Go 中的空结构体和空字符串

在日常的编程过程中，大家应该经常能遇到各种"空"吧，比如空指针、空结构体、空字符串......代码中的这些"空"往往是特例，都有特殊的性质。

本文就以 Go 语言为例，一起来看看空结构体 和空字符串在 Go 语言中的特殊之处。

首先是空结构体。

Go 语言中的空结构体

我们先来运行这样一段代码。

go 复制代码

// https://go.dev/play/p/L2YxOr8k6Qq
package main

type U struct{}
type V struct{}

func main() {
    var i = 10

    var u = U{}
    var v = V{}

    println("i address =", &i)
    println("u address =", &u)
    println("v address =", &v)
}

// 运行结果
// i address = 0xc000046730
// u address = 0xc000046730
// v address = 0xc000046730

i、u、v 这 3 个变量的内存地址竟然完全一样！

u 和 v 的内存地址相同就已经有点出乎意料了，毕竟它们的类型不同，一个是 struct U 的实例（值），一个是 struct V 的实例。但更出乎意料的是，这个内存地址竟然还是变量 i 的地址（如下图）。

这是因为 struct U 和 struct V 都是空结构体 这种特殊的结构体，而空结构体的实例 ，即 struct{}{}，不占用任何存储空间 ，图中自然也就找不到存储着 struct{}{} 的空间。

不占用存储空间且内存地址相同，这就是空结构体这种"空"的特点。

更有意思的是，既然 u （或 v）的地址就是变量 i 的地址，那通过 u 应该也能读出存储在 0xc000046730 这个位置的整数 10吧。让我们来试一试。

go 复制代码

println(*(*int)(unsafe.Pointer(&u)))

果然可以！

下面我们再来看看另一种"空"------空字符串。

Go 语言中的空字符串

下面这段代码会输出什么呢？交替出现的 Sora 和空行吗？

go 复制代码

// https://go.dev/play/p/c1ZfChdH0rT
package main

import "fmt"

func main() {
    title := ""
    go func() {
        for {
            fmt.Println(title)
        }
    }()

    for {
        go func() {
            title = ""
        }()

        go func() {
            title = "Sora"
        }()
    }
}

竟然 painc 了，意不意外？

go 复制代码

panic: runtime error: invalid memory address or nil pointer dereference
[signal SIGSEGV: segmentation violation code=0x1 addr=0x0 pc=0x462cca]

goroutine 18 [running]:
fmt.(*buffer).writeString(...)
    /usr/local/go-faketime/src/fmt/print.go:108
fmt.(*fmt).padString(0x425000000041f01c?, {0x0, 0x4})
    /usr/local/go-faketime/src/fmt/format.go:110 +0x24a
...
fmt.Println(...)
    /usr/local/go-faketime/src/fmt/print.go:314
main.main.func1()
    /tmp/sandbox3517788398/prog.go:9 +0x5a
created by main.main in goroutine 1
    /tmp/sandbox3517788398/prog.go:7 +0x66

下面就来分析一下背后的原因（从本节的标题也能猜出吧，八成和title = ""这里的空字符串有关）。

首先，由倒数第 3 行的 /tmp/sandbox3517788398/prog.go:9 +0x5a 可见，导致 panic 的代码是第 9 行的 fmt.Println(title)。

而 "破案"的线索就在报错信息的这一行（第 7 行）：

bash 复制代码

fmt.(*fmt).padString(0x425000000041f01c?, {0x0, 0x4})

接下来我们先找出 fmt.padString() 函数的定义。

go 复制代码

// https://github.com/golang/go/blob/master/src/fmt/format.go#L110

// padString appends s to f.buf, ...
func (f *fmt) padString(s string) {

对照着定义，可以猜出 {0x0, 0x4} 对应的正是参数 s string。

那再结合字符串类型 string 在 Go 语言中的定义，

go 复制代码

// https://github.com/golang/go/blob/master/src/internal/unsafeheader/unsafeheader.go#L34
type String struct {
    Data unsafe.Pointer
    Len  int
}

不难推测出，这里相当于我们将 String{Data: 0x0, Len: 0x4} 这样一个表示字符串的结构体传递给了 fmt.padString()。而这是一个长度为 4 的空字符串！

这里没有写错，就是长度为 4 的空字符串。

既然长度为 4，那别管空不空，fmt.Println() 就要通过存在于 Data 中的指针（地址）取出这"4个字符"------计算机就是这么"诚实"。但 Data == 0x0，是空指针，当然就空指针 panic 了，即报错信息中的"invalid memory address or nil pointer dereference"。

"案子"是破了，可"长度为 4 的空字符串"又是怎么产生的呢？

罪魁祸首就在这一对儿协程上，

go 复制代码

    for {
        go func() {
            title = ""
        }()

        go func() {
            title = "Sora"
        }()
    }

看似通过 = 一下子就能把字符串赋给变量 title，但实际上不得不依次对 Data 和 Len 赋值，比如，

ini 复制代码

go routine1: title.Data = <空字符串""的地址> = 0x0
go routine1: title.Len  = <空字符串""的长度> = 0

go routine2: title.Data = <字符串"Sora"的地址>
go routine2: title.Len  = <字符串"Sora"的长度> = 4

而当这一对儿协程并发执行时，以上 2 组"语句"的执行顺序是不确定的，完全有可能出现以下二者交替执行情况：

ini 复制代码

go routine2: title.Data = <字符串"Sora"的地址>
    go routine1: title.Data = <空字符串""的地址> = 0x0
    go routine1: title.Len  = <空字符串""的长度> = 0
go routine2: title.Len  = <字符串"Sora"的长度> = 4

于是导致了{Data: 0x0, Len: 0x4}，即长度为 4 的空字符串。

painc 的"案子"终于破了。

本文通过两个小例子简单介绍了 Go 语言中的"空"，诸位也可以测试测试其他语言中的"空"有什么特性。