缘起

不管使用什么语言,日常生活中能常在技术群中看到类似这样的问题(当然这个图

是我瞎编的,真实的讨论会比图中 peace 一些~):

image.png

本人在这个话题上被别人鄙视过,这次写一篇文章,好好研究一下这个话题~ 这张图的问题是: T类型在函数调用中是引用传递还是值传递。想要弄清这个问题,需要明确什么是引用,什么是值,所以本文会先讨论一下 T类型的数据类型是值类型还是引用类型。另外,文章只针对Golang这门语言进行探索。 那么,什么是值类型,引用传递又是怎么回事呢?下面就跟小编一起来了解一下吧(~:

验证

数据类型

关于值类型、引用类型,维基百科中这样定义:

定义中把数据类型分为值类型和引用类型两类,然后介绍 值类型的值是信息本身;引用类型来的值是引用,这个引用可以为 nil,也可以是一个引用值,用户可以根据引用值找到信息本身。

举个例子,现在有个变量要去存不同类型的值。对于一些占用空间比较小的类型,比如 整数、浮点数和bool类型,变量存的是这些值本身;而对于一些占用空间较大的类型,变量存的是类型的指针,用户可以根据指针找到这个值,这样的好处之一是可以节省内存。注意对于引用类型,如果两个变量都保存某个值的引用,一个变量通过引用把信息改变后,用户可以通过另一个变量看到信息的变化。

为啥会有引用类型呢,如果需要在多个过程中针对某个数据进行计算,那就得用地址作为信息去传递。达到的效果是 两个变量都保存某个值的引用,一个变量通过引用把信息改变后,用户通过另一个变量看到改变后的信息。这样做还有个好处是可以节省空间,因为你可以使用指针来代替一个占用空间很大的结构体的传递。

简单通过图片看一下这两种分类的区别:

值类型(Golang代码)

image.png

引用类型(C++代码)

image.png

&
#include <stdio.h>

int main() {
  int a = 10;
  int &b = a; // 定义了一个引用变量b去引用a的值, 下同
  int &c = b;

  printf("%d %d %d\n", a, b, c);
  printf("%p %p %p\n", &a, &b, &c);
  a = 100;
  printf("%d %d %d\n", a, b, c);    
  return 0;
}

这段代码的运行结果为

~ g++ main.cpp -o fk1 && ./fk1
10 10 10
0x7ffee11148c8 0x7ffee11148c8 0x7ffee11148c8
100 100 100
&T

int

package main

import "fmt"

func main() {
    a := 10086
    var b, c = &a, &a   // b、c变量存的都是a的地址
    fmt.Println(b, c)   // b、c变量保存的地址相同
    fmt.Println(&b, &c) // b、c变量本身的值不相同

    d := 100
    b = &d                            // b改变,a c的值不变
    fmt.Println(a, *b, *c)
}

输出结果:

