Golang通脉之结构体

Go语言中的基础数据类型可以表示一些事物的基本属性，但是要表达一个事物的全部或部分属性时，这时候再用单一的基本数据类型明显就无法满足需求了，Go语言提供了一种自定义数据类型，可以封装多个基本数据类型，这种数据类型叫结构体，英文名称struct。 也就是可以通过struct来定义自己的类型了。

Go语言中通过struct来实现面向对象。

结构体的定义

Go 语言中数组可以存储同一类型的数据，但在结构体中我们可以为不同项定义不同的数据类型。 结构体是由一系列具有相同类型或不同类型的数据构成的数据集合。

使用type和struct关键字来定义结构体，具体代码格式如下：

type struct_variable_type struct {
   member definition;
   member definition;
   ...
   member definition;
}

其中：

• struct_variable_type：标识自定义结构体的名称，在同一个包内不能重复。
• member：表示结构体字段名。结构体中的字段名必须唯一。
• definition：表示结构体字段的具体类型。

定义一个Person结构体：

type person struct {
    name string
    city string
    age  int8
}

同样类型的字段可以写在一行，

type person1 struct {
    name, city string
    age        int8
}

这样就拥有了一个person的自定义类型，它有name、city、age三个字段。使用这个person结构体就能够很方便的在程序中表示和存储人的信息了。

语言内置的基础数据类型是用来描述一个值的，而结构体是用来描述一组值的。比如一个人有名字、年龄和居住城市等，本质上是一种聚合型的数据类型

结构体实例化

只有当结构体实例化时，即结构体声明后，才会真正地分配内存。也就是必须实例化后才能使用结构体的字段。

结构体本身也是一种类型，可以像声明内置类型一样使用var关键字声明结构体类型。

var 结构体实例 结构体类型

基本实例化

type Books struct {
   title string
   author string
   subject string
   book_id int
}

func main() {
    var book1 Books        /* 声明 book1 为 Books 类型 */
    /* book 1 描述 */
   Book1.title = "Go 语言"
   Book1.author = "Go大佬"
   Book1.subject = "Go"
   Book1.book_id = 6495407
}

通过.来访问结构体的字段（成员变量）。

匿名结构体

在定义一些临时数据结构等场景下还可以使用匿名结构体。

func main() {
    var user struct{Name string; Age int}
    user.Name = "张三"
    user.Age = 20
    fmt.Printf("%#v\n", user)
}

创建指针类型结构体

还可以通过使用new关键字对结构体进行实例化，得到的是结构体的地址：

var p = new(person)
fmt.Printf("%T\n", p)     //*main.person
fmt.Printf("p=%#v\n", p) //p=&main.person{name:"", city:"", age:0}

可以看出p是一个结构体指针。

需要注意的是在Go语言中支持对结构体指针直接使用.来访问结构体的成员。

var p = new(person)
p.name = "张三"
p.age = 18
p.city = "深圳"
fmt.Printf("p=%#v\n", p) //p=&main.person{name:"张三", city:"深圳", age:18}

取结构体的地址实例化

使用&对结构体进行取地址操作相当于对该结构体类型进行了一次new实例化操作。

book := &Books{}
book.title = "Java"
book.author = "Java大佬"
book.subject = "Java 语言"
book.book_id = 6495700

book.title= "Java"其实在底层是(*book).title= "Java"，这是Go语言实现的语法糖。

结构体初始化

没有初始化的结构体，其成员变量都是对应其类型的零值。

type person struct {
    name string
    city string
    age  int8
}

func main() {
    var p person
    fmt.Printf("p=%#v\n", p) //p=main.person{name:"", city:"", age:0}
}

使用键值对初始化

使用键值对对结构体进行初始化时，键对应结构体的字段，值对应该字段的初始值。

p := person{
    name: "张三",
    city: "",
    age:  18,
}
fmt.Printf("p=%#v\n", p) //p=main.person{name:"张三", city:"深圳", age:18}

也可以对结构体指针进行键值对初始化，例如：

p := &person{
    name: "张三",
    city: "深圳",
    age:  18,
}
fmt.Printf("p=%#v\n", p) //p=&main.person{name:"张三", city:"深圳", age:18}

当某些字段没有初始值的时候，该字段可以不写。此时，没有指定初始值的字段的值就是该字段类型的零值。

p := &person{
    city: "深圳",
}
fmt.Printf("p=%#v\n", p) //p=&main.person{name:"", city:"深圳", age:0}

使用值的列表初始化

初始化结构体的时候可以简写，也就是初始化的时候不写键，直接写值：

p := &person{
    "张三",
    "深圳",
    18,
}
fmt.Printf("p=%#v\n", p) //p=&main.person{name:"张三", city:"深圳", age:18}

