空结构体struct{}解析

本篇文章转自David的"The empty struct"一文,原文地址链接是http://dave.cheney.net/2014/03/25/the-empty-struct

Introduction

这篇文章详细介绍了我最喜欢的Go数据类型,空结构体--struct{}。

空结构体是没有位段的结构体,以下是空结构体的一些例子:

type Q struct{}
var q struct{}

但是如果一个就结构体没有位段,不包含任何数据,那么他的用处是什么?我们能够利用空结构体完成什么任务?

Width

在深入研究空结构体之前,我想先简短的介绍一下关于结构体宽度的知识。

术语宽度来自于gc编译器,但是他的词源可以追溯到几十年以前。

宽度描述了存储一个数据类型实例需要占用的字节数,由于进程的内存空间是一维的,我更倾向于将宽度理解为Size(这个词实在不知道怎么翻译了,请谅解)。

宽度是数据类型的一个属性。Go程序中所有的实例都是一种数据类型,一个实例的宽度是由他的数据类型决定的,通常是8bit的整数倍。

我们可以通过unsafe.Sizeof()函数获取任何实例的宽度:

var s string
var c complex128
fmt.Println(unsafe.Sizeof(s))    // prints 8
fmt.Println(unsafe.Sizeof(c))    // prints 16

http://play.golang.org/p/4mzdOKW6uQ

数组的宽度是他元素宽度的整数倍。

var a [3]uint32
fmt.Println(unsafe.Sizeof(a)) // prints 12

http://play.golang.org/p/YC97xsGG73

结构体提供了定义组合类型的灵活方式,组合类型的宽度是字段宽度的和,然后再加上填充宽度。

type S struct {
        a uint16
        b uint32
}
var s S
fmt.Println(unsafe.Sizeof(s)) // prints 8, not 6

An empty struct

现在我们清楚的认识到空结构体的宽度是0,他占用了0字节的内存空间。

var s struct{}
fmt.Println(unsafe.Sizeof(s)) // prints 0

由于空结构体占用0字节,那么空结构体也不需要填充字节。所以空结构体组成的组合数据类型也不会占用内存空间。

type S struct {
        A struct{}
        B struct{}
}
var s S
fmt.Println(unsafe.Sizeof(s)) // prints 0

http://play.golang.org/p/PyGYFmPmMt

What can you do with an empty struct

由于Go的正交性,空结构体可以像其他结构体一样正常使用。正常结构体拥有的属性,空结构体一样具有。

你可以定义一个空结构体组成的数组,当然这个切片不占用内存空间。

var x [1000000000]struct{}
fmt.Println(unsafe.Sizeof(x)) // prints 0

http://play.golang.org/p/0lWjhSQmkc

空结构体组成的切片的宽度只是他的头部数据的长度,就像上例展示的那样,切片元素不占用内存空间。

var x = make([]struct{}, 1000000000)
fmt.Println(unsafe.Sizeof(x)) // prints 12 in the playground

http://play.golang.org/p/vBKP8VQpd8

当然切片的内置子切片、长度和容量等属性依旧可以工作。

var x = make([]struct{}, 100)
var y = x[:50]
fmt.Println(len(y), cap(y)) // prints 50 100

http://play.golang.org/p/8cO4SbrWVP

你甚至可以寻址一个空结构体,空结构体是可寻址的,就像其他类型的实例一样。

var a struct{}
var b = &a

有意思的是两个空结构体的地址可以相等。

var a, b struct{}
fmt.Println(&a == &b) // true

http://play.golang.org/p/uMjQpOOkX1

空结构体的元素也具有一样的属性。

a := make([]struct{}, 10)
b := make([]struct{}, 20)
fmt.Println(&a == &b)       // false, a and b are different slices
fmt.Println(&a[0] == &b[0]) // true, their backing arrays are the same

http://play.golang.org/p/oehdExdd96

为什么会这样?因为空结构体不包含位段,所以不存储数据。如果空结构体不包含数据,那么就没有办法说两个空结构体的值不相等,所以空结构体的值就这样相等了。

a := struct{}{} // not the zero value, a real new struct{} instance
b := struct{}{}
fmt.Println(a == b) // true

http://play.golang.org/p/K9qjnPiwM8

有兴趣可以参考这篇文章" Two distinct zero-size variables may have the same address in memory"。

struct{} as a method receiver

现在让我们展示一下空结构体如何像其他结构体工作,空结构体可以作为方法的接收者。

type S struct{}

func (s *S) addr() { fmt.Printf("%p\n", s) }

func main() {
        var a, b S
        a.addr() // 0x1beeb0
        b.addr() // 0x1beeb0
}

http://play.golang.org/p/YSQCczP-Pt

在这篇文章中空结构体的地址是0x1beeb0,但是这个值可能随着Go版本的不同而发生变化。

Wrapping up

非常感谢您读完这篇冗长的文章,但是我还有一些其他的内容需要说明,请见随后更新。

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