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[]T 还是 []*T, 这是一个问题

鸟窝 发表于 2017年01月05日 18:49 | Hits: 572
Tag: Go

在编程语言深入讨论中,经常被大家提起也是争论最多的讨论之一就是按值(by value)还是按引用传递(by reference, by pointer),你可以在C/C++或者Java的社区经常看到这样的讨论,也会看到很多这样的面试题。

对于Go语言,严格意义上来讲,只有一种传递,也就是按值传递(by value)。当一个变量当作参数传递的时候,会创建一个变量的副本,然后传递给函数或者方法,你可以看到这个副本的地址和变量的地址是不一样的。

当变量当做指针被传递的时候,一个新的指针被创建,它指向变量指向的同样的内存地址,所以你可以将这个指针看成原始变量指针的副本。当这样理解的时候,我们就可以理解成Go总是创建一个副本按值转递,只不过这个副本有时候是变量的副本,有时候是变量指针的副本。

这是Go语言中你理解后续问题的基础。

但是Go语言的情况比较复杂,我们什么时候选择T作为参数类型,什么时候选择*T作为参数类型?[]T是传递的指针还是值?选择[]T还是[]*T? 哪些类型复制和传递的时候会创建副本?什么情况下会发生副本创建?

本文将详细介绍Go语言的变量的副本创建还是变量指针的副本创建的case以及各种类型在这些case的情况。

副本的创建

前面已经讲到,T类型的变量和*T类型的变量在当做函数或者方法的参数时会传递它的副本。我们先看看例子。

T的副本创建

首先看一下 参数类型为T的函数调用的情况:

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package mainimport "fmt"type Bird struct {	Age  int	Name string}func passV(b Bird) {	b.Age++	b.Name = "Great" + b.Name	fmt.Printf("传入修改后的Bird:\t %+v, \t内存地址:%p\n", b, &b)}func main() {	parrot := Bird{Age: 1, Name: "Blue"}	fmt.Printf("原始的Bird:\t\t %+v, \t\t内存地址:%p\n", parrot, &parrot)	passV(parrot)	fmt.Printf("调用后原始的Bird:\t %+v, \t\t内存地址:%p\n", parrot, &parrot)}

运行后输入结果(每次运行指针的值可能不同):

123
原始的Bird:		 {Age:1 Name:Blue}, 		内存地址:0xc420012260传入修改后的Bird:	 {Age:2 Name:GreatBlue}, 	内存地址:0xc4200122c0调用后原始的Bird:	 {Age:1 Name:Blue}, 		内存地址:0xc420012260

可以看到,在T类型作为参数的时候,传递的参数parrot会将它的副本(内存地址0xc4200122c0)传递给函数passV,在这个函数内对参数的改变不会影响原始的对象。

*T的副本创建

修改上面的例子,将函数的参数类型由T改为*T:

123456789101112131415161718192021
package mainimport "fmt"type Bird struct {	Age  int	Name string}func passP(b *Bird) {	b.Age++	b.Name = "Great" + b.Name	fmt.Printf("传入修改后的Bird:\t %+v, \t内存地址:%p, 指针的内存地址: %p\n", *b, b, &b)}func main() {	parrot := &Bird{Age: 1, Name: "Blue"}	fmt.Printf("原始的Bird:\t\t %+v, \t\t内存地址:%p, 指针的内存地址: %p\n", *parrot, parrot, &parrot)	passP(parrot)	fmt.Printf("调用后原始的Bird:\t %+v, \t内存地址:%p, 指针的内存地址: %p\n", *parrot, parrot, &parrot)}

运行后输出结果:

123
原始的Bird:		 {Age:1 Name:Blue}, 		内存地址:0xc420076000, 指针的内存地址: 0xc420074000传入修改后的Bird:	 {Age:2 Name:GreatBlue}, 	内存地址:0xc420076000, 指针的内存地址: 0xc420074010调用后原始的Bird:	 {Age:2 Name:GreatBlue}, 	内存地址:0xc420076000, 指针的内存地址: 0xc420074000

可以看到在函数passP中,参数p是一个指向Bird的指针,传递参数给它的时候会创建指针的副本(0xc420074010),只不过指针0xc420074000和0xc420074010都指向内存地址0xc420076000。 函数内对*T的改变显然会影响原始的对象,因为它是对同一个对象的操作。

