数组类型中的元素可能具有相同的地址

桃子 2020年7月6日

最近在修复grpc-gateway 的一个 bug时，发现原作者写的测试用例根本就是无效的（总是通过）。原因却是因为其代码“触碰”到了 Golang 中关于取地址的一个有点匪夷所思的“特性”。

问题描述

作者定义了一个具有 3 个空结构体的切片（数组），然后对这 3 个元素分别取地址，期望得到不同的地址，但是结果却是不行的。我把原问题简化并抽象出来了（Go Playground）：

package main

import (
	"fmt"
)

type S struct {
}

type T struct {
	b bool
}

func main() {
	var s [3]S
	var t [3]T

	fmt.Printf("%p,%p,%p\n", &s[0], &s[1], &s[2])
	fmt.Printf("%p,%p,%p\n", &t[0], &t[1], &t[2])
}

输出结果：

0x58fd18,0x58fd18,0x58fd18
0xc00009400b,0xc00009400c,0xc00009400d

具体的值不重要，重要的是：前三者相同，后三者不同。

规范是怎样的？

到了这里，我其实也是非常疑惑的。如果仅是几个普通的结构体变量，其地址相同的话，那还可以接受。居然，居然切片/数组中的不同元素的地址也相同？简直太不可思议了。

后来我查了语言规范（位于规范的最后一行）中关于大小和对齐的章节，原文如是说：

A struct or array type has size zero if it contains no fields (or elements, respectively) that have a size greater than zero.

一个不包含大小大于零的字段的结构体或数组的大小是零。

Two distinct zero-size variables may have the same address in memory.

两个零大小的不同的变量在内存中可能有相同的地址。

看起来像那么回事，但是没有直接说明位于切片/数组中的元素也具体和变量类似的相同的地址。

关于这一点，Golang 在语言标准/实现上似乎跟其它语言（比如 C++）不同， C++ 明确规定：

空结构体的大小至少是 1
new 出来的两个新对象具有不同的地址

几年前，我在文章「一个空类/结构体的大小是多少？」中也说明过这一点。

有人利用这个特性吗？

还真有。

比如下面这个简单到无可挑剔的包 bradfitz/iter：

package iter

// N returns a slice of n 0-sized elements, suitable for ranging over.
//
// For example:
//
//    for i := range iter.N(10) {
//        fmt.Println(i)
//    }
//
// ... will print 0 to 9, inclusive.
//
// It does not cause any allocations.
func N(n int) []struct{} {
	return make([]struct{}, n)
}

作者已经在注释中清楚地说明了此函数的作用及用法，以及为什么可以这样写。注意最后那一句注释：无任何内存分配。感觉这里可以作为一个面试考点？哈哈哈哈。

有没有人用这个包？有，还不少！

func (me *tokenServer) ValidToken(token string, addr Addr) bool {
	t := me.getTimeNow()
	for range iter.N(me.maxIntervalDelta + 1) {
		if me.createToken(addr, t) == token {
			return true
		}
		t = t.Add(-me.interval)
	}
	return false
}

来自于：github.com/anacrolix/dht/tokens.go#L41-L50。