golang: 常用数据类型底层结构分析

虽然golang是用C实现的，并且被称为下一代的C语言，但是golang跟C的差别还是很大的。它定义了一套很丰富的数据类型及数据结构，这些类型和结构或者是直接映射为C的数据类型，或者是用C struct来实现。了解golang的数据类型和数据结构的底层实现，将有助于我们更好的理解golang并写出质量更好的代码。基础类型源码在：$GOROOT/src/pkg/runtime/runtime.h 。我们先来看下基础类型：?12345678910111213141516171819202122232425262728293031/**basictypes*/typedefsignedcharint8;typedefunsignedcharuint8;typedefsignedshortint16;typedefunsignedshortuint16;typedefsignedintint32;typedefunsignedintuint32;typedefsignedlonglongintint64;typedefunsignedlonglongintuint64;typedeffloatfloat32;typedefdoublefloat64;#ifdef_64BITtypedefuint64uintptr;typedefint64intptr;typedefint64intgo;//Go’sinttypedefuint64uintgo;//Go’suint#elsetypedefuint32uintptr;typedefint32intptr;typedefint32intgo;//Go’sinttypedefuint32uintgo;//Go’suint#endif/**definedtypes*/typedef uint8bool;typedef uint8 byte;int8、uint8、int16、uint16、int32、uint32、int64、uint64、float32、float64分别对应于C的类型，这个只要有C基础就很容易看得出来。uintptr和intptr是无符号和有符号的指针类型，并且确保在64位平台上是8个字节，在32位平台上是4个字节，uintptr主要用于golang中的指针运算。而intgo和uintgo之所以不命名为int和uint，是因为int在C中是类型名，想必uintgo是为了跟intgo的命名对应吧。intgo和uintgo对应golang中的int和uint。从定义可以看出int和uint是可变大小类型的，在64位平台上占8个字节，在32位平台上占4个字节。所以如果有明确的要求，应该选择int32、int64或uint32、uint64。byte类型的底层类型是uint8。可以看下测试：?1234567891011packagemainimport(“fmt””reflect”)funcmain(){varbbyte=’D’fmt.Printf(“output:%vn”,reflect.TypeOf(b).Kind())}?1234$cd$GOPATH/src/basictype_test$gobuild$./basictype_testoutput:uint8数据类型分为静态类型和底层类型，相对于以上代码中的变量b来说，byte是它的静态类型，uint8是它的底层类型。这点很重要，以后经常会用到这个概念。rune类型rune是int32的别名，用于表示unicode字符。通常在处理中文的时候需要用到它，当然也可以用range关键字。string类型string类型的底层是一个C struct。?12345structString{byte*str;intgolen;};成员str为字符数组，len为字符数组长免费云主机域名度。golang的字符串是不可变类型，对string类型的变量初始化意味着会对底层结构的初始化。至于为什么str用byte类型而不用rune类型，这是因为golang的for循环对字符串的遍历是基于字节的，如果有必要，可以转成rune切片或使用range来迭代。我们来看个例子：$GOPATH/src—-basictype_test——–main.go?12345678910111213141516packagemainimport(“fmt””unsafe”)funcmain(){varstrstring=”hi,陈一回~”p:=(*struct{struintptrlenint})(unsafe.Pointer(&str))fmt.Printf(“%+vn”,p)}?1234$cd$GOPATH/src/basictype_test$gobuild$./basictype_testoutput:&{str:135100456len:14}内建函数len对string类型的操作是直接从底层结构中取出len值，而不需要额外的操作，当然在初始化时必需同时初始化len的值。slice类型slice类型的底层同样是一个C struct。?123456struct Slice{//mustnotmoveanythingbyte* array;//actualdatauintgo len;//numberofelementsuintgo cap;//allocatednumberofelements};包括三个成员。array为底层数组，len为实际存放的个数，cap为总容量。使用内建函数make对slice进行初始化，也可以类似于数组的方式进行初始化。当使用make函数来对slice进行初始化时，第一个参数为切片类型，第二个参数为len，第三个参数可选，如果不传入，则cap等于len。通常传入cap参数来预先分配大小的slice，避免频繁重新分配内存。?1234567891011121314151617packagemainimport(“fmt””unsafe”)funcmain(){varslice[]int32=make([]int32,5,10)p:=(*struct{arrayuintptrlenintcapint})(unsafe.Pointer(&slice))fmt.Printf(“output:%+vn”,p)}?1234$cd$GOPATH/src/basictype_test$gobuild$./basictype_testoutput:&{array:406958176len:5cap:10}由于切片指向一个底层数组，并且可以通过切片语法直接从数组生成切片，所以需要了解切片和数组的关系，否则可能就会不知不觉的写出有bug的代码。比如有如下代码：?12345678910111213packagemainimport(“fmt”)funcmain(){vararray=[…]int32{1,2,3,4,5}varslice=array[2:4]fmt.Printf(“改变slice之前:array=%+v,slice=%+vn”,array,slice)slice[0]=234fmt.Printf(“改变slice之后:array=%+v,slice=%+vn”,array,slice)}?12345$cd$GOPATH/src/basictype_test$gobuild$./basictype_test改变slice之前:array=[12345],slice=[34]改变slice之后:array=[1223445],slice=[2344]您可以清楚的看到，在改变slice后，array也被改变了。这是因为slice通过数组创建的切片指向这个数组，也就是说这个slice的底层数组就是这个array。因此很显然，slice的改变其实就是改变它的底层数组。