细说Go语言中空结构体的奇妙用途

在 Go 语言中，我们可以定义空结构体（empty struct），即没有任何成员变量的结构体，使用关键字 struct{} 来表示。这种结构体似乎没有任何用处，但实际上它在 Go 语言中的应用非常广泛，本文将从多个方面介绍空结构体的使用，让大家更好地理解它的作用。

1. 空结构体的定义和初始化

空结构体是指不包含任何字段的结构体。在 Golang 中，可以使用 struct{} 来定义一个空结构体。下面是一个简单的示例：

package main

import "fmt"

func main() {
    var s struct{}
    fmt.Printf("％#v\n", s) // 输出: struct {}{}
}

在这个示例中，我们定义了一个名为s的变量，并将其初始化为一个空结构体。然后我们使用 fmt.Printf 将这个空结构体打印出来。注意，在打印时使用了 ％#v 占位符，这个占位符可以将变量以 Go 语法格式输出。

输出结果是 struct {}{}，这表示 s 是一个空结构体，不包含任何字段。需要注意的是，空结构体变量实际上不占用任何内存空间，也就是说，它的大小是 0 字节。

2. 空结构体的大小和内存占用

正如上面提到的，空结构体的大小是 0 字节。这意味着它不占用任何内存空间。这一点可以通过使用 unsafe.Sizeof 函数来验证：

package main

import (
    "fmt"
    "unsafe"
)

func main() {
    var s struct{}
    fmt.Printf("Size of struct{}: ％v\n", unsafe.Sizeof(s)) // 输出: Size of struct{}: 0
}

在这个示例中，我们使用 unsafe.Sizeof 函数获取s的大小，并将结果打印出来。由于s是一个空结构体，它的大小为 0。

需要注意的是，尽管空结构体的大小为 0，但它并不意味着它不能被作为函数参数或返回值传递。因为在 Go 中，每个类型都有自己的类型信息，可以用于类型检查和转换。因此，即使是空结构体，在类型系统中也有它自己的位置和作用。

3. 空结构体作为占位符

空结构体最常见的用途是作为占位符。在函数或方法签名中，如果没有任何参数或返回值，那么可以使用空结构体来标识这个函数或方法。下面是一个简单的示例：

package main

import "fmt"

func doSomething() struct{} {
    fmt.Println("Doing something")
    return struct{}{}
}

func main() {
    doSomething()
}

在这个示例中，我们定义了一个名为 doSomething 的函数，它不接受任何参数，也不返回任何值。我们可以使用空结构体来标识它的返回值。在 doSomething 函数的实现中，我们只是打印了一条消息，然后返回一个空结构体。

在 main 函数中，我们调用 doSomething 函数。由于它没有返回任何值，所以我们不需要将其结果存储在变量中。

需要注意的是，在这个示例中，我们将返回值的类型显式指定为 struct{}。这是因为如果不指定返回值的类型，那么 Go 编译器会将它默认解析为 interface{} 类型。在这种情况下，每次调用 doSomething 函数都会分配一个新的空接口对象，这可能会带来性能问题。

4. 空结构体作为通道元素

空结构体还可以用作通道的元素类型。在 Go 中，通道是一种用于在协程之间进行通信和同步的机制。使用通道时，我们需要指定通道中元素的类型。

如果我们不需要在通道中传输任何值，那么可以使用空结构体作为元素类型。下面是一个简单的示例：

package main

import "fmt"

func main() {
    c := make(chan struct{})
    go func() {
        fmt.Println("Goroutine is running")
        c <- struct{}{}
    }()
    <-c
    fmt.Println("Goroutine is done")
}

在这个示例中，我们创建了一个名为 c 的通道，并将其元素类型指定为 struct{}。然后，我们在一个新的协程中运行一些代码，并在协程中向通道中发送一个空结构体。在 main 函数中，我们从通道中接收一个元素，这里实际上是在等待协程的结束。一旦我们接收到了一个元素，我们就会打印出 "Goroutine is done"。

需要注意的是，在这个示例中，我们并没有向通道中发送任何有用的数据。相反，我们只是使用通道来同步协程之间的执行。这种方法对于实现复杂的并发模型非常有用，因为它可以避免使用显式的互斥量或信号量来实现同步和通信。

5. 空结构体作为 map 的占位符

在 Go 中，map 是一种用于存储键值对的数据结构。如果我们只需要一个键集合，而不需要存储任何值，那么可以使用空结构体作为 map 的值类型。下面是一个简单的示例：

package main

import "fmt"

func main() {
    m := make(map[string]struct{})
    m["key1"] = struct{}{}
    m["key2"] = struct{}{}
    m["key3"] = struct{}{}
    fmt.Println(len(m)) // 输出: 3
}

在这个示例中，我们创建了一个名为 m 的 map，并将其值类型指定为 struct{}。然后，我们向 map 中添加了三个键，它们的值都是空结构体。最后，我们打印了 map 的长度，结果为 3。

