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雖然golang是用C實現的，并且被稱為下一代的C語言，但是golang跟C的差別還是很大的。它定義了一套很豐富的數據類型及數據結構，這些類型和結構或者是直接映射為C的數據類型，或者是用C struct來實現。了解golang的數據類型和數據結構的底層實現，將有助于我們更好的理解golang并寫出質量更好的代碼。
基礎類型
源碼在：$GOROOT/src/pkg/runtime/runtime.h 。我們先來看下基礎類型：
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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 | /* * 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分別對應于C的類型，這個只要有C基礎就很容易看得出來。uintptr和intptr是無符號和有符號的指針類型，并且確保在64位平臺上是8個字節，在32位平臺上是4個字節，uintptr主要用于golang中的指針運算。而intgo和uintgo之所以不命名為int和uint，是因為int在C中是類型名，想必uintgo是為了跟intgo的命名對應吧。intgo和uintgo對應golang中的int和uint。從定義可以看出int和uint是可變大小類型的，在64位平臺上占8個字節，在32位平臺上占4個字節。所以如果有明確的要求，應該選擇int32、int64或uint32、uint64。byte類型的底層類型是uint8。可以看下測試：
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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 | package main
import ( "fmt" "reflect" )
func main() { var b byte = 'D' fmt.Printf("output: %v\n", reflect.TypeOf(b).Kind()) } |
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1 2 3 4 | $ cd $GOPATH/src/basictype_test $ go build $ ./basictype_test output: uint8 |
數據類型分為靜態類型和底層類型，相對于以上代碼中的變量b來說，byte是它的靜態類型，uint8是它的底層類型。這點很重要，以后經常會用到這個概念。
rune類型
rune是int32的別名，用于表示unicode字符。通常在處理中文的時候需要用到它，當然也可以用range關鍵字。
string類型
string類型的底層是一個C struct。
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1 2 3 4 5 | struct String { byte* str; intgo len; }; |
成員str為字符數組，len為字符數組長度。golang的字符串是不可變類型，對string類型的變量初始化意味著會對底層結構的初始化。至于為什么str用byte類型而不用rune類型，這是因為golang的for循環對字符串的遍歷是基于字節的，如果有必要，可以轉成rune切片或使用range來迭代。我們來看個例子：
$GOPATH/src
----basictype_test
--------main.go
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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 | package main
import ( "fmt" "unsafe" )
func main() { var str string = "hi, 陳一回~" p := (*struct { str uintptr len int })(unsafe.Pointer(&str))
fmt.Printf("%+v\n", p) } |
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1 2 3 4 | $ cd $GOPATH/src/basictype_test $ go build $ ./basictype_test output: &{str:135100456 len:14} |
內建函數len對string類型的操作是直接從底層結構中取出len值，而不需要額外的操作，當然在初始化時必需同時初始化len的值。
slice類型
slice類型的底層同樣是一個C struct。
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1 2 3 4 5 6 | struct Slice { // must not move anything byte* array; // actual data uintgo len; // number of elements uintgo cap; // allocated number of elements }; |
包括三個成員。array為底層數組，len為實際存放的個數，cap為總容量。使用內建函數make對slice進行初始化，也可以類似于數組的方式進行初始化。當使用make函數來對slice進行初始化時，第一個參數為切片類型，第二個參數為len，第三個參數可選，如果不傳入，則cap等于len。通常傳入cap參數來預先分配大小的slice，避免頻繁重新分配內存。
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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 | 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) } |
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1 2 3 4 | $ cd $GOPATH/src/basictype_test $ go build $ ./basictype_test output: &{array:406958176 len:5 cap:10} |
由于切片指向一個底層數組，并且可以通過切片語法直接從數組生成切片，所以需要了解切片和數組的關系，否則可能就會不知不覺的寫出有bug的代碼。比如有如下代碼：
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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 | package main
import ( "fmt" )
func main() { var array = [...]int32{1, 2, 3, 4, 5} var slice = array[2:4] fmt.Printf("改變slice之前: array=%+v, slice=%+v\n", array, slice) slice[0] = 234 fmt.Printf("改變slice之后: array=%+v, slice=%+v\n", array, slice) } |
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1 2 3 4 5 | $ cd $GOPATH/src/basictype_test $ go build $ ./basictype_test 改變slice之前: array=[1 2 3 4 5], slice=[3 4] 改變slice之后: array=[1 2 234 4 5], slice=[234 4] |
您可以清楚的看到，在改變slice后，array也被改變了。這是因為slice通過數組創建的切片指向這個數組，也就是說這個slice的底層數組就是這個array。因此很顯然，slice的改變其實就是改變它的底層數組。當然如果刪除或添加元素，那么len也會變化，cap可能會變化。
那這個slice是如何指向array呢？slice的底層數組指針指向array中索引為2的元素(因為切片是通過array[2:4]來生成的)，len記錄元素個數，而cap則等于len。
之所以說cap可能會變，是因為cap表示總容量，添加或刪除操作不一定會使總容量發生變化。我們接著再來看另一個例子：
