Go 空结构体：零内存的魔力
原创
Go Version → 1.20.4
前言
在 Go 语言中，有一种特殊的用法可能让许多人感到困惑，那就是空结构体 struct{}。在本文中，我将对 Go 空结构体进行详解，准备好了吗？准备一杯你最喜欢的咖啡或茶，随着本文一探究竟吧。
什么是空结构体
不包含任何字段的结构体，就是空结构体。它有以下两种定义方式：
- 匿名空结构体
var e sruct{}- 命名空结构体
type EmptyStruct struct{}
var e EmptyStruct空结构体的特点
空结构体主要有以下几个特点：
- 零内存占用
- 地址相同
- 无状态
零内存占用
空结构体不占用任何内存空间，这使得空结构体在内存优化方面非常有用，我们来通过例子看看是否真的是零内存占用：
package main
import (
"fmt"
"unsafe"
)
func main() {
var a int
var b string
var e struct{}
fmt.Println(unsafe.Sizeof(a)) // 4
fmt.Println(unsafe.Sizeof(b)) // 8
fmt.Println(unsafe.Sizeof(e)) // 0
}通过打印结果对比可知，空结构体内存占用为 0。
地址相同
无论创建多少个空结构体，它们所指向的地址都相同的。
package main
import (
"fmt"
)
func main() {
var e struct{}
var e2 struct{}
fmt.Printf("%p\n", &e) // 0x90b418
fmt.Printf("%p\n", &e2) // 0x90b418
fmt.Println(&e == &e2) // true
}无状态
由于空结构体不包含任何字段，因此它不能有状态。这使得空结构体在表示无状态的对象或情况时非常有用。
为什么是零内存和地址相同
要理解为什么空结构体在内存上是零大小（零内存）并且多个空结构体的地址是相同的，需要深入研究 Go 的源码。
/go/src/runtime/malloc.go
// 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)
}
······根据 malloc.go 源码的部分内容，当要分配的对象大小 size 为 0 时，会返回指向 zerobase 的指针。zerobase 是一个用于分配零字节对象的基准地址，它不占用任何实际的内存空间。
空结构体的使用场景
空结构体主要有以下三种使用场景：
- 实现
Set集合类型 - 用于通道信号
- 作为方法接收器
实现 Set 集合类型
在 Go 语言中，虽然没有内置 Set 集合类型，但是我们可以利用 map 类型来实现一个 Set 集合。由于 map 的 key 具有唯一性，我们可以将元素存储为 key，而 value 没有实际作用，为了节省内存，我们可以使用空结构体作为 value 的值。
package main
import "fmt"
type Set[K comparable] map[K]struct{}
func (s Set[K]) Add(val K) {
s[val] = struct{}{}
}
func (s Set[K]) Remove(val K) {
delete(s, val)
}
func (s Set[K]) Contains(val K) bool {
_, ok := s[val]
return ok
}
func main() {
set := Set[string]{}
set.Add("陈明勇")
fmt.Println(set.Contains("陈明勇")) // true
set.Remove("陈明勇")
fmt.Println(set.Contains("陈明勇")) // false
}用于通道信号
空结构体常用于 Goroutine 之间的信号传递，尤其是不关心通道中传递的具体数据，只需要一个触发信号时。例如，我们可以使用空结构体通道来通知一个 Goroutine 停止工作：
package main
import (
"fmt"
"time"
)
func main() {
quit := make(chan struct{})
go func() {
// 模拟工作
fmt.Println("工作中...")
time.Sleep(3 * time.Second)
// 关闭退出信号
close(quit)
}()
// 阻塞，等待退出信号被关闭
<-quit
fmt.Println("已收到退出信号，退出中...")
}在这个例子中，创建了一个通道 quit，并在一个单独的 Goroutine 中模拟执行工作。在完成工作后，关闭了 quit 通道，表示退出信号。主函数在 <-quit 处阻塞，直到收到退出信号，然后打印一条消息并退出程序。
由于通道使用的类型是空结构体，因此不会带来额外的内存开销。
在 Go 标准库中，context 包中的 Context 接口的 Done() 方法返回一个通道信号，用于通知相关操作的完成状态。这个通道信号的返回值就是使用了空结构体。
type Context interface {
Deadline() (deadline time.Time, ok bool)
Done() <-chan struct{}
Err() error
Value(key any) any
}作为方法接收器
有时候我们需要创建一组方法集的实现（一般来说是实现一个接口），但并不需要在这个实现中存储任何数据，这种情况下，我们可以使用空结构体来实现：
type Person interface {
SayHello()
Sleep()
}
type CMY struct{}
func (c CMY) SayHello() {
fmt.Println("你好，我叫陈明勇。")
}
func (c CMY) Sleep() {
fmt.Println("陈明勇睡觉中...")
}这个例子定义了一个接口 Person 和一个结构体 CMY ，并为 CMY 实现了 Person 接口，定义了一组方法（SayHello 和 Sleep）。
由于 CMY 结构体为空结构体，因此不会带来额外的内存开销。
小结
在本文中，首先介绍了 Go 语言 空结构体 的概念和定义方式，它有两种定义方式；
随后对 空结构体 的特点进行介绍，包括其零内存和多个变量地址相同的特性；
接着进一步深入源码，探究了为什么空结构体在 Go 语言中是零内存且多变量地址相同，原因是当要分配的对象大小 size 为 0 时，会返回指向 zerobase 的指针；
最后列举了空结构体的三个使用场景，通过这些代码示例，展示了空结构体在实际应用中的一些常见用途。
你还知道 空结构体 的其他使用场景吗？欢迎评论区留言探讨。
原创声明：本文系作者授权腾讯云开发者社区发表，未经许可，不得转载。
如有侵权，请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。
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