为什么 `[0]byte` 在结构中的位置很重要？

Question

golang中的

[0]byte不应该占用任何内存space。但是这两个结构有不同的大小。

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？

顺便说一下，我使用 unsafe.Sizeof() 方法来检查结构大小。请参阅 full example .

Answer 1

原因是"holes":

Holes are the unused spaces added by the compiler to ensure that the following field or element is properly aligned relative to the start of the struct or array [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 returns 要求的对齐方式
unsafe.Offsetof 计算字段相对于其包含孔的封闭结构开始的偏移量

[1] p354 Donovan, Kernighan, AD, BK, 2016。GO 编程语言。第一版。纽约：Addison-Wesley。

Answer 2

这是由于 棘手的 填充。

首先，请允许我稍微重命名结构和字段，以便更轻松地讨论它们：

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，因为可以在 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

类型 [0]byte 的值的大小为零，因此在 bar1 中完全有效不为第一个字段保留任何 space (bar1.A ), 并用 0 偏移布置 bar1.I 字段。

问题是：为什么编译器不能在第二种情况下（bar2）做同样的事情？

字段必须有一个地址，该地址必须在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 "overlap" 第一个字段。

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

这看起来还可以。但是由于 bar2.A 的大小为零，为什么结构 bar2 的大小不能是：4 个字节（或 64 位架构中的 8 个字节）？

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？

在 bar2 的情况下，编译器必须插入一个 4（或 8）字节的填充，否则获取 bar2.A 字段的地址将指向 为 bar2.
类型的值保留的内存区域
例如，没有填充 bar2 的值可能有 0x100 的地址，大小为 4，因此为结构值保留的内存地址范围 0x100 .. 0x103。 bar2.A 的地址将是 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，x[0] 的地址将为 0x100，x[0].A 的地址将是 0x104，后续元素的地址 x[1] 也将是 0x104 但那是另一个结构值的地址！不酷。

为了避免这种情况，编译器插入了一个填充（根据 arch 的不同，这将是 4 或 8 个字节），因此采用 bar2.A 的地址不会导致地址位于结构的外部内存，否则可能会引发问题并导致有关垃圾回收的问题（例如，如果仅保留 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回收，但因为没有指针指向它的内存区域，所以这样做似乎是有效的）。插入的填充将是 4（或 8）个字节，因为 Spec: Size and alignment guarantees:

For a variable x of struct type: unsafe.Alignof(x) is the largest of all the values unsafe.Alignof(x.f) for each field f of x, but at least 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 arch 上都有 8 个字节（在 64 位 arch 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

参见相关问题：

为什么 `[0]byte` 在结构中的位置很重要？

Why position of `[0]byte` in the struct matters?

memory

struct

sizeof

padding

go