)的是 key-value 類型，key 不允許重復(fù)，因此可以利用 Map 來(lái)實(shí)現(xiàn) Set，key存儲(chǔ)需要的數(shù)據(jù)，value 給個(gè)固定值就可以了。那么 value 給什么值好呢？這時(shí)候我們的空結(jié)構(gòu)體就可以出場(chǎng)了，不占用空間，還可以完成占位操作，堪稱完美，下面我們看怎么實(shí)現(xiàn)吧。

// 定義了一個(gè)保存 string 類型的 Set集合
type Set map[string]struct{}

// 添加一個(gè)元素
func (s Set) Add(key string) {
?? ?s[key] = struct{}{}
}

// 移除一個(gè)元素
func (s Set) Remove(key string) {
?? ?delete(s, key)
}

// 是否包含一個(gè)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(cè)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(hào)傳輸

空結(jié)構(gòu)體與 channel 可謂是一個(gè)經(jīng)典組合，有時(shí)候我們只是需要一個(gè)信號(hào)來(lái)控制程序的運(yùn)行邏輯，并不在意其內(nèi)容如何。

在下面的例子中，我們定義了兩個(gè) channel 用于接收兩個(gè)任務(wù)完成的信號(hào)，當(dāng)接收到任務(wù)完成的信號(hào)時(shí)，就會(huì)觸發(fā)相應(yīng)的動(dòng)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(jié)

本篇文章，我們學(xué)習(xí)了如下內(nèi)容：

空結(jié)構(gòu)體是一種特殊的結(jié)構(gòu)體，不包含任何元素
空結(jié)構(gòu)體的大小都為0
空結(jié)構(gòu)體的地址都相同
由于空結(jié)構(gòu)體不占用空間，從節(jié)省內(nèi)存的角度出發(fā)，適用于實(shí)現(xiàn)Set結(jié)構(gòu)、在 channel 中傳輸信號(hào)等

到此這篇關(guān)于Go語(yǔ)言空結(jié)構(gòu)體詳解的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Go語(yǔ)言空結(jié)構(gòu)體內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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