空结构体引发的大型打脸现场

我不是女神ヾ 2022-11-05 01:57 116阅读 0赞

## 背景 ##

哈喽，大家好，我是正在学习`PS`技术的`asong`，上周读者问了我一道题，觉得挺有意义的，就在这里分享一下，我们先来看一下这个题：

type User struct {
    }
    
    func FPrint(u User) {
     fmt.Printf("FPrint %p\n", &u)
    }
    
    func main() {
     u := User{}
     FPrint(u)
     fmt.Printf("main: %p\n", &u)
    }
    // 运行结果
    FPrint 0x118eff0
    main: 0x118eff0

看了运行结果，大多数朋友应该和我一样，一脸懵逼？`Go`语言不是只有值传递嘛？之前我还写过一篇关于"[Go语言参数传递是传值还是传引用吗？][Go]"，已经得出明确的结论，`Go`语言的确是只有值传递，这不是打脸了嘛。。。

既然已经出现了这样的结果，那么就要给出一个合理的解释，不要再让气氛尴尬下去，于是我给出了我的猜想，如下：

*  猜想一：这是一个`bug`
 *  猜想二：结构体的特殊特性导致的

猜想一有点天马行空的感觉，暂时也无法验证，所以我们先来验证猜想二，请开始我的表演，都坐下，我要装逼了。。。。

## 验证猜想二：结构体的特殊特性导致的 ##

上面的那道题中传参是一个空结构体，如果改成一个带字段的结构体会是什么样呢？我们来看一下：

type UserIsEmpty struct {
    }
    
    type UserHasField struct {
     Age uint64 `json:"age"`
    }
    
    func FPrint(uIsEmpty UserIsEmpty, uHasField UserHasField) {
     fmt.Printf("FPrint uIsEmpty:%p uHasField:%p\n", &uIsEmpty, &uHasField)
    }
    
    func main() {
     uIsEmpty := UserIsEmpty{}
     uHasField := UserHasField{
      Age: 10,
     }
     FPrint(uIsEmpty, uHasField)
     fmt.Printf("main: uIsEmpty:%p uHasField:%p\n", &uIsEmpty, &uHasField)
    }
    // 运行结果：
    FPrint uIsEmpty:0x118fff0 uHasField:0xc0000ba008
    main: uIsEmpty:0x118fff0 uHasField:0xc0000ba000

从结果我们可以看出来，带字段的结构体确实是值传递，那么就证明空结构体有猫腻，有进展了，带着这个线索，我们来看一看这段代码的汇编部分，执行`go tool compile -N -l -S test.go`，可以得到汇编部分，截取重要部分：

![bfa1c5143ab49899f9bfd3489809c76c.png][]

从结果上我们看到有调用`runtime.newobject(SB)`来进行分配内存，顺着这个在`runtme/malloc.go`中找到了他的实现：

func newobject(typ *_type) unsafe.Pointer {
     return mallocgc(typ.size, typ, true)
    }

`newobject()`中主要是调用了`mallocgc()`方法，在这里我找到了答案。因为`mallocgc()`代码比较长，这里我截取关键部分：

func mallocgc(size uintptr, typ *_type, needzero bool) unsafe.Pointer {
     if gcphase == _GCmarktermination {
      throw("mallocgc called with gcphase == _GCmarktermination")
     }
    
     if size == 0 {
      return unsafe.Pointer(&zerobase)
     }
    ..........
    }

如果 `size` 为 `0` 的时候，统一返回的都是全局变量 `zerobase` 的地址。到这里可能还会有一些伙伴有疑惑，这个跟上面的题有什么关系？那是因为你还不知道一个知识点：正常`struct`是占用一小块内存的，并且结构体的大小是要经过边界，长度的对齐的，但是“空结构体”是不占内存的，`size`为`0`。现在一切都可以说的清了，总结原因：

> 因为空结构体是不占用内存的，所以`size`为0，在内存分配时，`size`为`0`会统一返回`zerobase`的地址，所以空结构体在进行参数传递时，发生值拷贝后地址都是一样的，才造成了这个质疑`Go`不是值传递的假象。

## 空结构体特性延伸 ##

既然说到了空结构体，就在这里补充一个关于空结构体的知识点：空结构体做为结构体内置字段时是否进行内存对齐。

先来看一个例子：

func main(){ 
     fmt.Println(unsafe.Sizeof(Test1{}))
     fmt.Println(unsafe.Sizeof(Test2{}))
     fmt.Println(unsafe.Sizeof(Test3{}))
    
    }
    
    type Test1 struct {
     s struct{}
     n byte
     m byte
    }
    
    type Test2 struct {
     n byte
     s struct{}
     c byte
    }
    
    type Test3 struct {
     b byte
     s struct{}
    }
    //运行结果
    2
    2
    2

根据运行结果我们可以得出结论：

空结构体在结构体中的前面和中间时，是不占用空间的，但是当空结构体放到结构体中的最后时，会进行特殊填充，`struct { }` 作为最后一个字段，会被填充对齐到前一个字段的大小，地址偏移对齐规则不变；

## 总结 ##

最后做一个全文总结吧：

1.  空结构体也是一个结构体，不过他的`size`为0，所有的空结构体内存分配都是同一个地址，都是`zerobase`的地址；
2.  空结构体作为内嵌字段时要注意放置的顺序，当作为最后一个字段时会进行特殊填充，会被填充对齐到前一个字段的大小，地址偏移对齐规则不变；

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[Go]: https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzIzMDU0MTA3Nw%3D%3D&idx=1&mid=2247484131&scene=21&sn=5b1608613f6f1568acc85214e0ff1cbd#wechat_redirect
[bfa1c5143ab49899f9bfd3489809c76c.png]: /images/20221023/7fdf344a14bd43ad8876afac8af30c84.png
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[Go_unsafe]: https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzIzMDU0MTA3Nw%3D%3D&idx=1&mid=2247484529&scene=21&sn=8653947ab70f4d73ff6260965be32460#wechat_redirect
[panic_recover]: https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzIzMDU0MTA3Nw%3D%3D&idx=1&mid=2247484460&scene=21&sn=0838818da3a456f409f70dd321ffa2e6#wechat_redirect
[atomic]: https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzIzMDU0MTA3Nw%3D%3D&idx=1&mid=2247484475&scene=21&sn=f470d42fee8b9b65fad7b43e57518cfc#wechat_redirect
[defer]: https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzIzMDU0MTA3Nw%3D%3D&idx=1&mid=2247484410&scene=21&sn=f3bf9d49c5a746b217a4d404d2a573f3#wechat_redirect
[interface]: https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzIzMDU0MTA3Nw%3D%3D&idx=1&mid=2247484349&scene=21&sn=edfd2b27a8331f1f52e9f0f74391bd8e#wechat_redirect
[Leaf_Segment_ID_Golang]: https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzIzMDU0MTA3Nw%3D%3D&idx=1&mid=2247484313&scene=21&sn=6859d5eec70a1b3844f3bd2fc430742c#wechat_redirect
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[Context]: https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzIzMDU0MTA3Nw%3D%3D&idx=1&mid=2247483915&scene=21&sn=d2df74f983fcaedc50db1962d4d3e873#wechat_redirect
[Link 3]: https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzIzMDU0MTA3Nw%3D%3D&idx=1&mid=2247484605&scene=21&sn=00e1b1a823034c60424007466da84cde#wechat_redirect
[go_for-range]: https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzIzMDU0MTA3Nw%3D%3D&idx=1&mid=2247483875&scene=21&sn=c5da523333e807dddb70228abc2a05b9#wechat_redirect