0xc00001a0b0 0xc00001a0b0
0xc00000e028 0xc00000e030
10086 100 10086

在这段代码中,b和c都保存了a的地址,但是b、c本身是独立的,改变b的值不会对a、c产生影响。所以可以把Golang中的int类型归为值类型之内。

make函数为啥能初始化map、slice、chan这三种不同的数据类型go tool compile
package main

func main() {
    var a = 10086
    b := &a

    print(b, ",", *b)
}
 go tool compile -S -N -l main.go  go tool compile-S-N-l
➜  fk git:(master) ✗ go tool compile -S -N -l main.go
"".main STEXT size=143 args=0x0 locals=0x30
------------------------------------------------调度相关代码 头部 start ------------------------------------------------
// 00000~00013主要作用: 检查是否函数栈帧够用,不够用跳到尾部进行扩容
    0x0000 00000 (main.go:3)    TEXT    "".main(SB), ABIInternal, $48-0 // 声明main函数, $48-0中:$48代表函数栈空间大小是48字节    ,0代表函数没有参数和返回值
    0x0000 00000 (main.go:3)    MOVQ    (TLS), CX   // 把当前g的地址赋给CX寄存器
    0x0009 00009 (main.go:3)    CMPQ    SP, 16(CX)  // 16(CX)对应g.stackguard0, 与SP寄存器进行比较
    0x000d 00013 (main.go:3)    JLS    133           // 如果SP寄存器小于stackguard0,跳转到133这个位置 //00013代表位置
------------------------------------------------调度相关代码 头部 end ------------------------------------------------
    0x000f 00015 (main.go:3)    SUBQ    $48, SP            // SP-48 使其指向栈顶位置,这行命令是为了设置stack frame空间, 让SP指向栈顶位置
    0x0013 00019 (main.go:3)    MOVQ    BP, 40(SP)  // *(SP+40) = BP
    0x0018 00024 (main.go:3)    LEAQ    40(SP), BP    // 把*(SP+40) 的地址赋值给BP寄存器, 使BP寄存器指向当前函数栈帧的栈底位置
    0x001d 00029 (main.go:3)    FUNCDATA    $0, gclocals·69c1753bd5f81501d95132d08af04464(SB) // FUNCDATA 和 PCDATA均是gc使用,可忽略,后以...代替
    0x001d 00029 (main.go:3)    FUNCDATA    $1, gclocals·9fb7f0986f647f17cb53dda1484e0f7a(SB)
    0x001d 00029 (main.go:3)    FUNCDATA    $2, gclocals·9fb7f0986f647f17cb53dda1484e0f7a(SB)
    0x001d 00029 (main.go:4)    PCDATA    $0, $0                         // FUNCDATA 和 PCDATA均是gc使用,忽略
    0x001d 00029 (main.go:4)    PCDATA    $1, $0
    0x001d 00029 (main.go:4)    MOVQ    $10086, "".a+16(SP)  // a = 10086 
    0x0026 00038 (main.go:5)    PCDATA    $0, $1
    0x0026 00038 (main.go:5)    LEAQ    "".a+16(SP), AX      // 把 a变量的地址 赋给AX寄存器
    0x002b 00043 (main.go:5)    PCDATA    $1, $1
    0x002b 00043 (main.go:5)    MOVQ    AX, "".b+32(SP)      // 把 AX寄存器的值 赋给b变量
    0x0030 00048 (main.go:7)    PCDATA    $0, $0
    0x0030 00048 (main.go:7)    TESTB    AL, (AX)
    0x0032 00050 (main.go:7)    MOVQ    "".a+16(SP), AX             
    0x0037 00055 (main.go:7)    MOVQ    AX, ""..autotmp_2+24(SP)
    0x003c 00060 (main.go:7)    CALL    runtime.printlock(SB)
    0x0041 00065 (main.go:7)    PCDATA    $0, $1
    0x0041 00065 (main.go:7)    PCDATA    $1, $0
    0x0041 00065 (main.go:7)    MOVQ    "".b+32(SP), AX
    0x0046 00070 (main.go:7)    PCDATA    $0, $0
    0x0046 00070 (main.go:7)    MOVQ    AX, (SP)
    0x004a 00074 (main.go:7)    CALL    runtime.printpointer(SB)
    0x004f 00079 (main.go:7)    PCDATA    $0, $1
    0x004f 00079 (main.go:7)    LEAQ    go.string.","(SB), AX
    0x0056 00086 (main.go:7)    PCDATA    $0, $0
    0x0056 00086 (main.go:7)    MOVQ    AX, (SP)
    0x005a 00090 (main.go:7)    MOVQ    $1, 8(SP)
    0x0063 00099 (main.go:7)    CALL    runtime.printstring(SB)
    0x0068 00104 (main.go:7)    MOVQ    ""..autotmp_2+24(SP), AX
    0x006d 00109 (main.go:7)    MOVQ    AX, (SP)
    0x0071 00113 (main.go:7)    CALL    runtime.printint(SB)
    0x0076 00118 (main.go:7)    CALL    runtime.printunlock(SB)
    0x007b 00123 (main.go:8)    MOVQ    40(SP), BP
    0x0080 00128 (main.go:8)    ADDQ    $48, SP
    0x0084 00132 (main.go:8)    RET
    0x0085 00133 (main.go:8)    NOP
------------------------------------------------调度相关代码 尾部 start ------------------------------------------------
// 00133 主要作用:1.栈扩容;2.被runtime管理调度
    0x0085 00133 (main.go:3)    PCDATA    $1, $-1                                         // FUNCDATA 和 PCDATA均是gc使用,忽略
    0x0085 00133 (main.go:3)    PCDATA    $0, $-1                                         // FUNCDATA 和 PCDATA均是gc使用,忽略
    0x0085 00133 (main.go:3)    CALL    runtime.morestack_noctxt(SB) // morestack but not preserving ctxt. 执行栈空间扩容
    0x008a 00138 (main.go:3)    JMP    0
------------------------------------------------调度相关代码 尾部 end ------------------------------------------------