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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 | 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("改變slice之前: array=%+v, slice=%+v\n", array, slice) slice[0] = 234 fmt.Printf("改變slice之后: array=%+v, slice=%+v\n", array, slice) } |
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1 2 3 4 5 | $ cd $GOPATH/src/basictype_test $ go build $ ./basictype_test 改變slice之前: array=[1 2 3 4 5], slice=[3 4 6 7 8] 改變slice之后: array=[1 2 3 4 5], slice=[234 4 6 7 8] |
經過append操作之后，對slice的修改并未影響到array。原因在于append的操作令slice重新分配底層數組，所以此時slice的底層數組不再指向前面定義的array。
但是很顯然，這種規則對從切片生成的切片也是同樣的，請看代碼：
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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 | package main
import ( "fmt" )
func main() { var slice1 = []int32{1, 2, 3, 4, 5} var slice2 = slice1[2:4] fmt.Printf("改變slice2之前: slice1=%+v, slice2=%+v\n", slice1, slice2) slice2[0] = 234 fmt.Printf("改變slice2之后: slice1=%+v, slice2=%+v\n", slice1, slice2) } |
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1 2 3 4 5 | $ cd $GOPATH/src/basictype_test $ go build $ ./basictype_test 改變slice2之前: slice1=[1 2 3 4 5], slice2=[3 4] 改變slice2之后: slice1=[1 2 234 4 5], slice2=[234 4] |
slice1和slice2共用一個底層數組，修改slice2的元素導致slice1也發生變化。
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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 | package main
import ( "fmt" )
func main() { var slice1 = []int32{1, 2, 3, 4, 5} var slice2 = slice1[2:4] fmt.Printf("改變slice2之前: slice1=%+v, slice2=%+v\n", slice1, slice2) slice2 = append(slice2, 6, 7, 8) fmt.Printf("改變slice2之后: slice1=%+v, slice2=%+v\n", slice1, slice2) } |
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1 2 3 4 5 | $ cd $GOPATH/src/basictype_test $ go build $ ./basictype_test 改變slice2之前: slice1=[1 2 3 4 5], slice2=[3 4] 改變slice2之后: slice1=[1 2 3 4 5], slice2=[3 4 6 7 8] |
而append操作可令slice1或slice2重新分配底層數組，因此對slice1或slice2執行append操作都不會相互影響。
接口類型
接口在golang中的實現比較復雜，在$GOROOT/src/pkg/runtime/type.h中定義了：
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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 | struct Type { uintptr size; uint32 hash; uint8 _unused; uint8 align; uint8 fieldAlign; uint8 kind; Alg *alg; void *gc; String *string; UncommonType *x; Type *ptrto; }; |
在$GOROOT/src/pkg/runtime/runtime.h中定義了：
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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 | 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實際上是一個結構體，包括兩個成員，一個是指向數據的指針，一個包含了成員的類型信息。Eface是interface{}底層使用的數據結構。因為interface中保存了類型信息，所以可以實現反射。反射其實就是查找底層數據結構的元數據。完整的實現在：$GOROOT/src/pkg/runtime/iface.c 。
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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 | package main
import ( "fmt" "unsafe" )
func main() { var str interface{} = "Hello World!" p := (*struct { tab uintptr data uintptr })(unsafe.Pointer(&str))
fmt.Printf("%+v\n", p) } |
?
1 2 3 4 | $ cd $GOPATH/src/basictype_test $ go build $ ./basictype_test output: &{tab:134966528 data:406847688} |
map類型
golang的map實現是hashtable，源碼在：$GOROOT/src/pkg/runtime/hashmap.c 。
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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 | struct Hmap { uintgo count; uint32 flags; uint32 hash0; uint8 B; uint8 keysize; uint8 valuesize; uint16 bucketsize;
byte *buckets; byte *oldbuckets; uintptr nevacuate; }; |
測試代碼如下：
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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 | 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) } |
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1 2 3 4 | $ cd $GOPATH/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} |
golang的坑還是比較多的，需要深入研究底層，否則很容易掉坑里。
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