一文弄懂：【Go】内存中的结构体
结构体
所谓结构体，文弄实际上就是懂G的结由各种类型的数据组合而成的一种复合数据类型.
在数据存储上来讲，结构体和数组没有太大的存中区别. 只不过结构体的各个字段(元素)类型可以相同，也可以不同，构体所以只能通过字段的文弄相对偏移量进行访问. 而数组的各个元素类型相同，可以通过索引快速访问，懂G的结实际其本质上也是存中通过相对偏移量计算地址进行访问.
因为结构体的各个字段类型不同，有大有小，构体而结构体在存储时通常需要进行内存对齐，文弄所以结构体在存储时可能会出现"空洞"，懂G的结也就是存中无法使用到的内存空间.
在之前的Go系列文章中，我们接触最多的构体结构体是reflect包中的rtype，可以说已经非常熟悉.
type rtype struct { size uintptr ptrdata uintptr // number of bytes in the type that can contain pointers hash uint32 // hash of type; avoids computation in hash tables tflag tflag // extra type information flags align uint8 // alignment of variable with this type fieldAlign uint8 // alignment of struct field with this type kind uint8 // enumeration for C equal func(unsafe.Pointer,文弄 unsafe.Pointer) bool gcdata *byte // garbage collection data str nameOff // string form ptrToThis typeOff // type for pointer to this type, may be zero }在64位程序和系统中占48个字节，其结构分布如下：
在Go语言中，懂G的结使用reflect.rtype结构体描述任何Go类型的云服务器提供商存中基本信息.
在Go语言中，使用reflect.structType结构体描述结构体类别(reflect.Struct)数据的类型信息，定义如下：
// structType represents a struct type. type structType struct { rtype pkgPath name fields []structField // sorted by offset } // Struct field type structField struct { name name // name is always non-empty typ *rtype // type of field offsetEmbed uintptr // byte offset of field<<1 | isEmbedded }在64位程序和系统中占80个字节，其结构分布如下：
在之前的几篇文章中，已经详细介绍了类型方法相关内容，如果还未阅读，建议不要错过：
再谈整数类型 深入理解函数 内存中的接口类型在Go语言中，结构体类型不但可以包含字段，还可以定义方法，实际上完整的类型信息结构分布如下：
当然，结构体是可以不包含字段的，也可以没有方法的.
环境
OS : Ubuntu 20.04.2 LTS; x86_64 Go : go version go1.16.2 linux/amd64声明
操作系统、处理器架构、Go版本不同，均有可能造成相同的源码编译后运行时的寄存器值、内存地址、数据结构等存在差异。
本文仅包含 64 位系统架构下的 64 位可执行程序的研究分析。
本文仅保证学习过程中的分析数据在当前环境下的准确有效性。
代码清单
在Go语言中，云服务器结构体随处可见，所以本文示例代码中不再自定义结构体，而是使用Go语言中常用的结构体用于演示.
在 命令行参数详解 一文中，曾详细介绍过flag.FlagSet结构体.
本文，我们将详细介绍flag.FlagSet和reflect.Value两个结构体的类型信息.
package main import ( "flag" "fmt" "reflect" ) func main() { f := flag.FlagSet{ } Print(reflect.TypeOf(f)) Print(reflect.TypeOf(&f)) _ = f.Set("hello", "world") f.PrintDefaults() fmt.Println(f.Args()) v := reflect.ValueOf(f) Print(reflect.TypeOf(v)) Print(reflect.TypeOf(&v)) Print(reflect.TypeOf(struct{ }{ })) } //go:noinline func Print(t reflect.Type) { fmt.Printf("Type = %s\t, address = %p\n", t, t) }运行
从运行结果可以看到：
结构体flag.FlagSet的类型信息保存在0x4c2ac0地址处. 结构体指针*flag.FlagSet的类型信息保存在0x4c68e0地址处. 结构体reflect.Value的类型信息保存在0x4ca160地址处. 结构体指针*reflect.Value的类型信息保存在0x4c9c60地址处. 匿名结构体struct{ }{ }的类型信息保存在0x4b4140地址处.内存分析
在main函数入口处设置断点进行调试.我们先从简单的结构体开始分析.
匿名结构体struct{ }
该结构体既没有字段，也没有方法，其类型信息数据如下：
这是一个特殊的结构体，没有字段，没有方法，不占用内存空间，明明定义在main包中，但是包路径信息为空，存储结构分布如下：
好神奇的是，struct{ }类型的对象居然是可以比较的，其比较函数是runtime.memequal0，服务器托管定义如下：
func memequal0(p, q unsafe.Pointer) bool { return true }也就是说，所有的struct{ }类型的对象，无论它们在内存的什么位置，无论它们是在什么时间创建的，永远都是相等的.
细细品，还是蛮有道理的.
结构体类型flag.FlagSet
结构体flag.FlagSet包含8个字段，其类型信息占用288个字节.
从以上数据可以看到，结构体flag.FlagSet类型的数据对象，占用96字节的存储空间，并且所有字段全部被视为指针数据.
flag.FlagSet类型的对象不可比较，因为其rtype.equal字段值nil. 除了struct{ }这个特殊的结构体类型，估计是不容易找到可比较的结构体类型了.