当然,一位对Go有深入了解的读者都已经对这个知识有所了解,也明白了T和*T作为参数的时候副本创建的不同。

如何选择T和*T

在定义函数和方法的时候,作为一位资深的Go开发人员,一定会对函数的参数和返回值定义成T和*T深思熟虑,有些情况下可能还会有些苦恼。
那么什么时候才应该把参数定义成类型T,什么情况下定义成类型*T呢。

一般的判断标准是看副本创建的成本和需求。

  1. 不想变量被修改。 如果你不想变量被函数和方法所修改,那么选择类型T。相反,如果想修改原始的变量,则选择*T
  2. 如果变量是一个 的struct或者数组,则副本的创建相对会影响性能,这个时候考虑使用*T,只创建新的指针,这个区别是巨大的
  3. (不针对函数参数,只针对本地变量/本地变量)对于函数作用域内的参数,如果定义成T,Go编译器尽量将对象分配到栈上,而*T很可能会分配到对象上,这对垃圾回收会有影响

什么时候发生副本创建

上面举的例子都是作为函数参数时发生的副本的创建,还有很多情况下会发生副本的创建,甚至有些“隐蔽”的情况。
编程的时候如何小心这些情况呢,一条原则就是:

A go assignment is a copy of the value itself
赋值的时候就会创建对象副本

Assignment的语法表达式如下:

Assignment = ExpressionList assign_op ExpressionList .
assign_op = [ add_op | mul_op ] "=" .

Each left-hand side operand must be addressable, a map index expression, or (for = assignments only) the blank identifier. Operands may be parenthesized.

最常见的case

最常见的赋值的例子是对变量的赋值,包括函数内和函数外:

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package mainimport "fmt"type Bird struct {	Age  int	Name string}type Parrot struct {	Age  int	Name string}var parrot1 = Bird{Age: 1, Name: "Blue"}var parrot2 = parrot1func main() {	fmt.Printf("parrot1:\t\t %+v, \t\t内存地址:%p\n", parrot1, &parrot1)	fmt.Printf("parrot2:\t\t %+v, \t\t内存地址:%p\n", parrot2, &parrot2)	parrot3 := parrot1	fmt.Printf("parrot2:\t\t %+v, \t\t内存地址:%p\n", parrot3, &parrot3)	parrot4 := Parrot(parrot1)	fmt.Printf("parrot4:\t\t %+v, \t\t内存地址:%p\n", parrot4, &parrot4)}

输出结果:

1234
parrot1:		 {Age:1 Name:Blue}, 		内存地址:0xfa0a0parrot2:		 {Age:1 Name:Blue}, 		内存地址:0xfa0c0parrot2:		 {Age:1 Name:Blue}, 		内存地址:0xc42007e0c0parrot4:		 {Age:1 Name:Blue}, 		内存地址:0xc42007e100

可以看到这几个变量的内存地址都不相同,说明发生了赋值。

map、slice和数组

slice,map和数组在初始化和按索引设置的时候也会创建副本:

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package mainimport "fmt"type Bird struct {	Age  int	Name string}var parrot1 = Bird{Age: 1, Name: "Blue"}func main() {	fmt.Printf("parrot1:\t\t %+v, \t\t内存地址:%p\n", parrot1, &parrot1)	//slice	s := []Bird{parrot1}	s = append(s, parrot1)	parrot1.Age = 3	fmt.Printf("parrot2:\t\t %+v, \t\t内存地址:%p\n", s[0], &(s[0]))	fmt.Printf("parrot3:\t\t %+v, \t\t内存地址:%p\n", s[1], &(s[1]))	parrot1.Age = 1	//map	m := make(map[int]Bird)	m[0] = parrot1	parrot1.Age = 4	fmt.Printf("parrot4:\t\t %+v\n", m[0])	parrot1.Age = 5	parrot5 := m[0]	fmt.Printf("parrot5:\t\t %+v, \t\t内存地址:%p\n", parrot5, &parrot5)	parrot1.Age = 1	//array	a := [2]Bird{parrot1}	parrot1.Age = 6	fmt.Printf("parrot6:\t\t %+v, \t\t内存地址:%p\n", a[0], &a[0])	parrot1.Age = 1	a[1] = parrot1	parrot1.Age = 7	fmt.Printf("parrot7:\t\t %+v, \t\t内存地址:%p\n", a[1], &a[1])}

