关于Go 空结构体的 3 种使用场景

前言:

在 Go 语言中，有一个比较特殊的类型，经常会有刚接触 Go 的小伙伴问到，又或是不理解。
他就是 Go 里的空结构体（struct）的使用，常常会有看到有人使用：

ch := make(chan struct{})

还清一色的使用结构体，也不用其他类型。高度常见，也就不是一个偶发现象了，肯定是背后必然有什么原因。

1、为什么使用

说白了，就是希望节省空间。但，新问题又来了，为什么不能用其他的类型来做？

这就涉及到在 Go 语言中 ”宽度“ 的概念，宽度描述了一个类型的实例所占用的存储空间的字节数。
宽度是一个类型的属性。在 Go 语言中的每个值都有一个类型，值的宽度由其类型定义，并且总是 8 bits 的倍数。
在 Go 语言中我们可以借助 unsafe.Sizeof 方法，来获取：

// Sizeof takes an expression x of any type and returns the size in bytes
// of a hypothetical variable v as if v was declared via var v = x.
// The size does not include any memory possibly referenced by x.
// For instance, if x is a slice, Sizeof returns the size of the slice
// descriptor, not the size of the memory referenced by the slice.
// The return value of Sizeof is a Go constant.
func Sizeof(x ArbitraryType) uintptr

该方法能够得到值的宽度，自然而然也就能知道其类型对应的宽度是多少了。

我们对应看看 Go 语言中几种常见的类型宽度大小：

func main() {
 var a int
 var b string
 var c bool
 var d [3]int32
 var e []string
 var f map[string]bool

 fmt.Println(
  unsafe.Sizeof(a),
  unsafe.Sizeof(b),
  unsafe.Sizeof(c),
  unsafe.Sizeof(d),
  unsafe.Sizeof(e),
  unsafe.Sizeof(f),
 )
}

输出结果：

8 16 1 12 24 8

你可以发现我们列举的几种类型，只是单纯声明，我们也啥没干，依然占据一定的宽度。
如果我们的场景，只是占位符，那怎么办，系统里的开销就这么白白浪费了？

2、空结构体的特殊性

空结构体在各类系统中频繁出现的原因之一，就是需要一个占位符。而恰恰好，Go 空结构体的宽度是特殊的。
如下：

func main() {
 var s struct{}
 fmt.Println(unsafe.Sizeof(s))
}

输出结果：

0

空结构体的宽度是很直接了当的 0，即便是变形处理：

type S struct {
 A struct{}
 B struct{}
}

func main() {
 var s S
 fmt.Println(unsafe.Sizeof(s))
}

其最终输出结果也是 0，完美切合人们对占位符的基本诉求，就是占着坑位，满足基本输入输出就好。
但这时候问题又出现了，为什么只有空结构会有这种特殊待遇，其他类型又不行？
这是 Go 编译器在内存分配时做的优化项

// base address for all 0-byte allocations
var zerobase uintptr

func mallocgc(size uintptr, typ *_type, needzero bool) unsafe.Pointer {
 ...
 if size == 0 {
  return unsafe.Pointer(&zerobase)
 }
}

当发现 size 为 0 时，会直接返回变量 zerobase 的引用，该变量是所有 0 字节的基准地址，不占据任何宽度。
因此空结构体的广泛使用，是 Go 开发者们借助了这个小优化，达到了占位符的目的。

3、使用场景

了解清楚为什么空结构作为占位符使用的原因后，我们更进一步了解其真实的使用场景有哪些。

主要分为三块：

实现方法接收者。
实现集合类型。
实现空通道。

3.1 实现方法接收者

在业务场景下，我们需要将方法组合起来，代表其是一个 ”分组“ 的，便于后续拓展和维护。
但是如果我们使用：

type T string

func (s *T) Call()

又似乎有点不大友好，因为作为一个字符串类型，其本身会占据定的空间。
这种时候我们会采用空结构体的方式，这样也便于未来针对该类型进行公共字段等的增加。如下：

type T struct{}

func (s *T) Call() {
 fmt.Println("脑子进煎鱼了")
}

func main() {
 var s T
 s.Call()
}

在该场景下，使用空结构体从多维度来考量是最合适的，易拓展，省空间，最结构化。
另外你会发现，其实你在日常开发中下意识就已经这么做了，你可以理解为设计模式和日常生活相结合的另类案例。

3.2 实现集合类型

在 Go 语言的标准库中并没有提供集合（Set）的相关实现，因此一般在代码中我们图方便，会直接用 map 来替代。
但有个问题，就是集合类型的使用，只需要用到 key（键），不需要 value（值）。

这就是空结构体大战身手的场景了：

type Set map[string]struct{}

func (s Set) Append(k string) {
 s[k] = struct{}{}
}

func (s Set) Remove(k string) {
 delete(s, k)
}

func (s Set) Exist(k string) bool {
 _, ok := s[k]
 return ok
}

func main() {
 set := Set{}
 set.Append("煎鱼")
 set.Append("咸鱼")
 set.Append("蒸鱼")
 set.Remove("煎鱼")

 fmt.Println(set.Exist("煎鱼"))
}

空结构体作为占位符，不会额外增加不必要的内存开销，很方便的就是解决了。

3.3 实现空通道

在 Go channel 的使用场景中，常常会遇到通知型 channel，其不需要发送任何数据，只是用于协调 Goroutine 的运行，用于流转各类状态或是控制并发情况。
如下：

func main() {
 ch := make(chan struct{})
 go func() {
  time.Sleep(1 * time.Second)
  close(ch)
 }()

 fmt.Println("脑子好像进...")
 <-ch
 fmt.Println("煎鱼了！")
}

输出结果：