为什么结构中 `[0]byte` 的位置很重要？

Question

[0]byte 在 golang 中不应该占用任何内存空间。但这两个结构的大小不同。

type bar2 struct {
    A int
    _ [0]byte
}

type bar3 struct {
    _ [0]byte
    A int   
}

那么为什么[0]byte 的位置在这里很重要？

顺便说一句，我使用unsafe.Sizeof() 方法来检查结构大小。请参阅full example。

Answer 1

这是由于棘手的填充造成的。

首先请允许我稍微重命名结构和字段，以便于讨论它们：

type bar1 struct {
    A [0]byte
    I int
}

type bar2 struct {
    I int
    A [0]byte
}

这当然不会改变大小和偏移量，可以在 Go Playground 上验证：

bar1 size:     4
bar1.A offset: 0
bar1.I offset: 0

bar2 size:     8
bar2.I offset: 0
bar2.A offset: 4

[0]byte 类型的值的大小为零，因此在bar1 中不为第一个字段（bar1.A）保留任何空间并将bar1.I 字段布局为 0 是完全有效的偏移量。

问题是：为什么编译器不能在第二种情况下做同样的事情（bar2）？

字段必须有一个地址，该地址必须位于为前一个字段保留的内存区域之后。在第一种情况下，第一个字段 bar1.A 的大小为 0，因此第二个字段的偏移量可能为 0，它不会与第一个字段“重叠”。

在bar2 的情况下，第二个字段不能有一个与第一个字段重叠的地址（因此是偏移量），因此它的偏移量不能小于int 的大小，如果是 4 个字节32 位架构（在 64 位架构的情况下为 8 个字节）。

这似乎还可以。但是既然bar2.A 的大小为零，为什么结构bar2 的大小不能是这样：4 个字节（或64 位拱形中的8 个）？

这是因为获取大小为 0 的字段（和变量）的地址是完全有效的。好的，那又怎样？

如果是bar2，编译器必须插入一个4（或8）字节的填充，否则使用bar2.A字段的地址将指向内存区域之外保留给bar2 类型的值。

例如，无填充bar2 的值可能具有0x100 的地址，大小为4，因此为结构值保留的内存具有地址范围0x100 .. 0x103。 bar2.A 的地址是 0x104，它在结构的内存之外。对于此结构的数组（例如x [5]bar2），如果数组从0x100开始，则x[0]的地址为0x100，x[0].A的地址为0x104，而后续元素 x[1] 也将是 0x104 但这是另一个结构值的地址！不酷。

为了避免这种情况，编译器会插入一个填充（取决于拱门，它会是 4 或 8 个字节），以便获取 bar2.A 的地址不会导致地址超出结构的内存，否则可能会引发问题并导致有关垃圾收集的问题（例如，如果只保留 bar2.A 的地址，但不保留结构或指向它或其其他字段的另一个指针，则不应对整个结构进行垃圾收集，但因为没有指针指向它内存区域，这样做似乎是有效的）。插入的填充将是 4（或 8）字节，因为Spec: Size and alignment guarantees:

对于结构类型的变量x：unsafe.Alignof(x) 是x 中每个字段f 的所有值unsafe.Alignof(x.f) 中的最大值，但至少是1。

如果是这样，添加一个额外的int 字段将使两个结构的大小相等：

type bar1 struct {
    I int
    A [0]byte
    X int
}

type bar2 struct {
    A [0]byte
    I int
    X int
}

确实，它们在 32 位拱门上都有 8 个字节（在 64 位拱门上有 16 个字节）（在 Go Playground 上试试）：

bar1 size:     8
bar1.I offset: 0
bar1.A offset: 4
bar1.X offset: 4

bar2 size:     8
bar2.A offset: 0
bar2.I offset: 0
bar2.X offset: 4

查看相关问题：Struct has different size if the field order is different

Answer 2

原因是“坑”：

空洞是编译器添加的未使用的空间，以确保 以下字段或元素相对于开始正确对齐 结构或数组的 [1]

例如（数字基于 go playground 使用的任何硬件）：

struct {bool; float64; int16} // 24 bytes
struct {float64; bool; int16} // 16 bytes

您可以使用以下方法验证结构的布局：

• unsafe.Alignof 返回所需的对齐方式
• unsafe.Offsetof 计算字段相对于其包含孔的封闭结构的开头的偏移量

[1] p354 Donovan, Kernighan, AD, BK, 2016。GO 编程语言。第 1 版。纽约：Addison-Wesley。