从以上字段数据可以看到，FlagSet.parsed字段的偏移量是24，FlagSet.actual字段的偏移量是32;也就是说，bool类型的FlagSet.parsed字段实际占用8字节的存储空间.
bool类型的实际值只能是0或1，只需要占用一个字节即可，实际的机器指令也会读取一个字节. 也就是，flag.FlagSet类型的对象在存储时，因为8字节对齐，此处需要浪费7个字节的空间.
从以上字段数据可以看到，string类型的字段占16个字节，[]string类型的字段占24个字节，接口类型的字段占16个字节，与之前文章中分析得到的结果一直.
另外，可以看到map类型的字段，实际占用8个字节的空间，在之后的文章中将会详细介绍map类型.
仔细的读者可能已经注意到，flag.FlagSet类型没有任何方法，因为其uncommonType.mcount = 0.
在flag/flag.go源文件中，不是定义了很多方法吗?
以上代码清单中，flag.FlagSet类型的对象f为什么可以调用以下方法呢?
_ = f.Set("hello", "world") f.PrintDefaults() fmt.Println(f.Args())实际上，flag/flag.go源文件中定义的方法的receiver都是*flag.FlagSet指针类型，没有flag.FlagSet类型.
// Args returns the non-flag arguments. func (f *FlagSet) Args() []string { return f.args }flag.FlagSet类型的对象f能够调用*flag.FlagSet指针类型的方法，只不过是编译器为方便开发者实现的语法糖而已.
在本例中，编译器会把flag.FlagSet类型的对象f的地址作为参数传递给*flag.FlagSet指针类型的方法.反之，编译器也是支持的.
指针类型*flag.FlagSet
为了方便查看类型信息，笔者开发了一个gdb的插件脚本.
查看*flag.FlagSet类型的信息如下，共包含38个方法，其中34个是公共方法.此处不再一一介绍.
(gdb) info type 0x4c68e0 interfaceType { rtype = { size = 0x8 (8) ptrdata = 0x8 (8) hash = 0xe05aa02c tflag = tflagUncommon | tflagRegularMemory align = 8 fieldAlign = 8 kind = ptr equal = 0x403a00 <runtime.memequal64> gcdata = 0x4d2e28 str = *flag.FlagSet ptrToThis = 0x0 (0x0) } elem = 0x4c2ac0 -> flag.FlagSet } uncommonType { pkgpath = flag mcount = 38 xcount = 34 moff = 16 } methods [ { name = Arg mtyp = nil ifn = nil tfn = nil }, { name = Args mtyp = nil ifn = nil tfn = nil }, { name = Bool mtyp = nil ifn = nil tfn = nil }, { name = BoolVar mtyp = nil ifn = nil tfn = nil }, { name = Duration mtyp = nil ifn = nil tfn = nil }, { name = DurationVar mtyp = nil ifn = nil tfn = nil }, { name = ErrorHandling mtyp = nil ifn = nil tfn = nil }, { name = Float64 mtyp = nil ifn = nil tfn = nil }, { name = Float64Var mtyp = nil ifn = nil tfn = nil }, { name = Func mtyp = nil ifn = nil tfn = nil }, { name = Init mtyp = nil ifn = nil tfn = nil }, { name = Int mtyp = nil ifn = nil tfn = nil }, { name = Int64 mtyp = nil ifn = nil tfn = nil }, { name = Int64Var mtyp = nil ifn = nil tfn = nil }, { name = IntVar mtyp = nil ifn = nil tfn = nil }, { name = Lookup mtyp = nil ifn = nil tfn = nil }, { name = NArg mtyp = 0x4b0960 -> func() int ifn = nil tfn = nil }, { name = NFlag mtyp = 0x4b0960 -> func() int ifn = nil tfn = nil }, { name = Name mtyp = 0x4b0b20 -> func() string ifn = 0x4a36e0 <flag.(*FlagSet).Name> tfn = 0x4a36e0 <flag.(*FlagSet).Name> }, { name = Output mtyp = nil ifn = nil tfn = nil }, { name = Parse mtyp = nil ifn = nil tfn = nil }, { name = Parsed mtyp = 0x4b0920 -> func() bool ifn = nil tfn = nil }, { name = PrintDefaults mtyp = 0x4b0140 -> func() ifn = 0x4a3ec0 <flag.(*FlagSet).PrintDefaults> tfn = 0x4a3ec0 <flag.(*FlagSet).PrintDefaults> }, { name = Set mtyp = nil ifn = 0x4a37a0 <flag.(*FlagSet).Set> tfn = 0x4a37a0 <flag.(*FlagSet).Set> }, { name = SetOutput mtyp = nil ifn = nil tfn = nil }, { name = String mtyp = nil ifn = nil tfn = nil }, { name = StringVar mtyp = nil ifn = nil tfn = nil }, { name = Uint mtyp = nil ifn = nil tfn = nil }, { name = Uint64 mtyp = nil ifn = nil tfn = nil }, { name = Uint64Var mtyp = nil ifn = nil tfn = nil }, { name = UintVar mtyp = nil ifn = nil tfn = nil }, { name = Var mtyp = nil ifn = nil tfn = nil }, { name = Visit mtyp = nil ifn = nil tfn = nil }, { name = VisitAll mtyp = nil ifn = 0x4a3700 <flag.(*FlagSet).VisitAll> tfn = 0x4a3700 <flag.(*FlagSet).VisitAll> }, { name = defaultUsage mtyp = 0x4b0140 -> func() ifn = 0x4a3f20 <flag.(*FlagSet).defaultUsage> tfn = 0x4a3f20 <flag.(*FlagSet).defaultUsage> }, { name = failf mtyp = nil ifn = nil tfn = nil }, { name = parseOne mtyp = nil ifn = nil tfn = nil }, { name = usage mtyp = 0x4b0140 -> func() ifn = nil tfn = nil } ]结构体类型reflect.Value
实际上，编译器比想象的做的更多.