输出结果

1234567
parrot1:		 {Age:1 Name:Blue}, 		内存地址:0xfa0a0parrot2:		 {Age:1 Name:Blue}, 		内存地址:0xc4200160f0parrot3:		 {Age:1 Name:Blue}, 		内存地址:0xc420016108parrot4:		 {Age:1 Name:Blue}parrot5:		 {Age:1 Name:Blue}, 		内存地址:0xc420012320parrot6:		 {Age:1 Name:Blue}, 		内存地址:0xc420016120parrot7:		 {Age:1 Name:Blue}, 		内存地址:0xc420016138

可以看到 slice/map/数组 的元素全是原始变量的副本,副本

for-range循环

for-range循环也是将元素的副本赋值给循环变量,所以变量得到的是集合元素的副本。

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package mainimport "fmt"type Bird struct {	Age  int	Name string}var parrot1 = Bird{Age: 1, Name: "Blue"}func main() {	fmt.Printf("parrot1:\t\t %+v, \t\t内存地址:%p\n", parrot1, &parrot1)	//slice	s := []Bird{parrot1, parrot1, parrot1}	s[0].Age = 1	s[1].Age = 2	s[2].Age = 3	parrot1.Age = 4	for i, p := range s {		fmt.Printf("parrot%d:\t\t %+v, \t\t内存地址:%p\n", (i + 2), p, &p)	}	parrot1.Age = 1	//map	m := make(map[int]Bird)	parrot1.Age = 1	m[0] = parrot1	parrot1.Age = 2	m[1] = parrot1	parrot1.Age = 3	m[2] = parrot1	parrot1.Age = 4	for k, v := range m {		fmt.Printf("parrot%d:\t\t %+v, \t\t内存地址:%p\n", (k + 2), v, &v)	}	parrot1.Age = 4	//array	a := [...]Bird{parrot1, parrot1, parrot1}	a[0].Age = 1	a[1].Age = 2	a[2].Age = 3	parrot1.Age = 4	for i, p := range a {		fmt.Printf("parrot%d:\t\t %+v, \t\t内存地址:%p\n", (i + 2), p, &p)	}}

输出结果

12345678910
parrot1:		 {Age:1 Name:Blue}, 		内存地址:0xfb0a0parrot2:		 {Age:1 Name:Blue}, 		内存地址:0xc4200122a0parrot3:		 {Age:2 Name:Blue}, 		内存地址:0xc4200122a0parrot4:		 {Age:3 Name:Blue}, 		内存地址:0xc4200122a0parrot2:		 {Age:1 Name:Blue}, 		内存地址:0xc420012320parrot3:		 {Age:2 Name:Blue}, 		内存地址:0xc420012320parrot4:		 {Age:3 Name:Blue}, 		内存地址:0xc420012320parrot2:		 {Age:1 Name:Blue}, 		内存地址:0xc4200123a0parrot3:		 {Age:2 Name:Blue}, 		内存地址:0xc4200123a0parrot4:		 {Age:3 Name:Blue}, 		内存地址:0xc4200123a0

注意循环变量是重用的,所以你看到它们的地址是相同的。

channel

往channel中send对象的时候也会创建对象的副本:

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package mainimport "fmt"type Bird struct {	Age  int	Name string}var parrot1 = Bird{Age: 1, Name: "Blue"}func main() {	ch := make(chan Bird, 3)	fmt.Printf("parrot1:\t\t %+v, \t\t内存地址:%p\n", parrot1, &parrot1)	ch <- parrot1	parrot1.Age = 2	ch <- parrot1	parrot1.Age = 3	ch <- parrot1	parrot1.Age = 4	p := <-ch	fmt.Printf("parrot%d:\t\t %+v, \t\t内存地址:%p\n", 2, p, &p)	p = <-ch	fmt.Printf("parrot%d:\t\t %+v, \t\t内存地址:%p\n", 3, p, &p)	p = <-ch	fmt.Printf("parrot%d:\t\t %+v, \t\t内存地址:%p\n", 4, p, &p)}

输出结果:

1234
parrot1:		 {Age:1 Name:Blue}, 		内存地址:0xfa0a0parrot2:		 {Age:1 Name:Blue}, 		内存地址:0xc4200122a0parrot3:		 {Age:2 Name:Blue}, 		内存地址:0xc4200122a0parrot4:		 {Age:3 Name:Blue}, 		内存地址:0xc4200122a0