使用这种格式初始化时，需要注意：

1. 必须初始化结构体的所有字段。
2. 初始值的填充顺序必须与字段在结构体中的声明顺序一致。
3. 该方式不能和键值初始化方式混用。

结构体内存布局

结构体占用一块连续的内存。

type test struct {
    a int8
    b int8
    c int8
    d int8
}
n := test{
    1, 2, 3, 4,
}
fmt.Printf("n.a %p\n", &n.a)
fmt.Printf("n.b %p\n", &n.b)
fmt.Printf("n.c %p\n", &n.c)
fmt.Printf("n.d %p\n", &n.d)

输出：

n.a 0xc0000a0060
n.b 0xc0000a0061
n.c 0xc0000a0062
n.d 0xc0000a0063

关于Go语言中的内存对齐:在 Go 中恰到好处的内存对齐

空结构体

空结构体是不占用空间的。

var v struct{}
fmt.Println(unsafe.Sizeof(v))  // 0

空结构体的作用

因为空结构体不占据内存空间，因此被广泛作为各种场景下的占位符使用。一是节省资源，二是空结构体本身就具备很强的语义，即这里不需要任何值，仅作为占位符。

实现集合(Set)

Go 语言标准库没有提供 Set 的实现，通常使用 map 来代替。事实上，对于集合来说，只需要 map 的键，而不需要值。即使是将值设置为 bool 类型，也会多占据 1 个字节，那假设 map 中有一百万条数据，就会浪费 1MB 的空间。

因此，将 map 作为集合(Set)使用时，可以将值类型定义为空结构体，仅作为占位符使用即可。

type Set map[string]struct{}

func (s Set) Has(key string) bool {
    _, ok := s[key]
    return ok
}

func (s Set) Add(key string) {
    s[key] = struct{}{}
}

func (s Set) Delete(key string) {
    delete(s, key)
}

func main() {
    s := make(Set)
    s.Add("Tom")
    s.Add("Sam")
    fmt.Println(s.Has("Tom"))
    fmt.Println(s.Has("Jack"))
}

不发送数据的信道(channel)

func worker(ch chan struct{}) {
    <-ch
    fmt.Println("do something")
    close(ch)
}

func main() {
    ch := make(chan struct{})
    go worker(ch)
    ch <- struct{}{}
}

有时候使用 channel 不需要发送任何的数据，只用来通知子协程(goroutine)执行任务，或只用来控制协程并发度。这种情况下，使用空结构体作为占位符就非常合适了。

仅包含方法的结构体

type Door struct{}

func (d Door) Open() {
    fmt.Println("Open the door")
}

func (d Door) Close() {
    fmt.Println("Close the door")
}

在部分场景下，结构体只包含方法，不包含任何的字段。例如上面的 Door，在这种情况下，Door 事实上可以用任何的数据结构替代：

type Door int
type Door bool

无论是 int 还是 bool 都会浪费额外的内存，因此这种情况下，声明为空结构体是最合适的。

面试题

type student struct {
    name string
    age  int
}

func main() {
    m := make(map[string]*student)
    stus := []student{
        {name: "张三", age: 18},
        {name: "李四", age: 23},
        {name: "王五", age: 25},
    }

    for _, stu := range stus {
        m[stu.name] = &stu
    }
    for k, v := range m {
        fmt.Println(k, "=>", v.name)
    }
}

//与Java的foreach一样，for range使用的是副本的方式。
//for range在循环时，go会创建一个额外的变量去存储循环的元素，所以在每一次迭代中，该变量都会被重新赋值，
//所以m[stu.Name]=&stu实际上一致指向同一个指针， 
//最终该指针的值为遍历的最后一个struct的值拷贝。 就像想修改切片元素的属性：

//for _, stu := range stus {
//  stu.age = stu.age+10
//}

//也是不可行的。

构造函数

Go语言的结构体没有构造函数，但可以自己实现。 因为struct是值类型，如果结构体比较复杂的话，值拷贝性能开销会比较大，所以构造函数返回的是结构体指针类型：

func NewPerson(name, city string, age int8) *person {
    return &person{
        name: name,
        city: city,
        age:  age,
    }
}

调用构造函数

p := NewPerson("张三", "深圳", 18)
fmt.Printf("%#v\n", p) //&main.person{name:"张三", city:"深圳", age:18}