有时候，编译器会把源代码中的一个方法，编译出两个可执行的方法.在 内存中的接口类型 一文中，曾进行了详细分析.
直接运行gdb脚本查看reflect.Value类型信息，有3个字段，75个方法，此处为方便展示，省略了大部分方法信息.
(gdb) info type 0x4ca160 structType { rtype = { size = 0x18 (24) ptrdata = 0x10 (16) hash = 0x500c1abc tflag = tflagUncommon | tflagExtraStar | tflagNamed | tflagRegularMemory align = 8 fieldAlign = 8 kind = struct equal = 0x402720 <runtime.memequal_varlen> gcdata = 0x4d2e48 str = reflect.Value ptrToThis = 0x23c60 (0x4c9c60) } pkgPath = reflect fields = [ { name = 0x4875094 -> typ typ = 0x4c6e60 -> *reflect.rtype offsetEmbed = 0x0 (0) }, { name = 0x4874896 -> ptr typ = 0x4b13e0 -> unsafe.Pointer offsetEmbed = 0x8 (8) }, { name = 0x4875112 -> flag typ = 0x4be7c0 -> reflect.flag offsetEmbed = 0x10 (16) embed } ] } uncommonType { pkgpath = reflect mcount = 75 xcount = 61 moff = 88 } methods [ { name = Addr mtyp = nil ifn = nil tfn = nil }, { name = Bool mtyp = 0x4b0920 -> func() bool ifn = nil tfn = 0x4881c0 <reflect.Value.Bool> }, ...... { name = Kind mtyp = 0x4b0aa0 -> func() reflect.Kind ifn = 0x48d500 <reflect.(*Value).Kind> tfn = 0x489400 <reflect.Value.Kind> }, { name = Len mtyp = 0x4b0960 -> func() int ifn = 0x48d560 <reflect.(*Value).Len> tfn = 0x489420 <reflect.Value.Len> }, ...... ]再看*reflect.Value指针类型的信息，没有任何字段(毕竟是指针)，也有75个方法.
(gdb) info type 0x4c9c60 interfaceType { rtype = { size = 0x8 (8) ptrdata = 0x8 (8) hash = 0xf764ad0 tflag = tflagUncommon | tflagRegularMemory align = 8 fieldAlign = 8 kind = ptr equal = 0x403a00 <runtime.memequal64> gcdata = 0x4d2e28 str = *reflect.Value ptrToThis = 0x0 (0x0) } elem = 0x4ca160 -> reflect.Value } uncommonType { pkgpath = reflect mcount = 75 xcount = 61 moff = 16 } methods [ { name = Addr mtyp = nil ifn = nil tfn = nil }, { name = Bool mtyp = 0x4b0920 -> func() bool ifn = nil tfn = nil }, ...... { name = Kind mtyp = 0x4b0aa0 -> func() reflect.Kind ifn = 0x48d500 <reflect.(*Value).Kind> tfn = 0x48d500 <reflect.(*Value).Kind> }, { name = Len mtyp = 0x4b0960 -> func() int ifn = 0x48d560 <reflect.(*Value).Len> tfn = 0x48d560 <reflect.(*Value).Len> }, ...... ]我们可以清楚地看到，在源码中Len()方法，编译之后，生成了两个可执行方法，分别是：
reflect.Value.Len reflect.(*Value).Len func (v Value) Len() int { k := v.kind() switch k { case Array: tt := (*arrayType)(unsafe.Pointer(v.typ)) return int(tt.len) case Chan: return chanlen(v.pointer()) case Map: return maplen(v.pointer()) case Slice: // Slice is bigger than a word; assume flagIndir. return (*unsafeheader.Slice)(v.ptr).Len case String: // String is bigger than a word; assume flagIndir. return (*unsafeheader.String)(v.ptr).Len } panic(&ValueError{ "reflect.Value.Len", v.kind()}) }通过reflect.Value类型的对象调用时，实际可能执行的两个方法中的任何一个.
通过*reflect.Value类型的指针对象调用时，也可能执行的两个方法中的任何一个.
这完全是由编译器决定的.
但是通过接口调用时，执行的一定是reflect.(*Value).Len这个方法的指令集合.
自定义结构体千变万化，但是结构体类型信息相对还是单一，容易理解.