Go语言空结构体详解

目录

• 前言
• 什么是空结构体
• 特点
• 地址相同
• 大小为0
• 原理探究
• 使用场景
• 集合(Set)
• channel中信号传输
• 总结

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

var a struct{}

类型别名

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：

// 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：

// 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：

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：

// 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）：

// 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。

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。

// 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
}

// 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"))
}

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。

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：

• 空结构体是一种特殊的结构体，不包含任何元素
• 空结构体的大小都为0
• 空结构体的地址都相同
• 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

到此这篇关于Go语言空结构体详解的文章就介绍到这了,更多相关Go语言空结构体内容请搜索我们以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持我们！