Go内存分配之结构体优化技巧

2023-11-22 10:59:40 作者：洛天枫

这篇文章主要为大家详细介绍了Go语言内存分配之结构体优化技巧的相关知识,文中的示例代码讲解详细,感兴趣的小伙伴可以跟随小编一起学习一下

在使用Golang进行内存分配时，我们需要遵循一系列规则。在深入了解这些规则之前，我们需要先了解变量的对齐方式。

Golang的unsafe包中有一个函数Alignof，签名如下：

func Alignof(x ArbitraryType) uintptr

对于任何类型为v的变量x，AlignOf函数会返回该变量的对齐方式。我们将对齐方式记为m。现在，Golang确保m是满足变量x的内存地址 % m == 0的最大可能数，也就是说，变量x的内存地址是m的倍数。

让我们来看看一些数据类型的对齐方式：

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

对于结构体中的字段，行为可能会有所不同，详细信息请参考包的文档。

为了更好地理解结构体内存分配的情况，我们将使用unsafe包中的另一个函数Offsetof。该函数返回字段相对于结构体起始位置的位置，换句话说，它返回字段起始位置与结构体起始位置之间的字节数。

func Offsetof(x ArbitraryType) uintptr

为了更好地理解结构体内存分配，让我们以一个示例结构体为例：

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

现在，我们将找出类型为Example的变量所占用的总内存，并尝试优化分配。

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)) // 输出：0
fmt.Println("字段b的偏移量：", unsafe.Offsetof(v.b)) // 输出：8
fmt.Println("字段c的偏移量：", unsafe.Offsetof(v.c)) // 输出：24
fmt.Println("字段d的偏移量：", unsafe.Offsetof(v.d)) // 输出：28

现在，问题出现了：“为什么结构体中字段b的偏移量是8？它应该是1，因为字段a的类型是int8，只占用1个字节。”回到字符串数据类型的对齐方式，它的值为8，这意味着地址需要被8整除，因此在其中插入了7个字节的“填充”，以确保这种行为。

为什么字段c的偏移量是24？字段b中的字符串看起来比16个字节要长得多，如果字符串的偏移量是8，那么字段c的偏移量应该更大一些。

上述问题的答案是，在Go中，字符串并不是在结构体内的同一位置分配内存的。有一个单独的数据结构来保存字符串描述符，并且该字符串描述符以原地方式存储在结构体中，用于类型为string的字段，该描述符的大小为16个字节。

现在，让我们来看看unsafe包中的另一个函数Sizeof。正如其名称所示，该函数估计并返回类型为x的变量所占用的字节数。

注意：它是根据结构体中可能存在的不同大小的字段来估计大小的。

func Sizeof(x ArbitraryType) uintptr

现在，让我们来看看我们的结构体Example的大小。

fmt.Println("Example的大小：", unsafe.Sizeof(v)) // 输出：32

我们如何优化这个结构体以最小化填充呢？

为了优化这个结构体的内存，我们将查看不同数据类型的对齐方式，并尝试减少填充。让我们尝试将两个int8类型的字段放在一起。

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)) // 输出：0
fmt.Println("字段b的偏移量：", unsafe.Offsetof(v.b)) // 输出：8
fmt.Println("字段c的偏移量：", unsafe.Offsetof(v.c)) // 输出：1
fmt.Println("字段d的偏移量：", unsafe.Offsetof(v.d)) // 输出：24
fmt.Println("Example的大小：", unsafe.Sizeof(v)) // 输出：32

太棒了，我们去掉了一些填充，但是为什么大小仍然是32？大小应该是1（a）+ 1（c）+ 6（填充）+ 16（b）+ 4（d）= 28

现在，当结构体的最后一个字段与架构的对齐要求不完全一致时，会在最后一个字段之后添加填充，以确保结构体的整体大小是其字段中最大对齐要求的倍数。因为字符串数据类型的最大对齐方式为8，所以额外添加了填充，使大小成为8的倍数，即在末尾填充了4个字节，使大小为32字节。

我们能否进一步减少填充，使其更加优化？

让我们尝试通过移动字段位置来实现。

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)) // 输出：20
fmt.Println("字段b的偏移量：", unsafe.Offsetof(v.b)) // 输出：0
fmt.Println("字段c的偏移量：", unsafe.Offsetof(v.c)) // 输出：21
fmt.Println("字段d的偏移量：", unsafe.Offsetof(v.d)) // 输出：16
fmt.Println("Example的大小：", unsafe.Sizeof(v)) // 输出：24

我们可以看到，通过重新排列字段的位置，使得对齐需要最小化填充，我们已经将结构体的大小从32减小到24，这是内存优化的巨大进步，达到了25%。

当前的内存占用是16（b）+ 4（d）+ 1（a）+ 1（b）+ 2（填充）。

遗憾的是，由于语言和架构的限制，我们无法进一步去除填充。

到此这篇关于Go内存分配之结构体优化技巧的文章就介绍到这了,更多相关Go结构体内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！

Go内存分配之结构体优化技巧

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