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：
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 |
/* *basictypes */ typedefsignedcharint8; typedefunsignedcharuint8; typedefsignedshortint16; typedefunsignedshortuint16; typedefsignedintint32; typedefunsignedintuint32; typedefsignedlonglongintint64; typedefunsignedlonglongintuint64; typedeffloatfloat32; typedefdoublefloat64; #ifdef_64BIT typedefuint64uintptr; typedefint64intptr; typedefint64intgo;//Go'sint typedefuint64uintgo;//Go'suint #else typedefuint32uintptr; typedefint32intptr; typedefint32intgo;//Go'sint typedefuint32uintgo;//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：
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 |
packagemain import( "fmt" "reflect" ) funcmain(){ varbbyte='D' fmt.Printf("output:%v\n",reflect.TypeOf(b).Kind()) } |
|
1 2 3 4 |
$cd$GOPATH/src/basictype_test $gobuild $./basictype_test output: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。
|
1 2 3 4 5 |
structString { byte*str; intgolen; }; |
成员str为字符数组，len为字符数组长度。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
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 |
packagemain import( "fmt" "unsafe" ) funcmain(){ varstrstring="hi,陈一回~" p:=(*struct{ struintptr lenint })(unsafe.Pointer(&str)) fmt.Printf("%+v\n",p) } |
|
1 2 3 4 |
$cd$GOPATH/src/basictype_test $gobuild $./basictype_test output:&{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。
|
1 2 3 4 5 6 |
struct Slice {//mustnotmoveanything byte* array;//actualdata uintgo len;//numberofelements uintgo 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。
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 |
packagemain import( "fmt" "unsafe" ) funcmain(){ varslice[]int32=make([]int32,5,10) p:=(*struct{ arrayuintptr lenint capint })(unsafe.Pointer(&slice)) fmt.Printf("output:%+v\n",p) } |
|
1 2 3 4 |
$cd$GOPATH/src/basictype_test $gobuild $./basictype_test output:&{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：
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 |
packagemain import( "fmt" ) funcmain(){ vararray=[...]int32{1,2,3,4,5} varslice=array[2:4] fmt.Printf("改变slice之前:array=%+v,slice=%+v\n",array,slice) slice[0]=234 fmt.Printf("改变slice之后:array=%+v,slice=%+v\n",array,slice) } |
|
1 2 3 4 5 |
$cd$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：
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 |
packagemain import( "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=%+v\n",array,slice) slice[0]=234 fmt.Printf("改变slice之后:array=%+v,slice=%+v\n",array,slice) } |
|
1 2 3 4 5 |
$cd$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：
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 |
packagemain import( "fmt" ) funcmain(){ varslice1=[]int32{1,2,3,4,5} varslice2=slice1[2:4] fmt.Printf("改变slice2之前:slice1=%+v,slice2=%+v\n",slice1,slice2) slice2[0]=234 fmt.Printf("改变slice2之后:slice1=%+v,slice2=%+v\n",slice1,slice2) } |
|
1 2 3 4 5 |
$cd$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。
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 |
packagemain import( "fmt" ) funcmain(){ varslice1=[]int32{1,2,3,4,5} varslice2=slice1[2:4] fmt.Printf("改变slice2之前:slice1=%+v,slice2=%+v\n",slice1,slice2) slice2=append(slice2,6,7,8) fmt.Printf("改变slice2之后:slice1=%+v,slice2=%+v\n",slice1,slice2) } |
|
1 2 3 4 5 |
$cd$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：
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 |
structType { uintptrsize; uint32hash; uint8_unused; uint8align; uint8fieldAlign; uint8kind; Alg*alg; void*gc; String*string; UncommonType*x; Type*ptrto; }; |
在$GOROOT/src/pkg/runtime/runtime.h中定义了：
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 |
structIface { Itab* tab; void* data; }; structEface { Type* type; void* data; }; struct Itab { InterfaceType* inter; Type* type; Itab* link; int32 bad; int32 unused; void (*fun[])(void); }; |
interface实际上是一个结构体，包括两个成员，一个是指向数据的指针，一个包含了成员的类型信息。Eface是interface{}底层使用的数据结构。因为interface中保存了类型信息，所以可以实现反射。反射其实就是查找底层数据结构的元数据。完整的实现在：$GOROOT/src/pkg/runtime/iface.c 。
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 |
packagemain import( "fmt" "unsafe" ) funcmain(){ varstrinterface{}="HelloWorld!" p:=(*struct{ tabuintptr datauintptr })(unsafe.Pointer(&str)) fmt.Printf("%+v\n",p) } |
|
1 2 3 4 |
$cd$GOPATH/src/basictype_test $gobuild $./basictype_test output:&{tab:134966528data:406847688} |
map类型
golang的map实现是hashtable，源码在：$GOROOT/src/pkg/runtime/hashmap.c 。
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 |
structHmap { uintgocount; uint32flags; uint32hash0; uint8B; uint8keysize; uint8valuesize; uint16bucketsize; byte*buckets; byte*oldbuckets; uintptrnevacuate; }; |
测试代码如下：
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 |
packagemain import( "fmt" "unsafe" ) funcmain(){ varm=make(map[string]int32,10) m["hello"]=123 p:=(*struct{ countint flagsuint32 hash0uint32 Buint8 keysizeuint8 valuesizeuint8 bucketsizeuint16 bucketsuintptr oldbucketsuintptr nevacuateuintptr })(unsafe.Pointer(&m)) fmt.Printf("output:%+v\n",p) } |
|
1 2 3 4 |
$cd$GOPATH/src/basictype_test $gobuild $./basictype_test output:&{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。
优质内容筛选与推荐>>1、十一
2、MINA之心跳协议运用
3、省份城市下拉框联动简单实例实现方法
4、python接口自动化（二十七）--html 测试报告——上（详解）
5、获取iframe src中参数