詳解 Go 空結構體的 3 種使用場景

大家好，我是煎魚。

在 Go 語言中，有一個比較特殊的類型，經常會有剛接觸 Go 的小夥伴問到，又或是不理解。

他就是 Go 裏的空結構體（struct）的使用，常常會有看到有人使用：

ch := make(chan struct{})

還清一色的使用結構體，也不用其他類型。高度常見，也就不是一個偶發現象了，肯定是背後必然有什麼原因。

今天煎魚這篇文章帶大家瞭解一下爲什麼要這麼用，知其然知其所以然。

一起愉快地開始吸魚之路。

爲什麼使用

說白了，就是希望節省空間。但，新問題又來了，爲什麼不能用其他的類型來做？

這就涉及到在 Go 語言中 ” 寬度 “ 的概念，寬度描述了一個類型的實例所佔用的存儲空間的字節數。

寬度是一個類型的屬性。在 Go 語言中的每個值都有一個類型，值的寬度由其類型定義，並且總是 8 bits 的倍數。

在 Go 語言中我們可以藉助 unsafe.Sizeof 方法，來獲取：

// Sizeof takes an expression x of any type and returns the size in bytes
// of a hypothetical variable v as if v was declared via var v = x.
// The size does not include any memory possibly referenced by x.
// For instance, if x is a slice, Sizeof returns the size of the slice
// descriptor, not the size of the memory referenced by the slice.
// The return value of Sizeof is a Go constant.
func Sizeof(x ArbitraryType) uintptr

該方法能夠得到值的寬度，自然而然也就能知道其類型對應的寬度是多少了。

我們對應看看 Go 語言中幾種常見的類型寬度大小：

func main() {
 var a int
 var b string
 var c bool
 var d [3]int32
 var e []string
 var f map[string]bool

 fmt.Println(
  unsafe.Sizeof(a),
  unsafe.Sizeof(b),
  unsafe.Sizeof(c),
  unsafe.Sizeof(d),
  unsafe.Sizeof(e),
  unsafe.Sizeof(f),
 )
}

輸出結果：

8 16 1 12 24 8

你可以發現我們列舉的幾種類型，只是單純聲明，我們也啥沒幹，依然佔據一定的寬度。

如果我們的場景，只是佔位符，那怎麼辦，系統裏的開銷就這麼白白浪費了？

空結構體的特殊性

空結構體在各類系統中頻繁出現的原因之一，就是需要一個佔位符。而恰恰好，Go 空結構體的寬度是特殊的。

如下：

func main() {
 var s struct{}
 fmt.Println(unsafe.Sizeof(s))
}

輸出結果：

0

空結構體的寬度是很直接了當的 0，即便是變形處理：

type S struct {
 A struct{}
 B struct{}
}

func main() {
 var s S
 fmt.Println(unsafe.Sizeof(s))
}

其最終輸出結果也是 0，完美切合人們對佔位符的基本訴求，就是佔着坑位，滿足基本輸入輸出就好。

但這時候問題又出現了，爲什麼只有空結構會有這種特殊待遇，其他類型又不行？

這是 Go 編譯器在內存分配時做的優化項

// 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)
 }
}

當發現 size 爲 0 時，會直接返回變量 zerobase 的引用，該變量是所有 0 字節的基準地址，不佔據任何寬度。

因此空結構體的廣泛使用，是 Go 開發者們藉助了這個小優化，達到了佔位符的目的。

使用場景

瞭解清楚爲什麼空結構作爲佔位符使用的原因後，我們更進一步瞭解其真實的使用場景有哪些。

主要分爲三塊：

實現方法接收者

在業務場景下，我們需要將方法組合起來，代表其是一個 ” 分組 “ 的，便於後續拓展和維護。

但是如果我們使用：

type T string

func (s *T) Call()

又似乎有點不大友好，因爲作爲一個字符串類型，其本身會佔據定的空間。

這種時候我們會採用空結構體的方式，這樣也便於未來針對該類型進行公共字段等的增加。如下：

type T struct{}

func (s *T) Call() {
 fmt.Println("腦子進煎魚了")
}

func main() {
 var s T
 s.Call()
}

在該場景下，使用空結構體從多維度來考量是最合適的，易拓展，省空間，最結構化。

另外你會發現，其實你在日常開發中下意識就已經這麼做了，你可以理解爲設計模式和日常生活相結合的另類案例。

實現集合類型

在 Go 語言的標準庫中並沒有提供集合（Set）的相關實現，因此一般在代碼中我們圖方便，會直接用 map 來替代。

但有個問題，就是集合類型的使用，只需要用到 key（鍵），不需要 value（值）。

這就是空結構體大戰身手的場景了：

type Set map[string]struct{}

func (s Set) Append(k string) {
 s[k] = struct{}{}
}

func (s Set) Remove(k string) {
 delete(s, k)
}

func (s Set) Exist(k string) bool {
 _, ok := s[k]
 return ok
}

func main() {
 set := Set{}
 set.Append("煎魚")
 set.Append("鹹魚")
 set.Append("蒸魚")
 set.Remove("煎魚")

 fmt.Println(set.Exist("煎魚"))
}

空結構體作爲佔位符，不會額外增加不必要的內存開銷，很方便的就是解決了。

實現空通道

在 Go channel 的使用場景中，常常會遇到通知型 channel，其不需要發送任何數據，只是用於協調 Goroutine 的運行，用於流轉各類狀態或是控制併發情況。

如下：

func main() {
 ch := make(chan struct{})
 go func() {
  time.Sleep(1 * time.Second)
  close(ch)
 }()

 fmt.Println("腦子好像進...")
 <-ch
 fmt.Println("煎魚了！")
}

輸出結果：

腦子好像進...
煎魚了！

該程序會先輸出 ” 腦子好像進...“ 後，再睡眠一段時間再輸出 "煎魚了！"，達到間斷控制 channel 的效果。

由於該 channel 使用的是空結構體，因此也不會帶來額外的內存開銷。

總結

在今天這篇文章中，給大家介紹了 Go 語言中幾種常見類型的寬度，並且基於開頭的問題 ” 空結構體 “ 進行了剖析。

最後分析了在業內代碼最常見的三種模式，進入真實場景。不知道你以前是否有過類似本文的疑惑呢？

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