了解go语言中的内存模型 go语言内存占用

golang获取到string和直接赋值strimg不一样

1、 string的定义

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Golang中的string的定义在reflect包下的value.go中，定义如下：

StringHeader 是字符串的运行时表示，其中包含了两个字段，分别是指向数据数组的指针和数组的长度。

// StringHeader is the runtime representation of a string.

// It cannot be used safely or portably and its representation may

// change in a later release.

// Moreover, the Data field is not sufficient to guarantee the data

// it references will not be garbage collected, so programs must keep

// a separate, correctly typed pointer to the underlying data.

type StringHeader struct {

Data uintptr

Len int

}

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1

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2、string不可变

Golang中的字符串是不可变的，不能通过索引下标的方式修改字符串中的数据：

在这里插入图片描述

运行代码，可以看到编译器报错，string是不可变的

在这里插入图片描述

但是能不能进行一些骚操作来改变元素的值呢？

package main

import (

"fmt"

"reflect"

"unsafe"

)

func main() {

a := "hello,world"

b := a[6:]

bptr := (*reflect.StringHeader) (unsafe.Pointer(b))

fmt.Println(a)

fmt.Println(b)

*(*byte)(unsafe.Pointer(bptr.Data)) = '.'

fmt.Println(a)

fmt.Println(b)

}

// 运行结果

hello,world

world

unexpected fault address 0x49d7e3

fatal error: fault

[signal 0xc0000005 code=0x1 addr=0x49d7e3 pc=0x4779fa]

goroutine 1 [running]:

runtime.throw(0x49c948, 0x5)

C:/Program Files/Go/src/runtime/panic.go:1117 +0x79 fp=0xc0000dbe90 sp=0xc0000dbe60 pc=0x405fd9

runtime.sigpanic()

C:/Program Files/Go/src/runtime/signal_windows.go:245 +0x2d6 fp=0xc0000dbee8 sp=0xc0000dbe90 pc=0x4189f6

main.main()

F:/go_workspace/src/code/string_test/main.go:20 +0x13a fp=0xc0000dbf88 sp=0xc0000dbee8 pc=0x4779fa

runtime.main()

C:/Program Files/Go/src/runtime/proc.go:225 +0x256 fp=0xc0000dbfe0 sp=0xc0000dbf88 pc=0x4087f6

runtime.goexit()

C:/Program Files/Go/src/runtime/asm_amd64.s:1371 +0x1 fp=0xc0000dbfe8 sp=0xc0000dbfe0 pc=0x435da1

Process finished with the exit code 2

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在上面的代码中，因为在go语言中不能进行指针的加减运算，因此取切片，让b的Data指针指向’,'所在的位置。然后把"hello,world"中的逗号改为点，但是发现还是不行，程序直接崩溃了。看来go语言中的指针得到了大大的限制，设计者并不想让程序员过度使用指针来写出一些不安全的代码。

3、使用string给另一个string赋值

Golang中的字符串的赋值并不是拷贝底层的字符串数组，而是数组指针和长度字段的拷贝。例如：当我们定义了一个字符串 a := “hello,world” 然后定义了 b := a 底层所做的操作只是创建了两个StringHeader的结构体，它们的Data字段都指向同一段数据，如下图：

在这里插入图片描述

我们可以利用代码来证实这一点：

package main

import (

"fmt"

"reflect"

"unsafe"

)

func main() {

a := "hello,world"

b := a

fmt.Println(a)

fmt.Println(b)

aptr := (*reflect.StringHeader) (unsafe.Pointer(a))

bptr := (*reflect.StringHeader) (unsafe.Pointer(b))

fmt.Println("a ptr:", unsafe.Pointer(aptr.Data))

fmt.Println("b ptr:", unsafe.Pointer(bptr.Data))

}

// 运行结果

hello, world

hello, world

a ptr: 0x6bdb76

b ptr: 0x6bdb76

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在上面的代码中，将a和b转换为StringHeader类型的指针，然后分别打印出，a和b的Data指针的值，发现是相同的

那么如果对a做切片赋值给b呢？

func main() {

a := "hello,world"

b := a[6:]

fmt.Println(a)

fmt.Println(b)

aptr := (*reflect.StringHeader) (unsafe.Pointer(a))

bptr := (*reflect.StringHeader) (unsafe.Pointer(b))

fmt.Println("a ptr:", unsafe.Pointer(aptr.Data))

fmt.Println("b ptr:", unsafe.Pointer(bptr.Data))

}

// 运行结果

hello,world

world

a ptr: 0xd4d849

b ptr: 0xd4d84f

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0xd4d849 - 0xd4d84f = 0x000006

显然，也没有分配新的数组并拷贝数据，而是将原字符数组的指针的偏移赋给了b的StringHeader的Data

4、string重新赋值

如果对一个已经赋值的字符串重新赋值，也不会修改原内存空间，而是申请了新的内存空间，对其赋值，并指向新的内存空间。如下图：

在这里插入图片描述

也可以使用代码来证实一下：

package main

import (

"fmt"

