在使用Golang進(jìn)行內(nèi)存分配時(shí)，我們需要遵循一系列規(guī)則。在深入了解這些規(guī)則之前，我們需要先了解變量的對(duì)齊方式。

Golang的unsafe包中有一個(gè)函數(shù)Alignof，簽名如下：

func Alignof(x ArbitraryType) uintptr

對(duì)于任何類型為v的變量x，AlignOf函數(shù)會(huì)返回該變量的對(duì)齊方式。我們將對(duì)齊方式記為m?，F(xiàn)在，Golang確保m是滿足變量x的內(nèi)存地址 % m == 0的最大可能數(shù)，也就是說，變量x的內(nèi)存地址是m的倍數(shù)。

讓我們來看看一些數(shù)據(jù)類型的對(duì)齊方式：

• byte, int8, uint8 -> 1
• int16, uint16 -> 2
• int32, uint32, float32, complex64 -> 4
• int, int64, uint64, float64, complex128 -> 8
• string, slice -> 8

對(duì)于結(jié)構(gòu)體中的字段，行為可能會(huì)有所不同，詳細(xì)信息請(qǐng)參考包的文檔。

為了更好地理解結(jié)構(gòu)體內(nèi)存分配的情況，我們將使用unsafe包中的另一個(gè)函數(shù)Offsetof。該函數(shù)返回字段相對(duì)于結(jié)構(gòu)體起始位置的位置，換句話說，它返回字段起始位置與結(jié)構(gòu)體起始位置之間的字節(jié)數(shù)。

func Offsetof(x ArbitraryType) uintptr

為了更好地理解結(jié)構(gòu)體內(nèi)存分配，讓我們以一個(gè)示例結(jié)構(gòu)體為例：

type Example struct {
    a int8
    b string
    c int8
    d int32
}

現(xiàn)在，我們將找出類型為Example的變量所占用的總內(nèi)存，并嘗試優(yōu)化分配。

var v = Example{
    a: 10,
    b: "Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Vivamus rhoncus.",
    c: 20,
    d: 100,
}
fmt.Println("字段a的偏移量：", unsafe.Offsetof(v.a)) // 輸出：0
fmt.Println("字段b的偏移量：", unsafe.Offsetof(v.b)) // 輸出：8
fmt.Println("字段c的偏移量：", unsafe.Offsetof(v.c)) // 輸出：24
fmt.Println("字段d的偏移量：", unsafe.Offsetof(v.d)) // 輸出：28

現(xiàn)在，問題出現(xiàn)了：“為什么結(jié)構(gòu)體中字段b的偏移量是8？它應(yīng)該是1，因?yàn)樽侄蝍的類型是int8，只占用1個(gè)字節(jié)。”回到字符串?dāng)?shù)據(jù)類型的對(duì)齊方式，它的值為8，這意味著地址需要被8整除，因此在其中插入了7個(gè)字節(jié)的“填充”，以確保這種行為。

為什么字段c的偏移量是24？字段b中的字符串看起來比16個(gè)字節(jié)要長得多，如果字符串的偏移量是8，那么字段c的偏移量應(yīng)該更大一些。

上述問題的答案是，在Go中，字符串并不是在結(jié)構(gòu)體內(nèi)的同一位置分配內(nèi)存的。有一個(gè)單獨(dú)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來保存字符串描述符，并且該字符串描述符以原地方式存儲(chǔ)在結(jié)構(gòu)體中，用于類型為string的字段，該描述符的大小為16個(gè)字節(jié)。

現(xiàn)在，讓我們來看看unsafe包中的另一個(gè)函數(shù)Sizeof。正如其名稱所示，該函數(shù)估計(jì)并返回類型為x的變量所占用的字節(jié)數(shù)。

注意：它是根據(jù)結(jié)構(gòu)體中可能存在的不同大小的字段來估計(jì)大小的。

func Sizeof(x ArbitraryType) uintptr

現(xiàn)在，讓我們來看看我們的結(jié)構(gòu)體Example的大小。

fmt.Println("Example的大?。?, unsafe.Sizeof(v)) // 輸出：32

我們?nèi)绾蝺?yōu)化這個(gè)結(jié)構(gòu)體以最小化填充呢？

為了優(yōu)化這個(gè)結(jié)構(gòu)體的內(nèi)存，我們將查看不同數(shù)據(jù)類型的對(duì)齊方式，并嘗試減少填充。讓我們嘗試將兩個(gè)int8類型的字段放在一起。

type y struct {
    a int8
    c int8
    b string
    d int32
}

var v = y{}
fmt.Println("字段a的偏移量：", unsafe.Offsetof(v.a)) // 輸出：0
fmt.Println("字段b的偏移量：", unsafe.Offsetof(v.b)) // 輸出：8
fmt.Println("字段c的偏移量：", unsafe.Offsetof(v.c)) // 輸出：1
fmt.Println("字段d的偏移量：", unsafe.Offsetof(v.d)) // 輸出：24
fmt.Println("Example的大?。?, unsafe.Sizeof(v)) // 輸出：32

太棒了，我們?nèi)サ袅艘恍┨畛?，但是為什么大小仍然?2？大小應(yīng)該是1（a）+ 1（c）+ 6（填充）+ 16（b）+ 4（d）= 28

現(xiàn)在，當(dāng)結(jié)構(gòu)體的最后一個(gè)字段與架構(gòu)的對(duì)齊要求不完全一致時(shí)，會(huì)在最后一個(gè)字段之后添加填充，以確保結(jié)構(gòu)體的整體大小是其字段中最大對(duì)齊要求的倍數(shù)。因?yàn)樽址當(dāng)?shù)據(jù)類型的最大對(duì)齊方式為8，所以額外添加了填充，使大小成為8的倍數(shù)，即在末尾填充了4個(gè)字節(jié)，使大小為32字節(jié)。

我們能否進(jìn)一步減少填充，使其更加優(yōu)化？

讓我們嘗試通過移動(dòng)字段位置來實(shí)現(xiàn)。

type y struct {
    b string
    d int32
    a int8
    c int8
}

var v = y{}
fmt.Println("字段a的偏移量：", unsafe.Offsetof(v.a)) // 輸出：20
fmt.Println("字段b的偏移量：", unsafe.Offsetof(v.b)) // 輸出：0
fmt.Println("字段c的偏移量：", unsafe.Offsetof(v.c)) // 輸出：21
fmt.Println("字段d的偏移量：", unsafe.Offsetof(v.d)) // 輸出：16
fmt.Println("Example的大?。?, unsafe.Sizeof(v)) // 輸出：24

我們可以看到，通過重新排列字段的位置，使得對(duì)齊需要最小化填充，我們已經(jīng)將結(jié)構(gòu)體的大小從32減小到24，這是內(nèi)存優(yōu)化的巨大進(jìn)步，達(dá)到了25%。

當(dāng)前的內(nèi)存占用是16（b）+ 4（d）+ 1（a）+ 1（b）+ 2（填充）。

遺憾的是，由于語言和架構(gòu)的限制，我們無法進(jìn)一步去除填充。

到此這篇關(guān)于Go內(nèi)存分配之結(jié)構(gòu)體優(yōu)化技巧的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Go結(jié)構(gòu)體內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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