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。
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。
首先看一下 参数类型为 T
的函数调用的情况:
package main import "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):
原始的Bird: {Age:1Name:Blue}, 内存地址:0xc420012260 传入修改后的Bird: {Age:2Name:GreatBlue}, 内存地址:0xc4200122c0 调用后原始的Bird: {Age:1Name: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。
修改上面的例子,将函数的参数类型由 T
改为 *T
:
package main import "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:
原始的Bird: {Age:1Name:Blue}, 内存地址:0xc420076000, 指针的内存地址: 0xc420074000 传入修改后的Bird: {Age:2Name:GreatBlue}, 内存地址:0xc420076000, 指针的内存地址: 0xc420074010 调用后原始的Bird: {Age:2Name: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。
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。
T
。相反,如果想修改原始的变量,则选择 *T
*T
,只创建新的指针,这个区别是巨大的 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 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.
最常见的赋值的例子是对变量的赋值,包括函数内和函数外:
package main import "fmt" type Bird struct { Age int Name string } type Parrot struct { Age int Name string } var parrot1 = Bird{Age:1, Name: "Blue"} var parrot2 = parrot1 func 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:
parrot1: {Age:1Name:Blue}, 内存地址:0xfa0a0 parrot2: {Age:1Name:Blue}, 内存地址:0xfa0c0 parrot2: {Age:1Name:Blue}, 内存地址:0xc42007e0c0 parrot4: {Age:1Name: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。
slice,map和数组在初始化和按索引设置的时候也会创建副本:
package main import "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
parrot1: {Age:1 Name:Blue}, 内存地址:0xfa0a0 parrot2: {Age:1 Name:Blue}, 内存地址:0xc4200160f0 parrot3: {Age:1 Name:Blue}, 内存地址:0xc420016108 parrot4: {Age:1 Name:Blue} parrot5: {Age:1 Name:Blue}, 内存地址:0xc420012320 parrot6: {Age:1 Name:Blue}, 内存地址:0xc420016120 parrot7: {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。
package main import "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
parrot1: {Age:1Name:Blue}, 内存地址:0xfb0a0 parrot2: {Age:1Name:Blue}, 内存地址:0xc4200122a0 parrot3: {Age:2Name:Blue}, 内存地址:0xc4200122a0 parrot4: {Age:3Name:Blue}, 内存地址:0xc4200122a0 parrot2: {Age:1Name:Blue}, 内存地址:0xc420012320 parrot3: {Age:2Name:Blue}, 内存地址:0xc420012320 parrot4: {Age:3Name:Blue}, 内存地址:0xc420012320 parrot2: {Age:1Name:Blue}, 内存地址:0xc4200123a0 parrot3: {Age:2Name:Blue}, 内存地址:0xc4200123a0 parrot4: {Age:3Name: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。
往channel中send对象的时候也会创建对象的副本:
package main import "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:
parrot1: {Age:1Name:Blue}, 内存地址:0xfa0a0 parrot2: {Age:1Name:Blue}, 内存地址:0xc4200122a0 parrot3: {Age:2Name:Blue}, 内存地址:0xc4200122a0 parrot4: {Age:3Name:Blue}, 内存地址:0xc4200122a0
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。
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。
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。
package main import "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
a1: [1 2 3], 内存地址:0xc420012260 a2: [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。
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。
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。
package main import "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:
f1: 0x2200, 内存地址:0xc420028020 f2: 0x2200, 内存地址:0xc420028030