TL;DR:本文不讨论三色垃圾回收，不讨论读写屏障，不讨论内存分配策略。仅仅从内存视角抽象出一个简单的屏障。以便可以在写Go语言时，知道语言的边界，可以把之前C/C 的经验复用。
在上一篇文章中，我提到了一个疑问，就是两个Slice分别引用一个Array的不同部分，GC是如何保证在Mark时，可以Mark到那个被引用的Array。
在这里，我陷入了一个很大的误区。
根据Lua和C#的经验，GC在Mark一个对象时，实际上是Mark一块内存，当这个内存被Mark之后，他就不会被释放。从malloc这个函数也很容易知道，释放一个内存块同样需要内存块的首地址。
这也是为什么很多带GC的语言都不允许做指针运算的原因。
我当时看过的Go语言书籍都说，Go语言虽然有指针，但是不允许做指针运算。
经验主义让我认为，GC系统的主流设计思想都差不多，无非就是算法的不同。
然后，我就有了一种Go语言的指针和C#的引用其实是一个东西的错觉。
然而，这种错觉无法解释上一篇文章中有关Slice的GC问题。
事实上，由于潜意识的限制，我甚至忽略了一种更为普遍的情况。
来看一段代码(只是为了演示问题，因为这么做毫无道理)：
代码语言：javascript复制func foo() *int {
a := make([]int, 3)
return &a[1]
}是的，我甚至弄错了，Go语言的指针是真的指针这一事实。
Go不能做指针运算，指的是我们不能将一个指针加上或减去任意一个偏移量。
Go的指针可以是指向任意一块合法内存的地址。
以上面的代码为例。
当一个函数bar调用foo之后并持有这个int指针，即使Slice变量a被销毁，a所指向的Array也不会被回收。
那么我之前对Go的GC理解必然是错的。
几经辗转，终于在《Go语言设计与实现》中的7.1节“内存分配器的实现原理”找到线索。
Go的内存分配器在1.11版本前后实现是不一样的，《Go语言设计与实现》花了大量笔墨来介绍1.11版本之后的实现细节。
两个版本对上层的抽象是一致的，但是1.11之后的版本稍嫌复杂了，1.11版之前的“线性分配器”版本，更能帮助我建立简单直观的印象。
于是，我找到另一篇文章，这篇文章详细介绍了"线性分配器"的设计思路。
在这篇文章中，我们可以得到几个很重要的提示：
- 内存分配的最小单位是Page
- 分配出去的内存块是一个称之为mspan的结构，每一个mpan结构一定持整数个Page
- 任意一个Page都会有与之对应mspan结构的指针，当一个mspan持有多个Page时，多个Page会有相同的mspan结构。
上面提示，已经足够解释前面所有的问题了。
由于每个Page都是同样大小，可以根据内存地址以O(1)的时间复杂度得到Page的索引。
再根据Page的索引，以O(1)的时间复杂度得到mspan的指针。
一个mspan内存块中，所有对象都占用同样大小的内存，使用spanClass来表示对象的大小（spanClass==0例外)。
这样，再根据从mspan得到的对象大小信息，算出指针指向对象的首地址在何处。
当我搞明白这种思路之后，简直都惊呆了。
Go语言通过将内存分配器和GC系统融合之后，提供了几乎90%的指针功能，此时我有点明白“云时代的C语言”这种说法了。
在上一篇文章中我炫技似的留下了一段关于接口相关的代码，如下：
代码语言：javascript复制package main
import "fmt"
type FooBar interface {
foo()
bar()
}
type st1 struct {
FooBar
n int
}
type st2 struct {
FooBar
m int
}
func (s *st1) foo() {
fmt.Println("st1.foo", s.n)
}
func (s *st1) bar() {
fmt.Println("st1.bar", s.n)
}
func (s *st2) foo() {
fmt.Println("st2.foo", s.m)
}
func test(fb FooBar) {
fb.foo()
fb.bar()
}
func main() {
v1 := &st1{n: 1}
v3 := &st2{
m: 3,
FooBar: v1,
}
test(v1)
test(v3)
}当时，由于Plan9汇编的阻碍，我对于底层的实现和机制没太明白，更没有明白这种用法的边界是什么。
最近终于有一个自洽的推测了。
是的，因为我目前为止依然看不太懂Plan9汇编，以下全是推测，只有部分佐证。
我先尝试使用C语言写出上面代码的等价代码。
代码语言：javascript复制//a.c
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
typedef void (*foo_t)(void *);
typedef void (*bar_t)(void *);
struct FooBarFn {
foo_t foo;
bar_t bar;
};
struct FooBar {
void *data;
struct FooBarFn *itab;
};
struct st1 {
struct FooBar _foobar;
int n;
};
struct st2 {
struct FooBar _foobar;
int m;
};
void st1_foo(struct st1 *s) {
printf("st1.foo:%dn", s->n);
}
void st1_bar(struct st1 *s) {
printf("st1.bar:%dn", s->n);
}
void st2_foo(struct st2 *s) {
