從記憶體分配策略(堆、棧)的角度分析,函式傳遞指標真的比傳值效率高嗎？

_西門吹牛發表於2019-03-19
記憶體函式指標

從記憶體分配策略(堆、棧)的角度分析,函式傳遞指標真的比傳值效率高嗎？

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介紹

對於初學者，肯定很多同學在糾結:

  • 函式傳遞指標還是傳值？
  • 兩種選擇的本質區別是什麼？
  • 哪種方式的效能更高呢？

分析

要找到區別，那肯定需要下功夫，那就從 Golang 的實現機制中來分析吧。首先，在Golang 中有一個很重要的概念那就是 逃逸分析（Escape analysis），所謂的逃逸分析指由編譯器決定記憶體分配的位置。

  • 分配在 棧中，則函式執行結束可自動將記憶體回收
  • 分配在 堆中，則函式執行結束可交給GC（垃圾回收）處理

最終程式的執行效率和這個兩種分配規則是有這重要關聯的，而傳值和傳指標的主要區別在於底層值是否需要拷貝,表面上看傳指標不涉及值拷貝，效率肯定更高。但是實際情況是指傳針會涉及到變數逃逸到堆上，而且會增加GC的負擔，所以本文我們要做的內容就是進行 逃逸分析 ,安裝慣例先上結論。

  • 棧上分配記憶體比在堆中分配記憶體有更高的效率
  • 棧上分配的記憶體不需要GC處理,函式執行後自動回收
  • 堆上分配的記憶體使用完畢會交給GC處理
  • 發生逃逸時，會把棧上的申請的記憶體移動到堆上
  • 指標可以減少底層值的拷貝，可以提高效率，但是會產生逃逸，但是如果拷貝的資料量小，逃逸造成的負擔（堆記憶體分配+GC回收)會降低效率
  • 因此選擇值傳遞還是指標傳遞，變數的大小是一個很重要的分析指標

每種方式都有各自的優缺點，棧上的值，減少了 GC 的壓力,但是要維護多個副本，堆上的指標，會增加 GC 的壓力，但只需維護一個值。因此選擇哪種方式，依據自己的業務情況參考這個標準進行選擇。

先上一段程式碼分析下

// escape.go
package main

type person struct {
	name string
	age  int
}

func main() {
	makePerson(32, "艾瑪·斯通")
	showPerson(33, "楊冪")
}

func makePerson(age int, name string) *person {
	maliya := person{name, age}
	return &maliya
}

func showPerson(age int, name string) person {
	yangmi := person{name, age}
	return yangmi
}
複製程式碼

執行如下命令,進行逃逸分析

go build -gcflags="-m -m -l" escape.go
複製程式碼

輸出結果：

Escape/Escape.go:15:9: &maliya escapes to heap
Escape/Escape.go:15:9:  from ~r2 (return) at Escape/Escape.go:15:2
Escape/Escape.go:14:2: moved to heap: maliya
Escape/Escape.go:13:40: leaking param: name to result ~r2 level=-1
Escape/Escape.go:13:40:         from person literal (struct literal element) at Escape/Escape.go:14:18
Escape/Escape.go:13:40:         from maliya (assigned) at Escape/Escape.go:14:9
Escape/Escape.go:13:40:         from &maliya (address-of) at Escape/Escape.go:15:9
Escape/Escape.go:13:40:         from ~r2 (return) at Escape/Escape.go:15:2
Escape/Escape.go:18:39: leaking param: name to result ~r2 level=0
Escape/Escape.go:18:39:         from person literal (struct literal element) at Escape/Escape.go:19:18
Escape/Escape.go:18:39:         from yangmi (assigned) at Escape/Escape.go:19:9
Escape/Escape.go:18:39:         from ~r2 (return) at Escape/Escape.go:20:2
複製程式碼

從結果中我們看到變數 &maliya 發生了逃逸,變數 yangmi 沒有逃逸

&maliya escapes to heap from ~r2 (return) at Escape/Escape.go:15:2
moved to heap: maliya
複製程式碼

所以 makePerson 返回的是指標型別，發生了逃逸，而showPerson 返回的是值型別沒有逃逸。

關於變數逃逸的情況還有很多，網上有很多分析的文章，就不一一舉例了，直接給出結論:

  • 共享了棧上的一個值時，它就會逃逸
  • 棧空間不足逃逸（比如建立一個超大的slice,超過棧空間）
  • 動態型別逃逸，函式引數為interface型別（典型的fmt.Println方法）
  • 閉包引用物件逃逸，其實本質還是共享了棧上的值

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