一文帶你感受Go語言空結構體的魔力

更新時間：2023年05月23日 09:17:07 作者：Go技術干貨

在?Go?語言中，有一種特殊的用法可能讓許多人感到困惑，那就是空結構體，本文將對Go空結構體進行詳解，準備一杯你最喜歡的飲料或茶，隨著本文一探究竟吧

前言

在 Go 語言中，有一種特殊的用法可能讓許多人感到困惑，那就是空結構體 struct{}。在本文中，我將對 Go 空結構體進行詳解，準備好了嗎？準備一杯你最喜歡的飲料或茶，隨著本文一探究竟吧。

什么是空結構體

不包含任何字段的結構體，就是空結構體。它有以下兩種定義方式：

匿名空結構體

var e sruct{}

命名空結構體

type EmptyStruct struct{}
var e EmptyStruct

空結構體的特點

空結構體主要有以下幾個特點：

零內存占用
地址相同
無狀態(tài)

零內存占用

空結構體不占用任何內存空間，這使得空結構體在內存優(yōu)化方面非常有用，我們來通過例子看看是否真的是零內存占用：

package main

import (
   "fmt"
   "unsafe"
)

func main() {
   var a int
   var b string
   var e struct{}
   fmt.Println(unsafe.Sizeof(a)) // 4
   fmt.Println(unsafe.Sizeof(b)) // 8
   fmt.Println(unsafe.Sizeof(e)) // 0
}

通過打印結果對比可知，空結構體內存占用為 0。

地址相同

無論創(chuàng)建多少個空結構體，它們所指向的地址都相同的。

package main

import (
   "fmt"
)

func main() {
   var e struct{}
   var e2 struct{}
   fmt.Printf("%p\n", &e)  // 0x90b418
   fmt.Printf("%p\n", &e2) // 0x90b418
   fmt.Println(&e == &e2)    // true
}

無狀態(tài)

由于空結構體不包含任何字段，因此它不能有狀態(tài)。這使得空結構體在表示無狀態(tài)的對象或情況時非常有用。

為什么是零內存和地址相同

要理解為什么空結構體在內存上是零大?。銉却妫┎⑶叶鄠€空結構體的地址是相同的，需要深入研究 Go 的源碼。

/go/src/runtime/malloc.go

// base address for all 0-byte allocations
var zerobase uintptr
func mallocgc(size uintptr, typ *_type, needzero bool) unsafe.Pointer {
    ······
    if size == 0 {
       return unsafe.Pointer(&zerobase)
    }
    ······

根據 malloc.go 源碼的部分內容，當要分配的對象大小 size 為 0 時，會返回指向 zerobase 的指針。zerobase 是一個用于分配零字節(jié)對象的基準地址，它不占用任何實際的內存空間。

空結構體的使用場景

空結構體主要有以下三種使用場景：

實現 Set 集合類型
用于通道信號
作為方法接收器

實現 Set 集合類型

在 Go 語言中，雖然沒有內置 Set 集合類型，但是我們可以利用 map 類型來實現一個 Set 集合。由于 map 的 key 具有唯一性，我們可以將元素存儲為 key，而 value 沒有實際作用，為了節(jié)省內存，我們可以使用空結構體作為 value 的值。

package main
import"fmt"
type Set[K comparable] map[K]struct{}
func (s Set[K]) Add(val K) {
   s[val] = struct{}{}
}
func (s Set[K]) Remove(val K) {
   delete(s, val)
}
func (s Set[K]) Contains(val K) bool {
   _, ok := s[val]
   return ok
}
func main() {
   set := Set[string]{}
   set.Add("陳明勇")
   fmt.Println(set.Contains("陳明勇")) // true
   set.Remove("陳明勇")
   fmt.Println(set.Contains("陳明勇")) // false
}

用于通道信號

空結構體常用于 Goroutine 之間的信號傳遞，尤其是不關心通道中傳遞的具體數據，只需要一個觸發(fā)信號時。例如，我們可以使用空結構體通道來通知一個 Goroutine 停止工作：

package main  
import (  
   "fmt"
   "time"
)  
func main() {  
   quit := make(chanstruct{})  
   gofunc() {  
      // 模擬工作  
      fmt.Println("工作中...")  
      time.Sleep(3 * time.Second)  
      // 關閉退出信號  
      close(quit)
   }()  
   // 阻塞，等待退出信號被關閉  
   <-quit  
   fmt.Println("已收到退出信號，退出中...")  
}

在這個例子中，創(chuàng)建了一個通道 quit，并在一個單獨的 Goroutine 中模擬執(zhí)行工作。在完成工作后，關閉了 quit 通道，表示退出信號。主函數在 <-quit 處阻塞，直到收到退出信號，然后打印一條消息并退出程序。

由于通道使用的類型是空結構體，因此不會帶來額外的內存開銷。

在 Go 標準庫中，context 包中的 Context 接口的 Done() 方法返回一個通道信號，用于通知相關操作的完成狀態(tài)。這個通道信號的返回值就是使用了空結構體。

type Context interface {
    Deadline() (deadline time.Time, ok bool)
    Done() <-chanstruct{}
    Err() error
    Value(key any) any
}

作為方法接收器

有時候我們需要創(chuàng)建一組方法集的實現（一般來說是實現一個接口），但并不需要在這個實現中存儲任何數據，這種情況下，我們可以使用空結構體來實現：

type Person interface {
   SayHello()
   Sleep()
}
type CMY struct{}
func (c CMY) SayHello() {
   fmt.Println("你好，我叫陳明勇。")
}
func (c CMY) Sleep() {
   fmt.Println("陳明勇睡覺中...")
}

這個例子定義了一個接口 Person 和一個結構體 CMY ，并為 CMY 實現了 Person 接口，定義了一組方法（SayHello 和 Sleep）。

由于 CMY 結構體為空結構體，因此不會帶來額外的內存開銷。