通过汇编我们可以看到b变量保存的是a变量的地址,这个过程是用AX寄存器实现的(附录部分会介绍Plan9指令,理解有问题的同学可以先看附录)。

string

让我们接着看一下string这种数据结构底层做了啥:

package main

func main() {
    var a = "hello"
    b := &a

    c := "world"
    b = &c

    println(*b, b) //    world 0xc000044730
    println(a, &a) //     hello 0xc000044740
}

汇编分析(只要分析main.go:4和main.go:5):

➜  fk git:(master) ✗ go tool compile -S -N -l main.go | grep -v PCDATA 
    0x0021 00033 (main.go:4)    LEAQ    go.string."hello"(SB), AX     // AX 取hello这个.rodata段数据的地址
    0x0028 00040 (main.go:4)    MOVQ    AX, "".a+24(SP)                            // 把AX 赋给a变量 位置:SP+24byte
    0x002d 00045 (main.go:4)    MOVQ    $5, "".a+32(SP)                            // 把5(字符串长度)赋给a变量 位置:SP+32byte
    0x0036 00054 (main.go:5)    LEAQ    "".a+24(SP), AX                            // AX取 "".a+24(SP) 的地址
    0x003b 00059 (main.go:5)    MOVQ    AX, "".b+16(SP)                            // 把AX的值赋给b变量
b:=&aruntime.string.go 
type stringStruct struct {
    str unsafe.Pointer
    len int
}

把代码稍微改一下:

package main

func main() {
    var a = "hello"
    b := a

    println(a, ",", b)         // hello , hello
    println(&a, ",", &b)     // 0xc000044740 , 0xc000044730
}

汇编分析

➜  fk git:(master) ✗ go tool compile -S -N -l main.go
    0x0021 00033 (main.go:4)    LEAQ    go.string."hello"(SB), AX // AX 取hello这个.rodata段数据的地址
    0x0028 00040 (main.go:4)    MOVQ    AX, "".a+48(SP)                        // AX 赋值给a   位置: sp+48byte
    0x002d 00045 (main.go:4)    MOVQ    $5, "".a+56(SP)                        // 长度5赋值给a  位置: sp+56byte
    0x0036 00054 (main.go:5)    MOVQ    AX, "".b+32(SP)                        // AX 赋值给b   位置: sp+32byte
    0x003b 00059 (main.go:5)    MOVQ    $5, "".b+40(SP)                        // 长度5赋值给b  位置: sp+40byte
b := a
b = &c

slice

代码:

package main

import "fmt"

func main() {
    a := make([]int, 10)
    a[0] = 1

    b := a

    fmt.Println(a, b)
}

汇编:

