空struct引发的一些探索

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背景

偶然发现项目代码中有如下的写法：

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type Student struct {
	Name string
	Age int
}

func NewStudent(s Student) *Student {
	return &s
}

我们且不去探讨“这样写法有什么作用”、“为什么要这样写”，我们先就代码本身讨论。

众所周知，从严格意义上来说，golang函数调用中只有值传递的方式传递参数，所以这个函数会返回一个新的指针，并指向一个新的对象。

然后我就在思考，这种函数会被编译器特殊优化么？

探索

写一个简单demo测试一下：

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package main

import "fmt"

type A struct{} // 空struct

func NewStructA(a A) *A {
	return &a
}

func main() {
	a := A{}
	newA := NewStructA(a)
	fmt.Printf("a: %p, newA: %p\n", &a, newA)
}

运行结果很amazing啊

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$ go run main.go
a: 0x5a6d88, newA: 0x5a6d88

两个指针居然完全相等，这不合常理啊，讲道理，值传递的话，return返回出来的应该是一个新对象的指针啊

不过仔细观察一下，这个例子中，A是一个空struct，函数里也不可能修改传进来的A的实例a，所以即使两个是相同的指针也没有任何影响。

那我们就去看看编译器是怎么做的吧。

-gcflags='-S' 列出汇编代码

FUNCDATA和PCDATA是编译器产生的，用于保存一些给垃圾收集的信息，在本例中可以过滤掉

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$ go build -gcflags='-S' main.go 2>&1 | grep -v "FUNCDATA\|PCDATA" | grep -A10 '"".NewStructA STEXT'

"".NewStructA STEXT nosplit size=13 args=0x8 locals=0x0
        0x0000 00000 (D:\projects\test\go\struct\1\main.go:7)   TEXT    "".NewStructA(SB), NOSPLIT|ABIInternal, $0-8
        0x0000 00000 (D:\projects\test\go\struct\1\main.go:8)   LEAQ    runtime.zerobase(SB), AX
        0x0007 00007 (D:\projects\test\go\struct\1\main.go:8)   MOVQ    AX, "".~r1+8(SP)
        0x000c 00012 (D:\projects\test\go\struct\1\main.go:8)   RET
        0x0000 48 8d 05 00 00 00 00 48 89 44 24 08 c3           H......H.D$..
        rel 3+4 t=16 runtime.zerobase+0
...

$0-8中0代表的是分配的栈帧大小为0，8代表的是各个实参和返回值的总大小

caller

LEAQ runtime.zerobase(SB), AX

把runtime.zerobase(SB)的地址传送到AX寄存器

MOVQ AX, "".~r1+8(SP)

把AX寄存器中的数据移动到~r1+8(SP)即返回值的位置

runtime.zerobase是个什么东西？

翻看源码找到runtime/malloc.go826行

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

是一个用于所有对内存零占用的结构的地址

所以空struct的地址就是zerobase，所以函数NewStructA才会返回相同的地址。

而且实际上前文所说的$0-8中的8代表的是各个实参和返回值的总大小，这个8也可以理解了，实参其实并没有占用栈空间，是返回值(空struct的指针)占用了栈空间的8个字节。

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package main

import (
	"fmt"
	"unsafe"
)

type A struct{}

func main() {
	a := A{}
	fmt.Println(unsafe.Sizeof(a))  // print 0
	fmt.Println(unsafe.Sizeof(&a)) // print 8
}

空struct特性

  1. 以前一直不理解chan struct{}的意图，其实可以理解为struct{}是golang中最小的数据结构

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    done := make(chan struct{})
    go func() {
        // ...
        done <- struct{}{}
    }()
    <- done

  2. map[string]struct{}比map[string]bool更节约空间

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

参考资料

附录

助记符 指令种类 用途 示例
MOVQ 传送 数据传送 MOVQ 48, AX // 把 48 传送到 AX
LEAQ 传送 地址传送 LEAQ AX, BX // 把 AX 有效地址传送到 BX
PUSHQ 传送 栈压入 PUSHQ AX // 将 AX 内容送入栈顶位置
POPQ 传送 栈弹出 POPQ AX // 弹出栈顶数据后修改栈顶指针
ADDQ 运算 相加并赋值 ADDQ BX, AX // 等价于 AX+=BX
SUBQ 运算 相减并赋值 SUBQ BX, AX // 等价于 AX-=BX
CMPQ 运算 比较大小 CMPQ SI CX // 比较 SI 和 CX 的大小
CALL 转移 调用函数 CALL runtime.printnl(SB) // 发起调用
JMP 转移 无条件转移指令 JMP 0x0185 //无条件转至 0x0185 地址处
JLS 转移 条件转移指令 JLS 0x0185 //左边小于右边，则跳到 0x0185
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