printf("st2.foo:%dn", s->m);
}
void st2_bar(struct st2 *s) {
s->_foobar.itab->bar(s->_foobar.data);
}
struct FooBar st1_interface(struct st1 *s) {
struct FooBar i;
i.data = (void *)s;
i.itab = malloc(sizeof(struct FooBarFn));
i.itab->foo = (foo_t)st1_foo;
i.itab->bar = (bar_t)st1_bar;
return i;
}
struct FooBar st2_interface(struct st2 *s) {
struct FooBar i;
i.data = (void *)s;
i.itab = malloc(sizeof(struct FooBarFn));
i.itab->foo = (foo_t)st2_foo;
i.itab->bar = (bar_t)st2_bar;
return i;
}
void test(struct FooBar bar) {
bar.itab->foo(bar.data);
bar.itab->bar(bar.data);
}
int main() {
struct FooBar i1, i2;
struct st1 *v1 = malloc(sizeof(*v1));
struct st2 *v3 = malloc(sizeof(*v3));
memset(v1, 0, sizeof(*v1));
memset(v3, 0, sizeof(*v3));
v1->n = 1;
v3->m = 3;
v3->_foobar = st1_interface(v1);
i1 = st1_interface(v1);
i2 = st2_interface(v3);
test(i1);
test(i2);
return 0;
}
//gcc -o a a.c上面这段代码是可以被编译通过的，而且和各种Go语言书中披露的interface实现,非常接近，我几乎可以认定Go语言就是这么实现的。
这段代码主要想解释“结构/接口内嵌”，编译器到底做了什么，他的规则是什么，以便我可以更好的利用这种规则。
Go的整个嵌入结构其实非常酷炫，但是也难以理解。
但是如果按上面的C代码去分析，其实整个规则非常简单，只是两个语法糖而已。
先来单纯看struct的内存布局。
在C语言时代我们所有人都写过下面这种代码：
代码语言：javascript复制struct A {
int f1;
int f2;
};
struct B {
struct A a;
int f3;
};
void foo() {
struct B b;
b.a.f1 = 3;
b.a.f2 = 4;
b.f3 = 5;
}对应的Go语言如下:
代码语言：javascript复制type A struct {
f1 int
f2 int
}
type B struct {
A
f3 int
}
type D struct {
A a
f3 int
}
func foo() {
b := new(B)
b.f1 = 3
b.f2 = 4
b.f3 = 5
d := new(D)
d.a.f1 = 3
d.a.f2 = 4
d.f3 = 5
}可以看到，内嵌结构体的字段访问，其实就是个语法糖。
Go编译器在编译阶段, 会将结构B转换为结构D，再进行编译(注：这里是指源码级，由于是值嵌入，在编译时，可以直接算出地址偏移量，在汇编层面优化不优化都没有任何区别，如果是指针嵌入效果又不一样)。
下面让我们来证明一下这个结论：
代码语言：javascript复制package main
import (
"fmt"
"unsafe"
)
type A struct {
f1 int8
f2 int8
}
type B struct {
A
f3 int8
}
func (*A) foo() {}
func main() {
var a A
var b B
fmt.Println(unsafe.Sizeof(a))
fmt.Println(unsafe.Sizeof(b))
}上面的代码可以证明，关于struct结构布局并没有什么魔法，B结构的大小就是A结构的大小 int8的大小。
同理，type B struct {*A} 和type B struct {a *A}也并没有任何区别。
再来看函数，当一个B嵌入A时，他就有了A的所有函数, 如foo函数。
其实，这也是一个很甜的语法糖，甜到都像是魔法了。
当B嵌入了A之后，他会帮B生成一套A的所有函数，这样B就有了自己的foo函数。
而B.foo函数的函数体，其实只干一件事，就是再调用A.foo函数。
之所以会这样，是因为调用A.foo时，需要传入A对象的内存地址。
这一切都是优化前的思路。
如果你直接去反汇编，可能会得到不同的结论。
为了少生成一条call指令，编译器通常会在调用B.foo时，直接生成B.A.foo代码。
但是我们可以通过println来找到蛛丝马迹。
代码语言：javascript复制func main() {
fA := (*A).foo
fB := (*B).foo
println(fA)
println(fB)
}至此，Go语言的所有内存布局相关的细节，我们基本上都和C语言对上了。
ps. 有人说研究这些没有用。但是不搞清语言的边界，怎么才能发挥出一个语言的最大威力呢 ^_^!
pps. 文章有外链文章，如果需要查看，请点击https://blog.gotocoding.com/archives/1775
