教程集 www.jiaochengji.com
教程集 >  Golang编程  >  golang教程  >  正文 golang底层数据类型实现原理

golang底层数据类型实现原理

发布时间:2023-02-28   编辑:jiaochengji.com
教程集为您提供golang底层数据类型实现原理等资源,欢迎您收藏本站,我们将为您提供最新的golang底层数据类型实现原理资源

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:/src/pkg/runtime/runtime.h(我没找到) 。我们先来看下基础类型:

/*
 * basic types
 */
typedef signed char             int8;
typedef unsigned char           uint8;
typedef signed short            int16;
typedef unsigned short          uint16;
typedef signed int              int32;
typedef unsigned int            uint32;
typedef signed long long int    int64;
typedef unsigned long long int  uint64;
typedef float                   float32;
typedef double                  float64;

#ifdef _64BIT
typedef uint64          uintptr;
typedef int64           intptr;
typedef int64           intgo; // Go\'s int
typedef uint64          uintgo; // Go\'s uint
#else
typedef uint32          uintptr;
typedef int32           intptr;
typedef int32           intgo; // Go\'s int
typedef uint32          uintgo; // Go\'s uint
#endif

/*
 * defined types
 */

typedef uint8           bool;
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。
package main

import (
        "fmt"
        "reflect"
)

func main() {
        var b byte = \'D\'
        fmt.Printf("output: %v\n", reflect.TypeOf(b).Kind())
}

$ cd /src/basictype_test
$ go build
$ ./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

源码位置:/src/string.go
string类型的底层是一个C struct。

struct String
{
        byte*   str;
        intgo   len;
};
 type stringStruct struct {
   str unsafe.Pointer
   len int
}
  • 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。
/src/basictype_test/main.go

package main

import (
    "fmt"
    "unsafe"
)

func main() {
    var str string = "hi, 陈一回~"
    p := (*struct {
        str uintptr
        len int
    })(unsafe.Pointer(&str)) //指针转换
    
    fmt.Printf("% v\n", p)
}

$ cd /src/basictype_test
$ go build
$ ./basictype_test
output: &{str:135100456 len: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

源码位置:/src/slice.go
slice类型的底层同样是一个C struct。

struct  Slice
{               // must not move anything
    byte*   array;      // actual data
    uintgo  len;        // number of elements
    uintgo  cap;        // allocated number of elements
};
type slice struct {
 array unsafe.Pointer
 len   int
 cap   int
}
  • 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。
package main

import (
    "fmt"
    "unsafe"
)

func main() {
    var slice []int32 = make([]int32, 5, 10)
    p := (*struct {
        array uintptr
        len   int
        cap   int
    })(unsafe.Pointer(&slice))

    fmt.Printf("output: % v\n", p)
}

$ cd /src/basictype_test
$ go build
$ ./basictype_test
output: &{array:406958176 len:5 cap: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。
package main

import (
    "fmt"
)

func main() {
    var array = [...]int32{1, 2, 3, 4, 5}
    var slice = 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)
}

$ cd /src/basictype_test
$ go build
$ ./basictype_test
改变slice之前: array=[1 2 3 4 5], slice=[3 4]
改变slice之后: array=[1 2 234 4 5], slice=[234 4]
  • 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。

package main

import (
    "fmt"
)

func main() {
    var array = [...]int32{1, 2, 3, 4, 5}
    var slice = 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)

}

$ cd /src/basictype_test
$ go build
$ ./basictype_test
改变slice之前: array=[1 2 3 4 5], slice=[3 4 6 7 8]
改变slice之后: array=[1 2 3 4 5], slice=[234 4 6 7 8]
  • 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

package main

import (
    "fmt"
)

func main() {
    var slice1 = []int32{1, 2, 3, 4, 5}
    var slice2 = 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)
}

$ cd /src/basictype_test
$ go build
$ ./basictype_test
改变slice2之前: slice1=[1 2 3 4 5], slice2=[3 4]
改变slice2之后: slice1=[1 2 234 4 5], slice2=[234 4]
  • 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。
package main

import (
    "fmt"
)

func main() {
    var slice1 = []int32{1, 2, 3, 4, 5}
    var slice2 = 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)
}

$ cd /src/basictype_test
$ go build
$ ./basictype_test
改变slice2之前: slice1=[1 2 3 4 5], slice2=[3 4]
改变slice2之后: slice1=[1 2 3 4 5], slice2=[3 4 6 7 8]
  • 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/src/runtime/runtime2.h中定义了:

struct Iface {
    Itab*   tab;
    void*   data;
};

struct Eface {
    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。
package main

import (
    "fmt"
    "unsafe"
)

func main() {
    var str interface{} = "Hello World!"
    p := (*struct {
        tab  uintptr
        data uintptr
    })(unsafe.Pointer(&str))

   fmt.Println("interface{}.data大小:", unsafe.Sizeof(p.data)) 
   fmt.Println("interface{}.tab:", unsafe.Sizeof(p.tab))
   fmt.Printf("% v\n", p)
}

$ cd /src/basictype_test
$ go build
$ ./basictype_test
output: 
interface{}.data大小: 8
interface{}.tab: 8
&{tab:134966528 data:406847688}

map类型

golang的map实现是hashtable,源码在:/src/runtime/hashmap.go 。

type hmap struct {
  // Note: the format of the Hmap is encoded in ../../cmd/internal/gc/reflect.go and
  // ../reflect/type.go. Don\'t change this structure without also changing that code!
 count     int // # live cells == size of map.  Must be first (used by len() builtin)
 flags     uint8
 B         uint8  // log_2 of # of buckets (can hold up to loadFactor * 2^B items)
 noverflow uint16 // approximate number of overflow buckets; see incrnoverflow for details
 hash0     uint32 // hash seed
 
 buckets    unsafe.Pointer // array of 2^B Buckets. may be nil if count==0.
 oldbuckets unsafe.Pointer // previous bucket array of half the size, non-nil only when growing
 nevacuate  uintptr        // progress counter for evacuation (buckets less than this have been evacuated)

 extra *mapextra // optional fields
}

测试代码如下:

package main

import (
    "fmt"
    "unsafe"
)

func main() {
    var m = make(map[string]int32, 10)
    m["hello"] = 123
    p := (*struct {
        count      int
        flags      uint32
        hash0      uint32
        B          uint8
        keysize    uint8
        valuesize  uint8
        bucketsize uint16
        buckets    uintptr
        oldbuckets uintptr
        nevacuate  uintptr
    })(unsafe.Pointer(&m))

    fmt.Printf("output: % v\n", p)
}

$ cd /src/basictype_test
$ go build
$ ./basictype_test
output: &{count:407032064 flags:0 hash0:134958144 B:192 keysize:0 valuesize:64 bucketsize:30063 buckets:540701813 oldbuckets:0 nevacuate:0}

转载地址

到此这篇关于“golang底层数据类型实现原理”的文章就介绍到这了,更多文章或继续浏览下面的相关文章,希望大家以后多多支持JQ教程网!

您可能感兴趣的文章:
11.深入理解切片(slice)
【GoLang】golang底层数据类型实现原理
探索Golang协程实现——从v1.0开始
golang切片内存应用技巧
学习golang开始前的准备工作
总结.NET三层架构中逻辑分层架构
Golang interface 接口要点梳理
golang 解析struct为map_Golang 的引用类型底层实现
redis list操作_闲扯Redis四 : List数据类型底层编码转换
golang中slice的扩容原理

[关闭]
~ ~