用 Go struct 不能犯的一个低级错误!
原创 陈煎鱼 脑子进煎鱼了 3天前
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#Go45
#面试题13
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,踩到了雷区。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)
}
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)
}
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)
}
输出结果:
// a, b; a == b
0xc00005cf57 0xc00005cf57 false
// c, d
&{} &{}
// c, d, c == d
0x118c370 0x118c370 true
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
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
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
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?
最后,感谢欧神的指导和曹大的文章。我是煎鱼,咱们下篇文章见 :)
参考
- 欧神的微信交流
- 曹大的一个空 struct 的“坑”