当然如果删除或添加元素，那么len也会变化，cap可能会变化。那这个slice是如何指向array呢？slice的底层数组指针指向array中索引为2的元素(因为切片是通过array[2:4]来生成的)，len记录元素个数，而cap则等于len。之所以说cap可能会变，是因为cap表示总容量，添加或删除操作不一定会使总容量发生变化。我们接着再来看另一个例子：?1234567891011121314packagemainimport(“fmt”)funcmain(){vararray=[…]int32{1,2,3,4,5}varslice=array[2:4]slice=append(slice,6,7,8)fmt.Printf(“改变slice之前:array=%+v,slice=%+vn”,array,slice)slice[0]=234fmt.Printf(“改变slice之后:array=%+v,slice=%+vn”,array,slice)}?12345$cd$GOPATH/src/basictype_test$gobuild$./basictype_test改变slice之前:array=[12345],slice=[34678]改变slice之后:array=[12345],slice=[2344678]经过append操作之后，对slice的修改并未影响到array。原因在于append的操作令slice重新分配底层数组，所以此时slice的底层数组不再指向前面定义的array。但是很显然，这种规则对从切片生成的切片也是同样的，请看代码：?12345678910111213packagemainimport(“fmt”)funcmain(){varslice1=[]int32{1,2,3,4,5}varslice2=slice1[2:4]fmt.Printf(“改变slice2之前:slice1=%+v,slice2=%+vn”,slice1,slice2)slice2[0]=234fmt.Printf(“改变slice2之后:slice1=%+v,slice2=%+vn”,slice1,slice2)}?12345$cd$GOPATH/src/basictype_test$gobuild$./basictype_test改变slice2之前:slice1=[12345],slice2=[34]改变slice2之后:slice1=[1223445],slice2=[2344]slice1和slice2共用一个底层数组，修改slice2的元素导致slice1也发生变化。?12345678910111213packagemainimport(“fmt”)funcmain(){varslice1=[]int32{1,2,3,4,5}varslice2=slice1[2:4]fmt.Printf(“改变slice2之前:slice1=%+v,slice2=%+vn”,slice1,slice2)slice2=append(slice2,6,7,8)fmt.Printf(“改变slice2之后:slice1=%+v,slice2=%+vn”,slice1,slice2)}?12345$cd$GOPATH/src/basictype_test$gobuild$./basictype_test改变slice2之前:slice1=[12345],slice2=[34]改变slice2之后:slice1=[12345],slice2=[34678]而append操作可令slice1或slice2重新分配底层数组，因此对slice1或slice2执行append操作都不会相互影响。接口类型接口在golang中的实现比较复杂，在$GOROOT/src/pkg/runtime/type.h中定义了：?1234567891011121314structType{uintptrsize;uint32hash;uint8_unused;uint8align;uint8fieldAlign;uint8kind;Alg*alg;void*gc;String*string;UncommonType*x;Type*ptrto;};在$GOROOT/src/pkg/runtime/runtime.h中定义了：?12345678910111213141516171819structIface{Itab* tab;void* data;};structEface{Type* type;void* data;};struct Itab{InterfaceType* inter;Type* type;Itab* link;int32 bad;int32 unused;void (*fun[])(void);};interface实际上是一个结构体，包括两个成员，一个是指向数据的指针，一个包含了成员的类型信息。Eface是interface{}底层使用的数据结构。因为interface中保存了类型信息，所以可以实现反射。反射其实就是查找底层数据结构的元数据。完整的实现在：$GOROOT/src/pkg/runtime/iface.c 。?12345678910111213141516packagemainimport(“fmt””unsafe”)funcmain(){varstrinterface{}=”HelloWorld!”p:=(*struct{tabuintptrdatauintptr})(unsafe.Pointer(&str))fmt.Printf(“%+vn”,p)}?1234$cd$GOPATH/src/basictype_test$gobuild$./basictype_testoutput:&{tab:134966528data:406847688}map类型golang的map实现是hashtable，源码在：$GOROOT/src/pkg/runtime/hashmap.c 。?1234567891011121314structHmap{uintgocount;uint32flags;uint32hash0;uint8B;uint8keysize;uint8valuesize;uint16bucketsize;byte*buckets;byte*oldbuckets;uintptrnevacuate;};测试代码如下：?1234567891011121314151617181920212223242526packagemainimport(“fmt””unsafe”)funcmain(){varm=make(map[string]int32,10)m[“hello”]=123p:=(*struct{countintflagsuint32hash0uint32Buint8keysizeuint8valuesizeuint8bucketsizeuint16bucketsuintptroldbucketsuintptrnevacuateuintptr})(unsafe.Pointer(&m))fmt.Printf(“output:%+vn”,p)}?1234$cd$GOPATH/src/basictype_test$gobuild$./basictype_testoutput:&{count:407032064flags:0hash0:134958144B:192keysize:0valuesize:64bucketsize:30063buckets:540701813oldbuckets:0nevacuate:0}golang的坑还是比较多的，需要深入研究底层，否则很容易掉坑里。

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