结构体的匿名字段

可以用字段来创建结构，这些字段只包含一个没有字段名的类型。这些字段被称为匿名字段。

在类型中，使用不写字段名的方式，使用另一个类型

type Human struct {
    name string
    age int
    weight int
} 
type Student struct {
    Human // 匿名字段，那么默认Student就包含了Human的所有字段
    speciality string
} 
func main() {
    // 初始化一个学生
    mark := Student{Human{"Mark", 25, 120}, "Computer Science"}
    // 访问相应的字段
    fmt.Println("His name is ", mark.name)
    fmt.Println("His age is ", mark.age)
    fmt.Println("His weight is ", mark.weight)
    fmt.Println("His speciality is ", mark.speciality)
    // 修改对应的备注信息
    mark.speciality = "AI"
    fmt.Println("Mark changed his speciality")
    fmt.Println("His speciality is ", mark.speciality)
    // 修改年龄信息
    fmt.Println("Mark become old")
    mark.age = 46
    fmt.Println("His age is", mark.age)
    // 修改体重信息
    fmt.Println("Mark is not an athlet anymore")
    mark.weight += 60
    fmt.Println("His weight is", mark.weight)
}

可以使用"."的方式进行调用匿名字段中的属性值
实际就是字段的继承
其中可以将匿名字段理解为字段名和字段类型都是同一个
基于上面的理解，所以可以mark.Human = Human{"Marcus", 55, 220}和mark.Human.age -= 1
若存在匿名字段中的字段与非匿名字段名字相同，则最外层的优先访问，就近原则
通过匿名访问和修改字段相当的有用，但是不仅仅是struct字段，所有的内置类型和自定义类型都是可以作为匿名字段的。

注意：这里匿名字段的说法并不代表没有字段名，而是默认会采用类型名作为字段名，结构体要求字段名称必须唯一，因此一个结构体中同种类型的匿名字段只能有一个。

嵌套结构体

一个结构体中可以嵌套包含另一个结构体或结构体指针。

type Address struct {  
    city, state string
}
type Person struct {  
    name string
    age int
    address Address
}

func main() {  
    var p Person
    p.name = "Naveen"
    p.age = 50
    p.address = Address {
        city: "Chicago",
        state: "Illinois",
    }
    fmt.Println("Name:", p.name)
    fmt.Println("Age:",p.age)
    fmt.Println("City:",p.address.city)
    fmt.Println("State:",p.address.state)
}

提升字段

在结构体中属于匿名结构体的字段称为提升字段，因为它们可以被访问，就好像它们属于拥有匿名结构字段的结构一样。理解这个定义是相当复杂的。

type Address struct {  
    city, state string
}
type Person struct {  
    name string
    age  int
    Address
}

func main() {  
    var p Person
    p.name = "Naveen"
    p.age = 50
    p.Address = Address{
        city:  "Chicago",
        state: "Illinois",
    }
    fmt.Println("Name:", p.name)
    fmt.Println("Age:", p.age)
    fmt.Println("City:", p.city) //city is promoted field
    fmt.Println("State:", p.state) //state is promoted field
}

运行结果

Name: Naveen  
Age: 50  
City: Chicago  
State: Illinois

若存在匿名字段中的字段与非匿名字段名字相同，则最外层的优先访问，就近原则

嵌套结构体的字段名冲突

嵌套结构体内部可能存在相同的字段名。在这种情况下为了避免歧义需要通过指定具体的内嵌结构体字段名。

//Address 地址结构体
type Address struct {
    Province   string
    City       string
    CreateTime string
}

//Email 邮箱结构体
type Email struct {
    Account    string
    CreateTime string
}

//User 用户结构体
type User struct {
    Name   string
    Gender string
    Address
    Email
}

func main() {
    var user User
    user.Name = "张三"
    user.Gender = "男"
    // user.CreateTime = "2021" //ambiguous selector user.CreateTime
    user.Address.CreateTime = "2000" //指定Address结构体中的CreateTime
    user.Email.CreateTime = "2000"   //指定Email结构体中的CreateTime
}

结构体的“继承”

Go语言中使用结构体也可以实现其他编程语言中面向对象的继承。

//Animal 动物
type Animal struct {
    name string
}

func (a *Animal) move() {
    fmt.Printf("%s会动！\n", a.name)
}

//Dog 狗
type Dog struct {
    Feet    int8
    *Animal //通过嵌套匿名结构体实现继承
}

func (d *Dog) wang() {
    fmt.Printf("%s会汪汪汪~\n", d.name)
}

func main() {
    d1 := &Dog{
        Feet: 4,
        Animal: &Animal{ //注意嵌套的是结构体指针
            name: "乐乐",
        },
    }
    d1.wang() //乐乐会汪汪汪~
    d1.move() //乐乐会动！
}

