用 Go struct 不能犯的一个低级错误!

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大家好,我是煎鱼。

前段时间我分享了 《手撕 Go 面试官:Go 结构体是否可以比较,为什么?》的文章,把基本 Go struct 的比较依据研究了一番。这不,最近有一位读者,遇到了一个关于 struct 的新问题,不得解。

大家一起来看看,建议大家在看到代码例子后先思考一下答案,再往下看。

独立思考很重要。

疑惑的例子

其给出的例子一如下:

type People struct {}

func main() {
 a := &People{}
 b := &People{}
 fmt.Println(a == b)
}
复制代码

你认为输出结果是什么呢?

输出结果是:false。

再稍加改造一下,例子二如下:

type People struct {}

func main() {
 a := &People{}
 b := &People{}
 fmt.Printf("%p\n", a)
 fmt.Printf("%p\n", b)
 fmt.Println(a == b)
}
复制代码

输出结果是:true。

他的问题是 "为什么第一个返回 false 第二个返回 true,是什么原因导致的

煎鱼进一步的精简这个例子,得到最小示例:

func main() {
	a := new(struct{})
	b := new(struct{})
	println(a, b, a == b)

	c := new(struct{})
	d := new(struct{})
	fmt.Println(c, d)
	println(c, d, c == d)
}
复制代码

输出结果:

// a, b; a == b
0xc00005cf57 0xc00005cf57 false

// c, d
&{} &{}
// c, d, c == d
0x118c370 0x118c370 true
复制代码

第一段代码的结果是 false,第二段的结果是 true,且可以看到内存地址指向的完全一样,也就是排除了输出后变量内存指向改变导致的原因。

进一步来看,似乎是 fmt.Print 方法导致的,但一个标准库里的输出方法,会导致这种奇怪的问题?

问题剖析

如果之前有被这个 “坑” 过,或有看过源码的同学。可能能够快速的意识到,导致这个输出是逃逸分析所致的结果。

我们对例子进行逃逸分析:

// 源代码结构
$ cat -n main.go
     5	func main() {
     6		a := new(struct{})
     7		b := new(struct{})
     8		println(a, b, a == b)
     9	
    10		c := new(struct{})
    11		d := new(struct{})
    12		fmt.Println(c, d)
    13		println(c, d, c == d)
    14	}

// 进行逃逸分析
$ go run -gcflags="-m -l" main.go
# command-line-arguments
./main.go:6:10: a does not escape
./main.go:7:10: b does not escape
./main.go:10:10: c escapes to heap
./main.go:11:10: d escapes to heap
./main.go:12:13: ... argument does not escape
复制代码

通过分析可得知变量 a, b 均是分配在栈中,而变量 c, d 分配在堆中。

其关键原因是因为调用了 fmt.Println 方法,该方法内部是涉及到大量的反射相关方法的调用,会造成逃逸行为,也就是分配到堆上。

为什么逃逸后相等

关注第一个细节,就是 “为什么逃逸后,两个空 struct 会是相等的?”。

这里主要与 Go runtime 的一个优化细节有关,如下:

// runtime/malloc.go
var zerobase uintptr
复制代码

变量 zerobase 是所有 0 字节分配的基础地址。更进一步来讲,就是空(0字节)的在进行了逃逸分析后,往堆分配的都会指向 zerobase 这一个地址。

所以空 struct 在逃逸后本质上指向了 zerobase,其两者比较就是相等的,返回了 true。

为什么没逃逸不相等

关注第二个细节,就是 “为什么没逃逸前,两个空 struct 比较不相等?”。

Go spec

从 Go spec 来看,这是 Go 团队刻意而为之的设计,不希望大家依赖这一个来做判断依据。如下:

This is an intentional language choice to give implementations flexibility in how they handle pointers to zero-sized objects. If every pointer to a zero-sized object were required to be different, then each allocation of a zero-sized object would have to allocate at least one byte. If every pointer to a zero-sized object were required to be the same, it would be different to handle taking the address of a zero-sized field within a larger struct.

还说了一句很经典的,细品:

Pointers to distinct zero-size variables may or may not be equal.

另外空 struct 在实际使用中的场景是比较少的,常见的是:

  • 设置 context,传递时作为 key 时用到。
  • 设置空 struct 业务场景中临时用到。

但业务场景的情况下,也大多数会随着业务发展而不断改变,假设有个远古时代的 Go 代码,依赖了空 struct 的直接判断,岂不是事故上身?

不可直接依赖

因此 Go 团队这番操作,与 Go map 的随机性如出一辙,避免大家对这类逻辑的直接依赖,是值得思考的。

而在没逃逸的场景下,两个空 struct 的比较动作,你以为是真的在比较。实际上已经在代码优化阶段被直接优化掉,转为了 false。

因此,虽然在代码上看上去是 == 在做比较,实际上结果是 a == b 时就直接转为了 false,比都不需要比了。

你说妙不?

没逃逸让他相等

既然我们知道了他是在代码优化阶段被优化的,那么相对的,知道了原理的我们也可以借助在 go 编译运行时的 gcflags 指令,让他不优化。

在运行前面的例子时,执行 -gcflags="-N -l" 指令:

$ go run -gcflags="-N -l" main.go 
0xc000092f06 0xc000092f06 true
&{} &{}
0x118c370 0x118c370 true
复制代码

你看,两个比较的结果都是 true 了。

总结

在今天这篇文章中,我们针对 Go 语言中的空结构体(struct)的比较场景进行了进一步的补全。经过这两篇文章的洗礼,你会更好的理解 Go 结构体为什么叫既可比较又不可比较了。

而空结构比较的奇妙,主要原因如下:

  • 若逃逸到堆上,空结构体则默认分配的是 runtime.zerobase 变量,是专门用于分配到堆上的 0 字节基础地址。因此两个空结构体,都是 runtime.zerobase,一比较当然就是 true 了。
  • 若没有发生逃逸,也就分配到栈上。在 Go 编译器的代码优化阶段,会对其进行优化,直接返回 false。并不是传统意义上的,真的去比较了。

不会有人拿来出面试题,不会吧,为什么 Go 结构体说可比较又不可比较?

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参考

  • 欧神的微信交流
  • 曹大的一个空 struct 的“坑”
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