Go语言之变量逃逸（Escape Analysis）分析

妖狐艹你老母 2022-12-11 11:23 230阅读 0赞

前面已经详细分析过堆和栈的区别，变量是如何分配在堆和栈上的，go语言编译器会自动决定把一个变量放在栈还是放在堆，编译器会做逃逸分析(escape analysis)，当发现变量的作用域没有跑出函数范围，就可以在栈上，反之则必须分配在堆。  
但有时我们希望函数局部变量尽量使用栈，全局变量、结构体成员使用堆分配等。

那么到底该如何分配呢？  
Go语言将这个过程整合到了编译器中，命名为“变量逃逸分析”。通过编译器分析代码的特征和代码的生命周期，决定应该使用堆还是栈来进行内存分配。

**变量逃逸分析**可以自动决定变量分配方式，提高运行效率。

## 逃逸分析 ##

Go语言是如何使用命令行来分析变量逃逸？  
示例：

package main
    
    import "fmt"
    
    // 本函数测试入口参数和返回值情况
    func dummy(b int) int {     
        // 声明一个变量c并赋值 
        var c int    
        c = b    
        
        return c
    }
    
    // 空函数, 什么也不做
    func void() { 
    
    }
    
    func main() {    
        // 声明a变量并打印 
        var a int    
    
        // 调用void()函数 
        void()    
    
        // 打印a变量的值和dummy()函数返回 
        fmt.Println(a, dummy(0))
    }

解析：

*  dummy() 函数拥有一个参数，返回一个整型值，用来测试函数参数和返回值分析情况。
 *  声明变量 c，用于演示函数临时变量通过函数返回值返回后的情况。
 *  func void()：这是一个空函数，测试没有任何参数函数的分析情况。
 *  在 main() 中声明变量 a，测试 main() 中变量的分析情况。
 *  调用 void() 函数，没有返回值，测试 void() 调用后的分析情况。
 *  fmt.Println(a, dummy(0))：打印 a 和 dummy(0) 的返回值，测试函数返回值没有变量接收时的分析情况。

接着使用如下命令行运行上面的代码：

go run -gcflags "-m -l" main.go

解析：

使用 go run 运行程序时，-gcflags 参数是编译参数。其中 -m 表示进行内存分配分析，-l 表示避免程序内联，也就是避免进行程序优化。

运行结果如下：

# command-line-arguments
    
    ./main.go:29:13: a escapes to heap
    
    ./main.go:29:22: dummy(0) escapes to heap
    
    ./main.go:29:13: main ... argument does not escape
    
    0 0

程序运行结果分析如下：

*  第 2 行告知“代码的第 29 行的变量 a 逃逸到堆”。
 *  第 3 行告知“dummy(0) 调用逃逸到堆”。由于 dummy() 函数会返回一个整型值，这个值被 fmt.Println使用后还是会在 main() 函数中继续存在。
 *  第 4 行，这句提示是默认的，可以忽略。

上面例子中变量 c 是整型，其值通过 dummy() 的返回值“逃出”了 dummy() 函数。变量 c 的值被复制并作为 dummy() 函数的返回值返回，即使变量 c 在 dummy() 函数中分配的内存被释放，也不会影响 main() 中使用 dummy() 返回的值。变量 c 使用栈分配不会影响结果。

## 取地址发生逃逸 ##

使用结构体做数据，来了解结构体在堆上的分配情况。  
示例：

package main
    
    import "fmt"
    
    // 声明空结构体测试结构体逃逸情况
    type Data struct { 
    
    }
    
    func dummy() *Data {    
        
        // 实例化c为Data类型 
        var c Data    
        
        //返回函数局部变量地址 
        return &c
    }
    
    func main() {     
       fmt.Println(dummy())
     }

解析：

*  type Data struct：声明一个空的结构体做结构体逃逸分析。
 *  func dummy() \*Data：将 dummy() 函数的返回值修改为 \*Data 指针类型。
 *  var c Data：将变量 c 声明为 Data 类型，此时 c 的结构体为值类型。
 *  return &c：取函数局部变量 c 的地址并返回。
 *  fmt.Println(dummy())：打印 dummy() 函数的返回值。

执行逃逸分析：

go run -gcflags "-m -l" main.go
    
    # command-line-arguments
    
    ./main.go:15:9: &c escapes to heap
    
    ./main.go:12:6: moved to heap: c
    
    ./main.go:20:19: dummy() escapes to heap
    
    ./main.go:20:13: main ... argument does not escape
    
    &{ }

注意第 4 行出现了新的提示：将 c 移到堆中。  
这句话表示，Go 编译器已经确认如果将变量 c 分配在栈上是无法保证程序最终结果的，如果这样做，dummy() 函数的返回值将是一个不可预知的内存地址，这种情况一般是 C/C++ 语言中容易犯错的地方，引用了一个函数局部变量的地址。

Go语言最终选择将 c 的 Data 结构分配在堆上。然后由垃圾回收器去回收 c 的内存。

## 原则 ##

在使用Go语言进行编程时，为了不将精力放在内存应该分配在栈还是堆的问题上，编译器会自动帮助开发者完成这个纠结的选择，但变量逃逸分析也是需要了解的一个编译器技术，这个技术不仅用于Go语言，在 Java 等语言的编译器优化上也使用了类似的技术。

编译器觉得变量应该分配在堆和栈上的原则是：

*  变量是否被取地址
 *  变量是否发生逃逸