结构体字段的可见性

结构体中字段大写开头表示可公开访问（可以从其他包访问它），小写表示私有（仅在定义当前结构体的包中可访问）。

结构体与JSON序列化

JSON(JavaScript Object Notation) 是一种轻量级的数据交换格式。易于人阅读和编写。同时也易于机器解析和生成。JSON键值对是用来保存JS对象的一种方式，键/值对组合中的键名写在前面并用双引号""包裹，使用冒号:分隔，然后紧接着值；多个键值之间使用英文,分隔。

//Student 学生
type Student struct {
    ID     int
    Gender string
    Name   string
}

//Class 班级
type Class struct {
    Title    string
    Students []*Student
}

func main() {
    c := &Class{
        Title:    "101",
        Students: make([]*Student, 0, 200),
    }
    for i := 0; i < 10; i++ {
        stu := &Student{
            Name:   fmt.Sprintf("stu%02d", i),
            Gender: "男",
            ID:     i,
        }
        c.Students = append(c.Students, stu)
    }
    //JSON序列化：结构体-->JSON格式的字符串
    data, err := json.Marshal(c)
    if err != nil {
        fmt.Println("json marshal failed")
        return
    }
    fmt.Printf("json:%s\n", data)
    //JSON反序列化：JSON格式的字符串-->结构体
    str := `{"Title":"101","Students":[{"ID":0,"Gender":"男","Name":"stu00"},{"ID":1,"Gender":"男","Name":"stu01"},{"ID":2,"Gender":"男","Name":"stu02"},{"ID":3,"Gender":"男","Name":"stu03"},{"ID":4,"Gender":"男","Name":"stu04"},{"ID":5,"Gender":"男","Name":"stu05"},{"ID":6,"Gender":"男","Name":"stu06"},{"ID":7,"Gender":"男","Name":"stu07"},{"ID":8,"Gender":"男","Name":"stu08"},{"ID":9,"Gender":"男","Name":"stu09"}]}`
    c1 := &Class{}
    err = json.Unmarshal([]byte(str), c1)
    if err != nil {
        fmt.Println("json unmarshal failed!")
        return
    }
    fmt.Printf("%#v\n", c1)
}

结构体标签（Tag）

Tag是结构体的元信息，可以在运行的时候通过反射的机制读取出来。 Tag在结构体字段的后方定义，由一对反引号包裹起来，具体的格式如下：

`key1:"value1" key2:"value2"`

结构体tag由一个或多个键值对组成。键与值使用冒号分隔，值用双引号括起来。同一个结构体字段可以设置多个键值对tag，不同的键值对之间使用空格分隔。

注意事项： 为结构体编写Tag时，必须严格遵守键值对的规则。结构体标签的解析代码的容错能力很差，一旦格式写错，编译和运行时都不会提示任何错误，通过反射也无法正确取值。例如不要在key和value之间添加空格。

例如我们为Student结构体的每个字段定义json序列化时使用的Tag：

//Student 学生
type Student struct {
    ID     int    `json:"id"` //通过指定tag实现json序列化该字段时的key
    Gender string //json序列化是默认使用字段名作为key
    name   string //私有不能被json包访问
}

func main() {
    s1 := Student{
        ID:     1,
        Gender: "男",
        name:   "张三",
    }
    data, err := json.Marshal(s1)
    if err != nil {
        fmt.Println("json marshal failed!")
        return
    }
    fmt.Printf("json str:%s\n", data) //json str:{"id":1,"Gender":"男"}
}

结构体比较

结构体是值类型，如果每个字段具有可比性，则是可比较的。如果它们对应的字段相等，则认为两个结构体变量是相等的。

type name struct {  
    firstName string
    lastName string
}


func main() {  
    name1 := name{"Steve", "Jobs"}
    name2 := name{"Steve", "Jobs"}
    if name1 == name2 {
        fmt.Println("name1 and name2 are equal")
    } else {
        fmt.Println("name1 and name2 are not equal")
    }

    name3 := name{firstName:"Steve", lastName:"Jobs"}
    name4 := name{}
    name4.firstName = "Steve"
    if name3 == name4 {
        fmt.Println("name3 and name4 are equal")
    } else {
        fmt.Println("name3 and name4 are not equal")
    }
}

运行结果

name1 and name2 are equal  
name3 and name4 are not equal  

如果结构变量包含的字段是不可比较的，那么结构变量是不可比较的：

type image struct {  
    data map[int]int
}

func main() {  
    image1 := image{data: map[int]int{
        0: 155,
    }}
    image2 := image{data: map[int]int{
        0: 155,
    }}
    if image1 == image2 {
        fmt.Println("image1 and image2 are equal")
    }
}