go语言unsafe go语言和java哪个更有前途

Go语言中恰到好处的内存对齐

在开始之前，希望你计算一下 Part1 共占用的大小是多少呢？

输出结果：

这么一算， Part1 这一个结构体的占用内存大小为 1+4+1+8+1 = 15 个字节。相信有的小伙伴是这么算的，看上去也没什么毛病

真实情况是怎么样的呢？我们实际调用看看，如下：

输出结果：

最终输出为占用 32 个字节。这与前面所预期的结果完全不一样。这充分地说明了先前的计算方式是错误的。为什么呢？

在这里要提到 “内存对齐” 这一概念，才能够用正确的姿势去计算，接下来我们详细的讲讲它是什么

有的小伙伴可能会认为内存读取，就是一个简单的字节数组摆放

上图表示一个坑一个萝卜的内存读取方式。但实际上 CPU 并不会以一个一个字节去读取和写入内存。相反 CPU 读取内存是 一块一块读取 的，块的大小可以为 2、4、6、8、16 字节等大小。块大小我们称其为 内存访问粒度 。如下图：

在样例中，假设访问粒度为 4。 CPU 是以每 4 个字节大小的访问粒度去读取和写入内存的。这才是正确的姿势

另外作为一个工程师，你也很有必要学习这块知识点哦 :)

在上图中，假设从 Index 1 开始读取，将会出现很崩溃的问题。因为它的内存访问边界是不对齐的。因此 CPU 会做一些额外的处理工作。如下：

从上述流程可得出，不做 “内存对齐” 是一件有点 "麻烦" 的事。因为它会增加许多耗费时间的动作

而假设做了内存对齐，从 Index 0 开始读取 4 个字节，只需要读取一次，也不需要额外的运算。这显然高效很多，是标准的 空间换时间 做法

在不同平台上的编译器都有自己默认的 “对齐系数”，可通过预编译命令 #pragma pack(n) 进行变更，n 就是代指 “对齐系数”。一般来讲，我们常用的平台的系数如下：

另外要注意，不同硬件平台占用的大小和对齐值都可能是不一样的。因此本文的值不是唯一的，调试的时候需按本机的实际情况考虑

输出结果：

在 Go 中可以调用 unsafe.Alignof 来返回相应类型的对齐系数。通过观察输出结果，可得知基本都是 2^n ，最大也不会超过 8。这是因为我手提（64 位）编译器默认对齐系数是 8，因此最大值不会超过这个数

在上小节中，提到了结构体中的成员变量要做字节对齐。那么想当然身为最终结果的结构体，也是需要做字节对齐的

接下来我们一起分析一下，“它” 到底经历了些什么，影响了 “预期” 结果

在每个成员变量进行对齐后，根据规则 2，整个结构体本身也要进行字节对齐，因为可发现它可能并不是 2^n ，不是偶数倍。显然不符合对齐的规则

根据规则 2，可得出对齐值为 8。现在的偏移量为 25，不是 8 的整倍数。因此确定偏移量为 32。对结构体进行对齐

Part1 内存布局：axxx|bbbb|cxxx|xxxx|dddd|dddd|exxx|xxxx

通过本节的分析，可得知先前的 “推算” 为什么错误？

是因为实际内存管理并非 “一个萝卜一个坑” 的思想。而是一块一块。通过空间换时间（效率）的思想来完成这块读取、写入。另外也需要兼顾不同平台的内存操作情况

在上一小节，可得知根据成员变量的类型不同，其结构体的内存会产生对齐等动作。那假设字段顺序不同，会不会有什么变化呢？我们一起来试试吧 :-)

输出结果：

通过结果可以惊喜的发现，只是 “简单” 对成员变量的字段顺序进行改变，就改变了结构体占用大小

接下来我们一起剖析一下 Part2 ，看看它的内部到底和上一位之间有什么区别，才导致了这样的结果？

符合规则 2，不需要额外对齐

Part2 内存布局：ecax|bbbb|dddd|dddd

通过对比 Part1 和 Part2 的内存布局，你会发现两者有很大的不同。如下：

仔细一看， Part1 存在许多 Padding。显然它占据了不少空间，那么 Padding 是怎么出现的呢？

通过本文的介绍，可得知是由于不同类型导致需要进行字节对齐，以此保证内存的访问边界

那么也不难理解，为什么 调整结构体内成员变量的字段顺序 就能达到缩小结构体占用大小的疑问了，是因为巧妙地减少了 Padding 的存在。让它们更 “紧凑” 了。这一点对于加深 Go 的内存布局印象和大对象的优化非常有帮

相关问答

Q1: go之unsafe

unsafe包配合uintptr可以绕过go的安全检查，对内存进行操作

unsafe包中提供3个函数，2个类型

ArbitraryType 类型，底层定义是int类型，但是go赋予了特殊的意义，我们完全可以无视该类型，当做占位符来看，因为它比 interface{} 还要随意

Pointer 类型，底层定义是 ArbitraryType 的指针类型，可以认为是通用指针类型，记住两个规则即可

uintptr 是自定义的内置类型，翻译过来的意思就是 uintptr 是一个整数类型，且能容纳任何指针

通过 uintptr ，我们就能进行指针运算，进而访问内存甚至修改内存数据

Offsetof 方法主要作用是返回结构体成员在内存中的位置离结构体起始处(结构体的第一个字段的偏移量都是0)的字节数，即偏移量，通过源码注释可知其入参必须是一个结构体

Sizeof 返回变量在内存中占用的字节数(切记，如果是slice，则不会返回这个slice在内存中的实际占用长度)

请先看 Go结构体的内存对齐

Alignof 用于获取变量的对齐系数，获取到变量的对齐系数后，就可以计算出结构体中字段的偏移量(对齐系数的倍数)

Q2: Go 如何查看一个变量的内存地址 理解指针问题

熟悉C语言的同学都知道，查看一个变量的地址在处理指针的相关问题的时候直观重要，在C中直接取地址符 即可。那么在Go语言中如何查看一个变量的地址，我们使用unsafe.Pointer() 函数来查看一个变量的内存地址。

举例：

type Vertex struct {

X, Y float64

}

func (v Vertex) sqrt() float64 {

return math.Sqrt(v.X * v.X + v.Y * v.Y)

}

func (v Vertex) scale(f float64) { //带 号 和不带*号的区别 可以从内存地址来看出

fmt.printf("=======", unsafe.Pointer(v))//v 本身就是指针 存储的就是地址 不用取地址

v.X = x.X * f

v.Y = v.Y * f

}

func main() {

v := Vertex{3, 4}

fmt.printf("=======", unsafe.Pointer(v))

v.scale(10)

fmt.Println(v.sqrt())

}

//带 号 打印的结果 ====== -%!(EXTRA unsafe.Pointer=0xc00006e070)======%!(EXTRA unsafe.Pointer=0xc00006e070) 相同

//不带 号 打印的结果 ======%!(EXTRA unsafe.Pointer=0xc000094060)======%!(EXTRA unsafe.Pointer=0xc000094090) 不同

去掉*号 在scale()方法中要对 v 进行取地址操作

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