新手问题 [译]空结构体

xiemengjun · 2016年10月16日 · 23 次阅读

这篇文章探讨了我喜欢的 Go 数据类型,空结构体。

空结构体是一个没有 field 的结构体类型。这里有几个例子,有命名和匿名形式:

type Q struct{}
var q struct{}

所以,如果空结构体没有成员,我们该怎么使用它?

width

在深入研究空结构体本身前,我想简要讨论下width

术语 width 来自于 gc 编译器,尽管它的词源可能追溯到几十年年。

width 描述了类型实例占用的字节数目。因为一个进程的地址空间是一维的,我认为 witdh 比 size 更合适。

width 一个类型的属性。因为 Go 程序的每个值都有一个类型,值类型定义了它的 witdh,一般是 8 比特的倍数。

我们可以发现任何值的宽度,它的类型的 width 使用 unsafe.Sizeof() 函数:

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

数组类型的 width 是它的元素类型的倍数:

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

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

结构体提供了更灵活的方式来定义组合类型,它的 width 是所有组成类型的 width 的总和,加上 padding:

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

上面的例子演示了 padding 的一方面,值必须在内存中对齐为它的 width 的倍数。在这个场景中,在 a 和 b 中间被编译器加入了 2 个字节的 padding。

更新:Russ Cox 已经解释了 width 和对齐无关。你可以阅读下面的评论

空类型

现在,我们已经探讨了 width,很明显空类型的 width 是零。它占用了零字节的存储空间:

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

因为空类型占用了零字节,所以它不需要填充。这样,空结构体组成的一个结构体也不占用存储空间:

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

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

我们可以用空类型做什么

适用于 Go 语言的正交性,空类型和其他类型一样,是一个结构类型。你所使用的正常的结构体的所有的属性适用于空的结构。

你可以声明一个结构体数组 struct{}s,但是他们当然不会占用存储空间:

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

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

struct{}s 的切片仅仅消耗他们的 slice 头的空间。就像上面演示的那样,他们的后端数组不消耗空间:

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

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

当然,正常的子切片,内置的 len 和 cap 和预期一样工作:

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

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

你可以获取 struct{}值的地址,当它的可以地址化,就像其他值一样:

var a struct{}
var b = &a

有意思的是,两个 struct{}值的地址可能是相同的:

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

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

对于 [] struct{}s,这个属性也是可见的:

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

为什么是这样?如果你考虑一下,空结构体不包含成员,所以可以不包含数据。如果空结构体不包含数据,不能决定是否两个 struct{}值是否是相同的。它们在效果上,是可替代的。

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

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

注意:这个属性不是 spec 所需要的,但是注意:Two distinct zero-size variables may have the same address in memory.

struct{} 作为 method receiver

现在,我们已经演示了空结构体有任何其他类型一样的行为,因此,我们可以把它们作为函数接收者来使用:

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

在这个例子中,展示了 all zero sized 值的地址为 0x1beeb0。精确的地址可能因 Go 的版本而不同。

封装

谢谢你的阅读。本文已接近 800 字,比预期更多,我还有更多的计划。

尽管本文关注于语言黑盒,有一个空结构体重要的实际用途。chan struct{}用来在不同的 go routine 之间发送信号。

翻译

本文的中文版在这里

更新:Damian Gryski指出我忽略了 Brad Fitzpatrick 的iter包。我留下它作为读者的练习来探索 Brad 的深远影响的贡献。

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英文原文

如果我翻译得不对,请帮我改善: https://github.com/itfanr/articles-about-golang/blob/master/2016-10/2.the-empty-struct.md

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