?前言

之前分享過2篇結構體文章：10秒改struct性能直接提升15%，產品姐姐都夸我好棒? 和 ??Go語言空結構體這3種妙用，你知道嗎？?? 得到了大家的好評。

這篇繼續分享進階內容：

結構體的定義，大家都很熟悉，想要定義出更節省內存空間的結構體，可不是一件簡單的事。

我們必須掌握Go的結構體內存對齊機制，才能做出相應的優化：節省內存并提高性能。

先來看個例子

下面定義兩個結構體，字段都一樣，只是部分字段稍微調整了一下順序。

但輸出的結果卻完全不同：一個順序調整就節省了8個字節，太神奇了。

type BadSt struct {
  A int32
  B int64
  C bool
}

type GoodSt struct {
  A int32
  C bool
  B int64
}

func main() {
  bad := BadSt{A: 10, B: 20, C: false}
  fmt.Println(unsafe.Sizeof(bad))//輸出結果：24
  good := GoodSt{A: 10, B: 20, C: false}
  fmt.Println(unsafe.Sizeof(good))//輸出結果：16
}

為什么bad占用24字節，而good卻只占用16字節呢？

想要解開這個問題，我們得先來學習一下內存對齊機制，然后再來進一步分析。

原理講解

基本概念

為了能讓CPU可以更快的存儲、讀取到各個字段，Go編譯器會幫我們把結構體做數據的對齊。

所謂的數據對齊，是指內存地址的大小是所存儲數據大小的整數倍（按字節為單位），以便CPU可以一次將該數據從內存中讀取出來，減少了讀取次數。

編譯器通過在結構體的各個字段之間填充一些空白，來達到對齊的目的。

CPU訪問內存

CPU 訪問內存時，并不是逐個字節訪問，而是以機器字（word）為單位進行訪問。

比如 64位CPU的字長（word size）為8bytes，那么CPU訪問內存的單位也是8字節，每次加載的內存數據也是固定的若干字長，如8words（64bytes）、16words(128bytes）等

對齊系數

不同硬件平臺占用的大小和對齊值都可能是不一樣的，每個特定平臺上的編譯器都有自己的默認"對齊系數"，32位系統對齊系數是4，64位系統對齊系數是8

不同類型的對齊系數也可能不一樣，使用Go?語言中的unsafe.Alignof?函數可以返回相應類型的對齊系數，對齊系數都符合2^n這個規律，最大也不會超過8

func main() {
  fmt.Printf("bool:   %d\n", unsafe.Alignof(bool(true)))
  fmt.Printf("string: %d\n", unsafe.Alignof(string("a")))
  fmt.Printf("int:    %d\n", unsafe.Alignof(int(0)))
  fmt.Printf("int32:  %d\n", unsafe.Alignof(int32(0)))
  fmt.Printf("int64:  %d\n", unsafe.Alignof(int64(0)))
  fmt.Printf("float64:  %d\n", unsafe.Alignof(float64(0)))
  fmt.Printf("float32:%d\n", unsafe.Alignof(float32(0)))
}
//輸出結果：
//bool:   1
//string: 8
//int:    8
//int32:  4
//int64:  8
//float64:8
//float32:4

對齊原則

1. 結構體變量中成員的偏移量必須是成員大小的整數倍
2. 整個結構體的內存大小必須是最大字節的整數倍（結構體的內存占用是1/4/8/16byte…)

案例分析

type BadSt struct {
  A int32
  B int64
  C bool
}

BadSt結構體，占用24個字節

分析過程：

1. 字段A 4字節：先計算偏移量，最開頭下標為0，0%4=0，正好整除，先占用4個字節；
2. 字段B 8字節：下標4-7，對8都不能整除，則填充空白，下標8可以整除，所以下標8-15 8個字節為字段B的存儲使用；
3. 字段C 1字節：下標16，對1可以整除，所以下標16則用作字段C的存儲；
4. 最后，該結構體字段最大字節為8且目前已占用17字節，要保證是整數倍，所以最后面需要填充7個字節，占滿24字節，才能滿足條件（對齊原則2）。

GoodSt結構體，占用16個字節

type GoodSt struct {
  A int32
  C bool
  B int64
}

分析過程：

1. 字段A 4字節：先計算偏移量，最開頭下標為0，0%4=0，正好整除，先占用4個字節；
2. 字段C 1字節：下標4，對1可以整除，所以下標4則用作字段C的存儲；
3. 字段B 8字節：下標5-7，對8都不能整除，則填充空白，下標8可以整除，所以下標8-15 8個字節為字段B的存儲使用；
4. 最后，該結構體字段最大字節為8且目前已占用16字節，正好是整數倍，所以后面不再需要填充空白了。

總結

通過上文的原理講解和案例分析，我們發現內存對齊機制并不復雜。

可以簡單理解為：將對齊系數小的字段，盡可能放在一起，盡量減少空白填充。

掌握了內存對齊機制后，結構體Struct的優化，調整下字段順序，效果立竿見影。內存對齊其實就是典型的空間換時間的方式，來達到優化的目的。牢記對齊原則，對實際場景進行分析，減少空白填充。

本文轉載自微信公眾號「 程序員升級打怪之旅」，作者「王中陽Go」，可以通過以下二維碼關注。

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