    0x002f 00047 (main.go:6)    LEAQ    type.int(SB), AX        // 把type.int值的指针赋给AX
    0x0036 00054 (main.go:6)    MOVQ    AX, (SP)                            // 把寄存器里的值赋给sp
    0x003a 00058 (main.go:6)    MOVQ    $10, 8(SP)                        // 把len的值赋给sp+8的位置
    0x0043 00067 (main.go:6)    MOVQ    $10, 16(SP)                        // 把cap的值赋给sp+16的位置  (以上这几行都是为了给makeslice准备参数)
    0x004c 00076 (main.go:6)    CALL    runtime.makeslice(SB)    // 调用makeslice
    0x0051 00081 (main.go:6)    MOVQ    24(SP), AX                        // AX = *(sp+24) 把makeslice的结果赋给AX
    0x0056 00086 (main.go:6)    MOVQ    AX, "".a+96(SP)                // AX 赋给变量a        位置:sp + 96byte
    0x005b 00091 (main.go:6)    MOVQ    $10, "".a+104(SP)            // len 10 赋给变量a 位置:sp + 104byte
    0x0064 00100 (main.go:6)    MOVQ    $10, "".a+112(SP)            // cap 10 赋给变量a 位置:sp + 112byte
    0x006d 00109 (main.go:7)    JMP    111                                            // 这行感觉没啥卵用
    0x006f 00111 (main.go:7)    MOVQ    $1, (AX)                            // a[0] = 1
    0x0076 00118 (main.go:9)    MOVQ    "".a+104(SP), AX            // 把len赋给AX
    0x007b 00123 (main.go:9)    MOVQ    "".a+96(SP), CX                // 把指针赋给CX
    0x0080 00128 (main.go:9)    MOVQ    "".a+112(SP), DX            // 把cap赋给DX
    0x0085 00133 (main.go:9)    MOVQ    CX, "".b+72(SP)                // CX赋给b
    0x008a 00138 (main.go:9)    MOVQ    AX, "".b+80(SP)                // AX赋给b
    0x008f 00143 (main.go:9)    MOVQ    DX, "".b+88(SP)                // DX赋给b
func makeslice(et *_type, len, cap int) unsafe.Pointerb := a
type slice struct {
    array unsafe.Pointer 
    len   int 
    cap   int     
}

这样的表现让slice这种数据类型似乎属于引用类型这个种类,在Go语言的官方文档有段声明map的定义中能找到类似的描述:

mnil

遗憾的是,slice在某些场合的表现并不属于引用类型:

package main

func fk(a []int) {
    a = make([]int, 0)
    println(a == nil)     // false
}

func main() {
    var a []int
    println(a == nil)        // true
    fk(a)
    println(a == nil)        // true
}

实际上,早在13年,Go语言之父之一就在go spec中声明:

spec: Go has no 'reference types'
reference todescriptor forSlices, maps and channels are reference types

image.png

map

代码:

package main

import "fmt"

func main() {
    a := make(map[string]int)
    b := a
    fmt.Println(a, b)
}

汇编(非相关汇编代码已删去):

$ go tool compile -S -N -l func-param.go 
    0x002f 00047 (main.go:6)    CALL    runtime.makemap_small(SB) // 调用 makemap_small 函数
    0x0034 00052 (main.go:6)    MOVQ    (SP), AX                                    // AX = *(BP)
    0x0038 00056 (main.go:6)    MOVQ    AX, "".a+56(SP)                        // 把 AX 赋给a变量
    0x003d 00061 (main.go:7)    MOVQ    AX, "".b+48(SP)                        // 把 AX 赋给b变量
func makemap_small() *hmaphmap

这让它看起来像是引用类型,但是它同样有非引用类型的表现:

package main

func fk(m map[string]int) {
    m = make(map[string]int)
    println(m == nil)            // false
}

func main() {
    var a map[string]int
    println(a == nil)         // true
    fk(a)
    println(a == nil)            // true
}

channel

代码

package main

func main() {
    a := make(chan int)
    b := a
    println(a, b)
}

汇编:

0x001d 00029 (main.go:4)    LEAQ    type.chan int(SB), AX        // 把type.chan int值的指针赋给AX
0x0024 00036 (main.go:4)    MOVQ    AX, (SP)                                // *(SP) = AX
0x0028 00040 (main.go:4)    MOVQ    $0, 8(SP)                                // *(SP+8) = 0
0x0031 00049 (main.go:4)    CALL    runtime.makechan(SB)        // 调用runtime.makechan
0x0036 00054 (main.go:4)    MOVQ    16(SP), AX                            // AX = *(SP+16) 即把makechan的结果赋给AX寄存器
0x003b 00059 (main.go:4)    MOVQ    AX, "".a+32(SP)                    // a = AX
0x0040 00064 (main.go:5)    MOVQ    AX, "".b+24(SP)                    // b = AX
func makechan(t *chantype, size int) *hchan

struct

代码:

package main

import "fmt"

type F struct {
    A int
}

func main() {
    a := F{A: 1}
    b := a

    b.A = 2

    fmt.Println(a, b) // {1} {2}
}

汇编:

