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go空结构体struct{}

空结构体指的是不包含任何字段或元素的结构体。以下列出了一个空结构体类型定义和一个空结构体变量定义。

type Q struct{}   //定义Q是空结构体类型
var q struct{}    //q是空结构体变量

既然空结构体不包含任何字段和数据,那有啥用途呢?我们如何使用它?

width(宽度)

在深入探讨空结构体之前,我们简单聊下这个width。width这个术语在gc编译器当中有用,尽管它的来源可以追溯到几十年前。width指的是一个类型实例在内存中占用字节数。根据进程的地址空间是一维的来看,可能width比size更恰当点。width是一个类型的属性。因为在go当中每个值都对于一种类型,一个值的width是根据对应的类型来决定的,一般都是8 bit的倍数。

我们可以使用unsafe.Sizeof()函数来查看任何值对应类型占用的字节数。

package main

import (
    "fmt"
    "unsafe"
)

func main()  {
    var s string
    var c complex128
    fmt.Println(unsafe.Sizeof(s))  //prints 16 不同go版本可能结果不同
    fmt.Println(unsafe.Sizeof(c)) //prints 16
}

因此一个数组所占内存字节数width的大小就是数组长度*每个元素的width。

package main

import (
    "fmt"
    "unsafe"
)

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

结构体提供了一个灵活的组合类型方式,它的width就是所有组成结构体字段所占width的总和,加上一些字节对齐padding的大小。如下所示:

package main

import (
"fmt"
"unsafe"
)

type S struct{
    a uint16
    b uint32
}

func main()  {
    var s S
    fmt.Println(unsafe.Sizeof(s))  //prints 8 不是6
}

这个例子当中结构体a和b的width要对齐,所以a两个字节和b的4个字节中间有两个对齐字节,总共会占用8字节。

根据上面的分析我们可以发现空结构体的width是0,所以不占用任何内存空间。

package main

import (
"fmt"
"unsafe"
)


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

因为空结构体不占用任何空间,因此就不存在内存对齐的问题。因此多个空结构体类型组合成的结构体也不占用内存。

package main

import (
"fmt"
"unsafe"
)

type S struct {
    A struct{}
    B struct{}
}

func main()  {
    var s S
    fmt.Println(unsafe.Sizeof(s))  //prints 0
}

以上结果和分析的是一致的,那么接下来看下可以用空结构体来做些什么?
根据go特点,空结构体和其他包含字段的结构体使用上没区别,可以当成普通结构体来使用如下所示:

package main

import (
"fmt"
"unsafe"
)

func main()  {
    var x [10000000]struct{}
    fmt.Println(unsafe.Sizeof(x))  //prints 0
}

一个包含多个空结构体的数组,其不占用任何内存空间。
而包含多个空结构体的切片并不是不占用任何空间的,会有切片的头信息占用一部分空间,但是后端数组不占用空间。

package main

import (
"fmt"
"unsafe"
)

func main()  {
    var x = make([]struct{}, 10000000000)
    fmt.Println(unsafe.Sizeof(x))  //prints 24
}

因为空结构体不包含任何数据,因此区分不了空结构体内部,其内容是一样的如下所示:

package main

import "fmt"

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

下面介绍下空结构体作为方法接收者,和普通结构体一样,可以为空结构体定义相应的方法:

package main

import "fmt"

type S struct {}

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

func main()  {
    var a, b S
    a.addr()  // 0x596c58
    b.addr() // 0x596c58
}

以上例子显示了大小为0的值其地址为0x596c58。在其他的环境中可能不一样。

很多go程序员会在channel中使用空结构体如下所示:

package main

import (
        "fmt"
        "sync"
        "time"
)

func main() {
        finish := make(chan struct{})
        var done sync.WaitGroup
        done.Add(1)
        go func() {
                select {
                case <-time.After(1 * time.Hour):
                case <-finish:
                }
                done.Done()
        }()
        t0 := time.Now()
        close(finish)
        done.Wait()
        fmt.Printf("Waited %v for goroutine to stop\n", time.Since(t0))
}

使用空结构体来控制程序的并发,不仅简单易用而且更节省空间。

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