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pointers - 我们是否在 Go 中过度使用了传递指针？

coder 2023-06-25 原文

这个问题特定于函数调用，并且针对 Go 优化器在按值传递结构与按指针传递结构时的可信度。

如果您想知道何时在结构字段中使用值与指针，请参阅:Go - Performance - What's the difference between pointer and value in struct?

请注意:我已尽量使任何人都易于理解，因此有些术语并不精确。

一些低效的 Go 代码

假设我们有一个结构:

type Vec3 struct{
  X, Y, X float32
}

我们想要创建一个函数来计算两个向量的叉积。 (对于这个问题，数学并不重要。)有几种方法可以解决这个问题。一个天真的实现是:

func CrossOf(a, b Vec3) Vec3{
  return Vec3{
    a.Y*b.Z - a.Z*b.Y,
    a.Z*b.X - a.X*b.Z,
    a.X*b.Y - a.Y*b.X,
  }
}

将通过以下方式调用:

a:=Vec3{1,2,3}
b:=Vec3{2,3,4}
var c Vec3

// ...and later on:
c := CrossOf(a, b)

这工作正常，但在 Go 中，它显然不是很有效。 a 和 b 按值传递(复制)到函数中，结果再次复制出来。虽然这是一个小例子，但如果我们考虑大型结构，问题就会更加明显。

更有效的实现方式是:

func (res *Vec3) CrossOf(a, b *Vec3) {
  // Cannot assign directly since we are using pointers.  It's possible that a or b == res
  x := a.Y*b.Z - a.Z*b.Y
  y := a.Z*b.X - a.X*b.Z
  res.Z = a.X*b.Y - a.Y*b.X 
  res.Y = y
  res.X = x
}

// usage
c.CrossOf(&a, &b)

这更难阅读，占用更多空间，但效率更高。如果传递的结构非常大，这将是一个合理的权衡。

对于大多数具有类 C 编程背景的人来说，尽可能通过引用传递是直观的，纯粹是为了提高效率。

在 Go 中，直觉认为这是最好的方法，但 Go 本身指出了这种推理的缺陷。

Go 比这更聪明

这里有一些在 Go 中可以工作，但不能在大多数低级类 C 语言中工作的东西:

func GetXAsPointer(vec Vec3) *float32{
  return &vec.X
}

我们分配了一个Vec3，获取了一个指向X字段的指针，并将它返回给调用者。看到问题了吗？在 C 中，当函数返回时，堆栈将展开，返回的指针将变为无效。

但是，Go 是垃圾回收的。它将检测到此 float32 必须继续存在，并将其(float32 或整个 Vec3)分配到堆上而不是堆栈。

Go 需要逃逸检测才能正常工作。它模糊了按值传递和按指针传递之间的界限。

众所周知，Go 是为积极优化而设计的。如果通过引用传递更有效，并且传递的结构不被函数改变，为什么 Go 不应该采用更有效的方法？

因此，我们的高效示例可以重写为:

func (res *Vec3) CrossOf(a, b Vec3) {
    res.X = a.Y*b.Z - a.Z*b.Y
    rex.Y = a.Z*b.X - a.X*b.Z
    res.Z = a.X*b.Y - a.Y*b.X
}

// usage
c.CrossOf(a, b)

请注意，这更具可读性，如果我们假设一个激进的按值传递到按指针传递编译器，就像以前一样高效。

根据文档，建议使用指针传递足够大的接收器，并以与参数相同的方式考虑接收器:https://golang.org/doc/faq#methods_on_values_or_pointers

Go 已经对每个变量进行了逃逸检测，以确定它是放在堆上还是堆栈上。因此，如果结构将被函数更改，则在 Go 范例中似乎更倾向于仅通过指针传递。这将产生更易读且更不容易出错的代码。

Go 编译器是否自动将传值优化为传指针？看起来应该如此。

问题来了

对于结构，我们什么时候应该使用指针传递还是值传递？

需要注意的事项:

  • 对于结构，一个实际上比另一个更有效，还是 Go 编译器会将它们优化为相同？
  • 依靠编译器来优化它是一种不好的做法吗？
  • 在任何地方传递指针是否更糟糕，从而创建容易出错的代码？

最佳答案

简短回答:是的，您在这里过度使用了传递指针。

这里是一些简单的数学运算...您的结构由三个 float32 对象组成，总共 96 位。假设你在一台 64 位机器上，你的指针是 64 位长，所以在最好的情况下你为自己节省了微不足道的 32 位复制。

作为保存这 32 位的代价，您将强制执行额外的查找(它需要跟随指针然后读取原始值)。它必须在堆上而不是堆栈上分配这些对象，这意味着一大堆额外的开销、垃圾收集器的额外工作以及减少的内存局部性。

在编写高性能代码时，您必须意识到糟糕的内存局部缓存未命中的潜在成本可能非常昂贵。主存延迟可以是L1的100倍。

此外，因为您使用的是指向结构的指针，所以您阻止了编译器进行许多原本可以进行的优化。例如，Go 可能会实现 register calling conventions将来，这将在这里被阻止。

简而言之，节省 4 个字节的复制可能会让您付出相当多的代价，所以是的，在这种情况下，您过度使用了传递指针。我不会仅仅为了提高效率而使用指针，除非结构是这个大小的 10 倍，即使那样，考虑到意外修改可能导致错误，也并不总是很清楚这是否是正确的方法。

关于pointers - 我们是否在 Go 中过度使用了传递指针？，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题： https://stackoverflow.com/questions/41030545/

pointers传递codeVec3optimizationgoconventionscalling-convention

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