細談Go引用的底層實現

Go怎麼可能有引用？得了吧~ 有人要說了，那利用make()函數執行後獲得的slice、map、channel等類型，不都是獲得的引用嗎？

我要說：那能叫引用嗎？你能肯定啥叫引用嗎？ 若是你有點迷糊，那麼請聽我往下講：

這一切要從變量提及。

什麼是變量

不管是引用變量仍是指針變量，都是變量；那麼，什麼叫變量？ 其實變量本質就是一塊內存。一般，咱們對計算機內存進行操做，最直接的方式就是：「計算機，在0x0201地址內存一個整數100，在0x00202地址存一個浮點數10.6，讀取0x00203的數據...」 這種方式讓機器來操做還行，若是直接寫成代碼讓人看的話，這一堆「0x020一、0x0202...」難記的地址能把人給整崩潰了~ 因而，聰明的人們想出了一種方法：把一堆難記的地址用其餘人類能夠方便讀懂的方式來間接表示。例如：將「0x0201」的地址命名爲「id」，將「0x0202」命名爲「score」...而後，代碼編譯期間，再將"name"等人類能讀懂的文字轉化爲真實的內存地址；因而，變量誕生了~

因此，其實每一個變量都表明了一塊內存，變量名是咱們給那塊兒內存起的一個別名，內存中存的值就是咱們給變量賦的值。變量名在程序編譯期間會直接轉化爲內存地址。

什麼是引用

引用是指向另一個變量的變量，或者說，叫一個已知變量的別名。

注意，引用和引用自己指向的變量對應的是同一塊內存地址。引用自己也會在編譯期間轉化爲真正的內存地址。固然咯，引用和它指向的變量在編譯期間會轉化爲同一個內存地址。

什麼是指針

指針自己也是一個變量，須要分配內存地址，可是內存地址中存的是另外一個變量的內存地址。有點繞口，請看圖：

GO中的引用和指針

咱們先看看「正統」的引用的例子，在C++中(C中是沒有引用的哈)：

#include <stdio.h>

int main(void) {

        int i = 3;
        int *ptr = &i;
        int &ref = i;

        printf("%p %p %p\n", &i, ptr, &ref); 
        // 打印出：0x7ffeeac553a8 0x7ffeeac553a8 0x7ffeeac553a8
        return 0;
}
複製代碼

變量地址、引用地址、指針的值 均相同；符合常理

那咱們再試試Go中相似代碼的例子:

package main

import "fmt"

func main() {
    i := 3
    ref := i
    ptr := &i
    
    fmt.Println(fmt.Sprintf("%p %p %p", &i, &ref, ptr))
    // 打印出 0xc000118000 0xc000118008 0xc000118000
}
複製代碼

變量i地址和指針ptr的值同樣，這是符合預期的；可是：正如Go中沒有特別的「引用符號」（C++中是int &ref = i;）同樣，上述go代碼中的ref壓根就是個變量，根本不是引用。

但是，不少人不死心，是否是「實驗對象」不對啊？代碼中使用的是int整型，咱們換作slice和map試試？畢竟網上的"資料"都是這麼寫的： 例如如下截圖（只看標紅部分就好）：

還有以下截圖（只看標紅部分就好）：

ok，那咱們能夠試試以下map的代碼，看到底有沒有引用：

package main

import "fmt"

func main(){
    i := make(map[string]string)
    i["key"]="value"

    ref := i

    fmt.Println(fmt.Sprintf("%p %p", &i, &ref))
    // 打印出：0xc00010e018 0xc00010e020
}
複製代碼

哈哈！不對呀，若是是引用的話，打印的地址應該相同纔對，可是如今不相同！因此不存在？ 彆着急，緊接着看下面的例子：

package main

import "fmt"

func main(){
    i := make(map[string]string)
    i["key"]="value"

    ref := i
    ref["key"] = "value1"

    fmt.Println(i["key"]) // 打印結果：value1
    fmt.Println(ref["key"]) // 打印結果：value1

    fmt.Println(fmt.Sprintf("%p %p", &i, &ref))
    // 打印結果：0xc00000e028 0xc00000e030
}
複製代碼

能猜出來打印了什麼嗎？變量地址是不對，可是，可是值竟然變了！ref變量能夠「操控」i變量的內容！就和引用同樣！

這就很奇怪了~ 咋回事兒呢？

咱們細細研究一下map、slice、channel等具體實現（詳情請看：個人其餘文章 圖解Go map底層實現、圖解Go slice底層實現、圖解Go channel底層實現）咱們發現，這些類型的底層實現都是會有一個指針指向另外的存儲地址，因此，在make函數建立了具體的類型實例後，實際上在內存空間中會開闢多個地址空間，而隨着變量的賦值，指針引用的那個地址值也會跟着「複製」，於是其餘變量能夠改變原有變量的內容。

聽着是否是有點繞？咱們來看看圖：

首先實例化了map並賦值

而後又賦值給了另一個變量ref

因爲對於指針變量的值而言，就是一個地址(程序實現上就是一串數字)，因此，在賦值的時候，就「複製」了一串數字，可是，這串數字背後的含義確是另一個地址，而地址的內容，偏偏就是map slice channel 等數據結構真正底層存儲的數據!

因此，兩變量由於同一個指針變量指向的內存，而產生了相似於「引用」的效果。假如實例化的類型數據中，沒有指針屬性，則不會產生這種「類引用」的效果： 例如以下代碼：

package main

import "fmt"

func main(){
    i := 3

    ref := i
    ref = 4

    fmt.Println(i, ref) // 打印輸出：3 4

    fmt.Println(fmt.Sprintf("%p %p", &i, &ref))
    // 打印輸出：0xc000016070 0xc000016078
}
複製代碼

能夠將代碼上述仔細看看能輸出什麼，不出意外的話你會發現：「類引用」效果消失了~

要想再次展示「類引用」效果，只要建立一個帶有指針屬性的類型便可，咱們本身實現均可以，無需依賴Go基礎庫中的map、slice、channel等

package main

import "fmt"

type Instance struct {
    Name string
    Data *int
}

func (i Instance) Store(num int) {
    *(i.Data) = num
}

func (i Instance) Show() int{
    return *(i.Data)
}



func main(){
    data := 5

    i := Instance{
        Name:"hello",
        Data:&data,
    }

    ref := i
    ref.Store(7)

    fmt.Println(i.Show(), ref.Show())
    // 打印出：7 7

    fmt.Println(fmt.Sprintf("%p %p", &i, &ref))
    // 打印出：0xc0000a6018 0xc0000a6030
}

複製代碼

看看以上代碼，是否是實現了「類引用」？ 有人要說了map展現key值，slice展現某個下標的值，沒有用方法呀？ 這就不對了，其實map的展現key的值mapData[key]也好，更改值也好，slice展現下標值sliceArray[0]也好，更改值也好；背後底層實現也都是些「函數」和「方法」，只不過Go語言把這些函數和方法作成了語法糖，咱們無感知罷了~

好了，如今我再問你：還敢說Go語言有引用類型嗎？是否是感受：也有、也沒有了？ 😝

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