函数参数和返回值

将变量作为参数传递给函数和方法会发生副本的创建。
对于返回值,将返回值赋值给其它变量或者传递给其它的函数和方法,就会创建副本。

Method Receiver

因为方法(method)最终会产生一个receiver作为第一个参数的函数(参看规范),所以就比较好理解method receiver的副本创建的规则了。
当receiver为T类型时,会发生创建副本,调用副本上的方法。
当receiver为*T类型时,只是会创建对象的指针,不创建对象的副本,方法内对receiver的改动会影响原始值。

不同类型的副本创建

bool,数值和指针

bool和数值类型一般不必考虑指针类型,原因在于这些对象很小,创建副本的开销可以忽略。只有你在想修改同一个变量的值的时候才考虑它们的指针。

指针类型就不用多说了,和数值类型类似。

数组

数组是值类型,赋值的时候会发生原始数组的复制,所以对于大的数组的参数传递和赋值,一定要慎重。

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package mainimport "fmt"func main() {	a1 := [3]int{1, 2, 3}	fmt.Printf("a1:\t\t %+v, \t\t内存地址:%p\n", a1, &a1)	a2 := a1	a1[0] = 4	a1[1] = 5	a1[2] = 6	fmt.Printf("a2:\t\t %+v, \t\t内存地址:%p\n", a2, &a2)}

输出

12
a1:		 [1 2 3], 		内存地址:0xc420012260a2:		 [1 2 3], 		内存地址:0xc4200122c0

对于[...]T和[...]*T的区别,我想你也应该清楚了,[...]*T创建的副本的元素时元数组元素指针的副本。

map、slice 和 channel

网上一般说, 这三种类型都是指向指针类型,指向一个底层的数据结构。
因此呢,在定义类型的时候就不必定义成*T了。

当然你可以这么认为,不过我认为这是不准确的,比如slice,其实你可以看成是SliceHeader对象,只不过它的数据Data是一个指针,所以它的副本的创建对性能的影响可以忽略。

字符串

string类型类似slice,它等价StringHeader。所以很多情况下会用`unsafe.Pointer`与[]byte类型进行更有效的转换,因为直接进行类型转换string([]byte)会发生数据的复制。

字符串比较特殊,它的值不能修改,任何想对字符串的值做修改都会生成新的字符串。

大部分情况下你不需要定义成*string。唯一的例外你需要nil值的时候。我们知道,类型string的空值/缺省值为"",但是如果你需要nil,你就必须定义*string。举个例子,在对象序列化的时候""和nil表示的意义是不一样的,""表示字段存在,只不过字符串是空值,而nil表示字段不存在。

函数

函数也是一个指针类型,对函数对象的赋值只是又创建了一个对次函数对象的指针。

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package mainimport "fmt"func main() {	f1 := func(i int) {}	fmt.Printf("f1:\t\t %+v, \t\t内存地址:%p\n", f1, &f1)	f2 := f1	fmt.Printf("f2:\t\t %+v, \t\t内存地址:%p\n", f2, &f2)}

输出结果:

12
f1:		 0x2200, 		内存地址:0xc420028020f2:		 0x2200, 		内存地址:0xc420028030

参考文档

  1. https://www.reddit.com/r/golang/comments/5lheyg/returning_t_vs_t/?
  2. https://github.com/google/go-github/issues/180
  3. http://openmymind.net/Things-I-Wish-Someone-Had-Told-Me-About-Go/
  4. http://goinbigdata.com/golang-pass-by-pointer-vs-pass-by-value/
  5. https://groups.google.com/forum/#!topic/golang-nuts/__BPVgK8LN0
  6. https://golang.org/ref/spec
  7. https://golang.org/doc/faq
  8. https://golang.org/doc/effective_go.html
  9. https://nathanleclaire.com/blog/2014/08/09/dont-get-bitten-by-pointer-vs-non-pointer-method-receivers-in-golang/
  10. https://dhdersch.github.io/golang/2016/01/23/golang-when-to-use-string-pointers.html
  11. https://dave.cheney.net/2016/03/19/should-methods-be-declared-on-t-or-t
  12. http://colobu.com/2016/10/28/When-are-function-parameters-passed-by-value/

原文链接: http://colobu.com/2017/01/05/-T-or-T-it-s-a-question/

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