    0x002f 00047 (main.go:10)    MOVQ    $0, "".a+56(SP)     // 这行估计是为了初始化a
    0x0038 00056 (main.go:10)    MOVQ    $1, "".a+56(SP)        // 把 1 赋值给a
    0x0041 00065 (main.go:11)    MOVQ    $1, "".b+48(SP)        // 把 1 赋值给b
    0x004a 00074 (main.go:13)    MOVQ    $2, "".b+48(SP)        // b的值修改为2

结构体这种数据类型没什么争议,不管在什么层面上都更像值类型

小结

经过上面对各种数据类型在运行时地址、源码以及汇编层面的表现,并结合Go官方文档,有的读者可能还是有点懵逼,我觉得这是正常的。即使Go语言之父之一的大佬13年举大旗明确说明Go中没有引用类型,但是在18年的文档中还是反水说xx type is reference type 。这篇文档也许是其他人写的,侧面说明这个概念确实是confused~

函数调用

同样先来看看定义:

By definition, pass by value means you are making a copy in memory of the actual parameter's value that is passed in, a copy of the contents of the actual parameter. ... In pass by reference (also called pass by address), a copy of the address of the actual parameter is stored.

中文意思是:

值传递会在内存中拷贝一份实参的值,值是指实参的内容。引用传递会拷贝一份实参的地址。

通过图片看一下两种调用的区别:

值传递(Go代码):

image.png

引用传递(c++):

image.png

通过c++代码看一下引用传递的实际表现:

#include <stdio.h>

void fk(int & count)// & 使其进行引用传递
{
  count=count+1;    
  printf("fk: %p, %d\n",&count, count); // 把各种变量信息打印出来
}

int main()
{
  int count=0;     //
  printf("before call fk: %p, %d\n",&count, count);    //调用函数前看一下各个变量信息
  fk(count);        
  
    printf("after call fk: %p, %d\n",&count, count); //调用函数后看一下各个变量信息
  return 0;
}

输出结果:

$ g++ main.cpp -o fk1 && ./fk1
before call fk: 0x7ffee90b57f8, 0
fk: 0x7ffee90b57f8, 1
after call fk: 0x7ffee90b57f8, 1

Go语言中是没有引用传递的,官方文档中Q&A部分对函数调用中参数传递早有定义:

intint

大概翻译一下: Golang中函数传递都是值传递,也就是说函数总是获得传入参数的副本,就如同一个赋值语句讲值分配给参数一样。举例来说:在函数里传入一个 int 类型时会拷贝一个 int 类型的副本,传入一个指针将会拷贝一份指针副本,但并不会拷贝指针指向的值。

经过前面的分析,相信读者对一些基本数据类型已经有一定的想法。让我们看一下答案中专门强调的指针类型在函数传参中的表现:

package main

import "fmt"

func fk(a *int) {
    fmt.Printf("func a'value: %p\n", a)            // func a'value: 0xc00001a0a0
    fmt.Printf("func a'address: %p\n", &a)  // func a'address: 0xc00000e030 // 指针指向的值一样,但是会copy一个新的指针
}

func main() {
    a := 10086
    fmt.Printf("main a'adreess: %p\n", &a)  // main a'adreess: 0xc00001a0a0
    fk(&a)
}

指针类型作为函数参数在传递时会拷贝一份新的指针,只不过两份指针指向同一个值。从结果来看符合值传递的概念。

总结

以一些词汇对事物做分类的目的是要降低用户的理解成本,但是 引用类型值类型 对变量分类, 引用传递值传递 对函数调用分类,不仅没有降低成本,反而让人更困惑了。所以个人认为对于数据类型、函数调用这部分知识理解底层原理即可,不要为几个概念来回撕逼了。

参考