"reflect"

"unsafe"

)

func main() {

a := "hello,world"

aptr := (*reflect.StringHeader) (unsafe.Pointer(a))

fmt.Println("a ptr:", unsafe.Pointer(aptr.Data))

fmt.Println("a len", aptr.Len)

a = "hello,golang"

newAPtr := (*reflect.StringHeader) (unsafe.Pointer(a))

fmt.Println("b ptr:", unsafe.Pointer(newAPtr.Data))

fmt.Println("b len:", newAPtr.Len)

}

// 运行结果

a ptr: 0x3ed7f4

a len 11

b ptr: 0x3edb2c

b len: 12

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golang中的字符串

在go中rune是一个unicode编码点。 我们都知道UTF-8将字符编码为1-4个字节，比如我们常用的汉字，UTF-8编码为3个字节。所以rune也是int32的别名。

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golang之字符串

Go语言的字符有两种类型： 一种是byte型，或者叫uint8类型，代表了ASCII码的一个字符。 一种是rune类型，或者叫int32类型，代表一个UTF-8字符，当需要处理中文、日文等unicode字符时，则需要用到rune类型。 ...

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Golang的 string 类型

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Golang Strings 官方包常用方法，学会这些够用了

1.判断是否以某字符串打头/结尾 2.字符串分割 3.返回子串索引 4.字符串连接 5.字符串转化为大小写 6.统计某个字符在字符串出现的次数 7.判断字符串的包含关系 8.字符串替换

为什么要使用 Go 语言？Go 语言的优势在哪里

1. 保留但大幅度简化指针

Go语言保留着C中值和指针的区别，但是对于指针繁琐用法进行了大量的简化，引入引用的概念。所以在Go语言中，你几乎不用担心会因为直接操作内寸而引起各式各样的错误。

2. 多参数返回

还记得在C里面为了回馈多个参数，不得不开辟几段指针传到目标函数中让其操作么？在Go里面这是完全不必要的。而且多参数的支持让Go无需使用繁琐的exceptions体系，一个函数可以返回期待的返回值加上error，调用函数后立刻处理错误信息，清晰明了。

3. Array，slice，map等内置基本数据结构

如果你习惯了Python中简洁的list和dict操作，在Go语言中，你不会感到孤单。一切都是那么熟悉，而且更加高效。如果你是C++程序员，你会发现你又找到了STL的vector 和 map这对朋友。

4. Interface

Go语言最让人赞叹不易的特性，就是interface的设计。任何数据结构，只要实现了interface所定义的函数，自动就implement了这个interface，没有像Java那样冗长的class申明，提供了灵活太多的设计度和OO抽象度，让你的代码也非常干净。千万不要以为你习惯了Java那种一条一条加implements的方式，感觉还行，等接口的设计越来越复杂的时候，无数Bug正在后面等着你。

同时，正因为如此，Go语言的interface可以用来表示任何generic的东西，比如一个空的interface，可以是string可以是int，可以是任何数据类型，因为这些数据类型都不需要实现任何函数，自然就满足空interface的定义了。加上Go语言的type assertion，可以提供一般动态语言才有的duck typing特性， 而仍然能在compile中捕捉明显的错误。

5. OO

Go语言本质上不是面向对象语言，它还是过程化的。但是，在Go语言中， 你可以很轻易的做大部分你在别的OO语言中能做的事，用更简单清晰的逻辑。是的，在这里，不需要class，仍然可以继承，仍然可以多态，但是速度却快得多。因为本质上，OO在Go语言中，就是普通的struct操作。

6. Goroutine

这个几乎算是Go语言的招牌特性之一了，我也不想多提。如果你完全不了解Goroutine，那么你只需要知道，这玩意是超级轻量级的类似线程的东西，但通过它，你不需要复杂的线程操作锁操作，不需要care调度，就能玩转基本的并行程序。在Go语言里，触发一个routine和erlang spawn一样简单。基本上要掌握Go语言，以Goroutine和channel为核心的内存模型是必须要懂的。不过请放心，真的非常简单。

7. 更多现代的特性

和C比较，Go语言完全就是一门现代化语言，原生支持的Unicode, garbage collection, Closures(是的，和functional programming language类似), function是first class object，等等等等。

看到这里，你可能会发现，我用了很多轻易，简单，快速之类的形容词来形容Go语言的特点。我想说的是，一点都不夸张，连Go语言的入门学习到提高，都比别的语言门槛低太多太多。在大部分人都有C的背景的时代，对于Go语言，从入门到能够上手做项目，最多不过半个月。Go语言给人的感觉就是太直接了，什么都直接，读源代码直接，写自己的代码也直接。

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