Go语言中的内存布局详解
一、go语言内存布局
想象一下，你有一个如下的结构体。
typeMyDatastruct{
aByte byte
aShort int16
anInt32int32
aSlice []byte
}
那么这个结构体究竟是什么呢？从根本上说，它描述了如何在内存中布局数据。这是什么意思？编译器又是如何展现出来呢？我们来看一下。首先让我们使用反射来检查结构中的字段。
二、反射之上
下面是一些使用反射来找出字段大小及其偏移量（它们相对于结构的开始位于内存中的位置）的代码。反射可以告诉我们编译器是怎么看待类型（包括结构）的。
//FirstaskGotogiveussomeinformationabouttheMyDatatype
typ:=reflect.TypeOf(MyData{})
fmt.Printf("Structis%dbyteslong\n",typ.Size())
//Wecanrunthroughthefieldsinthestructureinorder
n:=typ.NumField()
fori:=0;i<n;i++{
field:=typ.Field(i)
fmt.Printf("%satoffset%v,size=%d,align=%d\n",
field.Name,field.Offset,field.Type.Size(),
field.Type.Align())
}
除了每个字段的偏移和大小，我还打印了每个字段的对齐方式，我稍后会解释。结果如下：
Structis32byteslong aByteatoffset0,size=1,align=1 aShortatoffset2,size=2,align=2 anInt32atoffset4,size=4,align=4 aSliceatoffset8,size=24,align=8
aByte是我们结构体中的第一个字段，偏移量为0.它使用1字节的内存。
aShort是第二个字段。它使用2字节的内存。奇怪的是偏移量是2。这是为什么呢？答案是对齐，CPU更好地访问位于2字节（“2字节边界”）的倍数的地址处的2个字节，并访问位于4字节边界上的4个字节，直到CPU的自然整数大小，在现代CPU上是8字节（64位）。
在一些较旧的RISCCPU访问错误对齐的数字引起一个故障：在一些UNIX系统上，这将是一个SIGBUS，它会停止你的程序（或内核）。一些系统能够处理这些错误并修复错误：您的代码将运行，但会缓慢的运行，因为额外的代码将由操作系统运行以修复错误。我相信英特尔和ARM的CPU也只是处理芯片上的任何不对齐：也许我们将在以后的文章中测试这一点，以及任何性能的影响。
无论如何，对齐是Go编译器跳过一个字节放置字段aShort以便它位于2字节边界的原因。因为这样，我们可以将另一个字段放进结构体中，而不使它占用更大内存。这里是我们的结构的新版本，在aByte之后立即有一个新字段anotherByte。
typeMyDatastruct{
aByte byte
anotherBytebyte
aShort int16
anInt32 int32
aSlice []byte
}
我们再次运行反射代码，可以看到anotherByte正好在aByte和aShort之间的空闲空间。它坐落在偏移1，aShort仍然在偏移2.现在可能是时候注意我之前提到的那个神秘对齐字段。它告诉我们和Go编译器，这个字段需要如何对齐。
Structis32byteslong aByteatoffset0,size=1,align=1 anotherByteatoffset1,size=1,align=1 aShortatoffset2,size=2,align=2 anInt32atoffset4,size=4,align=4 aSliceatoffset8,size=24,align=8
三、看看内存
然而我们的结构体在内存中到底是什么样子？让我们看看我们能不能找到答案。首先让我们构建一个MyData实例，并填充一些值。我选择了应该容易在内存中找到的值。
data:=MyData{
aByte: 0x1,
aShort: 0x0203,
anInt32:0x04050607,
aSlice: []byte{
0x08,0x09,0x0a,
},
}
现在一些代码访问组成这个结构的字节。我们想要获取这个结构的实例，在内存中找到它的地址，并打印出该内存中的字节。
我们使用unsafe包来帮助我们这样做。这让我们绕过Go类型系统将指向我们的结构的指针转换为32字节数组，这个数组就是组成我们的结构体的内存数据。
dataBytes:=(*[32]byte)(unsafe.Pointer(&data))
fmt.Printf("Bytesare%#v\n",dataBytes)
我们运行以上代码。这是结果，第一个字段，aByte，从我们的结构中以粗体显示。这是希望你期望的，单字节aByte=0x01在偏移0。
Bytesare&[32]uint8{**0x1**,0x0,0x3,0x2,0x7,0x6,0x5,0x4,0x5a,0x5,0x1,0x20,0xc4,0x0,0x0,0x0,0x3,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x3,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0}
接下来我们来看看AShort。这是在偏移量2的位置并且长度为2.如果你记得，aShort=0x0203，但数据显示的字节是倒序。这是因为大多数现代CPU都是Little-Endian：该值的最低位字节首先出现在内存中。
Bytesare&[32]uint8{0x1,0x0,**0x3,0x2**,0x7,0x6,0x5,0x4,0x5a,0x5,0x1,0x20,0xc4,0x0,0x0,0x0,0x3,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x3,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0}
同样的事情发生在Int32=0x04050607。最低位字节首先出现在内存中。
Bytesare&[32]uint8{0x1,0x0,0x3,0x2,**0x7,0x6,0x5,0x4**,0x5a,0x5,0x1,0x20,0xc4,0x0,0x0,0x0,0x3,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x3,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0}
四、神秘的插曲
现在我们看到什么？这是aSlice=[]byte{0x08，0x09，0x0a}，在偏移量8的24个字节。我没有看到我的序列0x08，0x09，0x0a的任何地方的任何符号。这是怎么回事？
Bytesare&[32]uint8{0x1,0x0,0x3,0x2,0x7,0x6,0x5,0x4,**0x5a,0x5,0x1,0x20,0xc4,0x0,0x0,0x0,0x3,0x0**,**0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x3,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0**}
Go反射包里自有答案。slice在Go语言中由以下结构体表示，该结构从指针数据开始，该数据指向保存切片中的数据的存储器;然后是该存储器中的有用数据的长度Len，以及该存储器的大小Cap。
typeSliceHeaderstruct{
Datauintptr
Len int
Cap int
}
如果把它提供给我们的代码，我们得到以下偏移和大小。数据指针和两个长度各为8个字节，具有8个字节对齐。
Structis24byteslong Dataatoffset0,size=8,align=8 Lenatoffset8,size=8,align=8 Capatoffset16,size=8,align=8
如果我们再看一下后面的内存结构，我们可以看到数据是在地址0x000000c42001055a。之后，我们看到Len和Cap都是3，这是我们的数据的长度。
Bytesare&[32]uint8{0x1,0x0,0x3,0x2,0x7,0x6,0x5,0x4,**0x5a,0x5,0x1,0x20,0xc4,0x0,0x0,0x0**,0x3,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x3,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0}
我们可以直接用以下代码访问这些数据字节。首先让我们直接访问slice头，然后打印出数据指向的内存。
dataslice:=*(*reflect.SliceHeader)(unsafe.Pointer(&data.aSlice))
fmt.Printf("Slicedatais%#v\n",
(*[3]byte)(unsafe.Pointer(dataslice.Data)))
这是输出：
Slicedatais&[3]uint8{0x8,0x9,0xa}
总结
以上就是关于Go语言内存布局的全部内容了，希望本文的内容对大家学习或者使用Go语言能有所帮助，如果有疑问大家可以留言交流。