需要注意的是，在这个示例中，我们并没有使用空结构体的任何其他特性。我们只是使用它作为 map 的值类型，因为我们不需要在 map 中存储任何值。

6. 空结构体作为方法 *

在 Go 中，方法是一种将函数与特定类型相关联的机制。如果我们不需要访问方法中的任何 * 字段，那么可以使用空结构体作为 * 类型。下面是一个简单的示例：

package main

import "fmt"

type MyStruct struct{}

func (m MyStruct) DoSomething() {
    fmt.Println("Method is called")
}

func main() {
    s := MyStruct{}
    s.DoSomething()
}

在这个示例中，我们创建了一个名为 MyStruct 的结构体，并为其定义了一个方法 DoSomething。在这个方法中，我们只是打印一条消息。

在 main 函数中，我们创建了一个 MyStruct 实例 s，然后调用了它的 DoSomething 方法。由于我们不需要在方法中访问 * 的任何字段，所以我们可以使用空结构体作为 * 类型。

需要注意的是，即使我们在方法中使用空结构体作为 * 类型，我们仍然可以将其他参数传递给该方法。例如，我们可以像下面这样修改 DoSomething 方法：

func (m MyStruct) DoSomething(x int, y string) {
    fmt.Println("Method is called with", x, y)
}

在这个示例中，我们向 DoSomething 方法添加了两个参数。然而，我们仍然可以使用空结构体作为 * 类型。

7. 空结构体作为接口实现

在 Go 中，接口是一种定义对象行为的机制。如果我们不需要实现接口的任何方法，那么可以使用空结构体作为实现。下面是一个简单的示例：

package main

import "fmt"

type MyInterface interface {
    DoSomething()
}

type MyStruct struct{}

func (m MyStruct) DoSomething() {
    fmt.Println("Method is called")
}

func main() {
    s := MyStruct{}
    var i MyInterface = s
    i.DoSomething()
}

在这个示例中，我们定义了一个名为 MyInterface 的接口，并为其定义了一个方法 DoSomething。我们还定义了一个名为 MyStruct 的结构体，并为其实现了 DoSomething 方法。

在 main 函数中，我们创建了一个 MyStruct 实例 s，然后将其分配给 MyInterface 类型的变量i。由于 MyStruct 实现了 DoSomething 方法，所以我们可以调用 i.DoSomething 方法，并打印出一条消息。

需要注意的是，在这个示例中，我们并没有为接口实现添加任何特殊。我们只是使用空结构体作为实现，因为我们不需要实现接口的任何方法。

8. 空结构体作为信号量

在 Go 中，我们可以使用空结构体作为信号量，以控制并发访问。下面是一个简单的示例：

package main

import (
    "fmt"
    "sync"
)

func main() {
    var wg sync.WaitGroup
    var mu sync.Mutex
    var signal struct{}

    for i := 0; i < 5; i++ {
        wg.Add(1)
        go func(id int) {
            mu.Lock()
            defer mu.Unlock()
            fmt.Println("goroutine", id, "is waiting")
            wg.Wait()
            fmt.Println("goroutine", id, "is signaled")
        }(i)
    }

    fmt.Println("main thread is sleeping")
    fmt.Println("press enter to signal all goroutines")
    fmt.Scanln()

    closeCh := make(chan struct{})
    go func() {
        for {
            select {
            case <-closeCh:
                return
            default:
                mu.Lock()
                signal = struct{}{}
                mu.Unlock()
            }
        }
    }()

    fmt.Println("all goroutines are signaled")
    close(closeCh)
    wg.Wait()
    fmt.Println("all goroutines are done")
}

在这个示例中，我们创建了一个 WaitGroup 和一个 Mutex，以便在多个 goroutine 之间同步。我们还定义了一个名为 signal 的空结构体。

在 for 循环中，我们启动了 5 个 goroutine。在每个 goroutine 中，我们获取 Mutex 锁，并打印一条等待消息。然后，我们使用 WaitGroup 等待所有 goroutine 完成。

在 main 函数中，我们等待一段时间，然后向所有 goroutine 发送信号。为了实现这一点，我们创建了一个名为 closeCh 的信道，并在其中创建了一个无限循环。在每次循环中，我们检查是否有 closeCh 信道收到了关闭信号。如果没有，我们获取 Mutex 锁，并将 signal 变量设置为一个空结构体。这样，所有正在等待 signal 变量的 goroutine 都会被唤醒。

最后，我们等待所有 goroutine 完成，并打印一条完成消息。

需要注意的是，在这个示例中，我们使用空结构体作为信号量，以控制并发访问。由于空结构体不占用任何内存空间，所以它非常适合作为信号量。

9. 总结

本文介绍了在 Go 中使用空结构体的8个方面。我们看到了空结构体可以作为类型、map 键、信号量和方法 * 等方面的用途。我们还看到了空结构体可以帮助我们优化内存使用和控制并发访问。

虽然空结构体非常简单，但它们是 Go 语言的重要组成部分。它们提供了一种轻量级的方式来表示没有任何状态或数据的结构体，并且可以应用于各种不同的场景中。

除了本文中讨论的用途外，空结构体还可以在其他一些场景中使用。例如，在使用 context 包时，我们可以使用空结构体来表示没有任何数据的上下文。在使用 sync 包时，我们可以使用空结构体作为 Cond.Wait 方法的参数，以便在等待条件时不占用任何内存。

当然，空结构体并不是所有问题的解决方案。在某些情况下，使用其他数据结构或技术可能会更加合适。但是，当我们需要表示一个没有任何状态或数据的结构体时，空结构体是一个非常优雅且有效的解决方案。

在本文中，我们通过示例代码深入研究了空结构体的各个用途。希望这些示例可以帮助大家更好地理解 Go 语言中空结构体的概念和用法。

来源：https://juejin.cn/post/7228977496514560058