Go语言变量生命期和变量逃逸分析

什么是栈

栈（Stack）是一种拥有特殊规则的线性表数据结构。

1) 概念

栈只允许往线性表的一端放入数据，之后在这一端取出数据，按照后进先出（LIFO，Last InFirst Out）的顺序，如下图

图：栈的操作及扩展

往栈中放入元素的过程叫做入栈。入栈会增加栈的元素数量，最后放入的元素总是位于栈的顶部，最先放入的元素总是位于栈的底部。

从栈中取出元素时，只能从栈顶部取出。取出元素后，栈的数量会变少。最先放入的元素总是最后被取出，最后放入的元素总是最先被取出。不允许从栈底获取数据，也不允许对栈成员（除栈顶外的成员）进行任何查看和修改操作。

2) 变量和栈有什么关系

栈可用于内存分配，栈的分配和回收速度非常快。

例：

func calc(a, b int) int {
var c int
c = a * b
var x int
x = c * 10
return x
}

代码说明如下：

第 1 行，传入 a、b 两个整型参数。
第 2 行，声明 c 整型变量，运行时，c 会分配一段内存用以存储 c 的数值。
第 3 行，将 a 和 b 相乘后赋予 c。
第 5 行，声明 x 整型变量，x 也会被分配一段内存。
第 6 行，让 c 乘以 10 后存储到 x 变量中。
第 8 行，返回 x 的值。

什么是堆

堆在内存分配中类似于往一个房间里摆放各种家具，家具的尺寸有大有小。分配内存时，需要找一块足够装下家具的空间再摆放家具。经过反复摆放和腾空家具后，房间里的空间会变得乱七八糟，此时再往空间里摆放家具会存在虽然有足够的空间，但各空间分布在不同的区域，无法有一段连续的空间来摆放家具的问题。

内存分配器就需要对这些空间进行调整优化，如下图

图：堆的分配及空间

堆分配内存和栈分配内存相比，堆适合不可预知大小的内存分配。缺点是分配速度较慢，而且会形成内存碎片。

变量逃逸（Escape Analysis）——自动决定变量分配方式，提高运行效率

Go 语言将这个过程整合到编译器中，命名为“变量逃逸分析”。这个技术由编译器分析代码的特征和代码生命期，决定应该如何堆还是栈进行内存分配，即使程序员使用 Go 语言完成了整个工程后也不会感受到这个过程。

1) 逃逸分析

使用下面的代码来展现 Go 语言如何通过命令行分析变量逃逸，代码如下：

package main
import "fmt"
// 本函数测试入口参数和返回值情况
func dummy(b int) int {
// 声明一个c赋值进入参数并返回
var c int
c = b
return c
}
// 空函数, 什么也不做
func void() {
}
func main() {
// 声明a变量并打印
var a int
// 调用void()函数
void()
// 打印a变量的值和dummy()函数返回
fmt.Println(a, dummy(0))
}

代码说明如下：

第 6 行，dummy() 函数拥有一个参数，返回一个整型值，测试函数参数和返回值分析情况。
第 9 行，声明 c 变量，这里演示函数临时变量通过函数返回值返回后的情况。
第 16 行，这是一个空函数，测试没有任何参数函数的分析情况。
第 23 行，在 main() 中声明 a 变量，测试 main() 中变量的分析情况。
第 26 行，调用 void() 函数，没有返回值，测试 void() 调用后的分析情况。
第 29 行，打印 a 和 dummy(0) 的返回值，测试函数返回值没有变量接收时的分析情况。

2) 取地址发生逃逸

下面的例子使用结构体做数据，代码如下：

package main
import "fmt"
// 声明空结构体测试结构体逃逸情况
type Data struct {
}
func dummy() *Data {
// 实例化c为Data类型
var c Data
//返回函数局部变量地址
return &c
}
func main() {
fmt.Println(dummy())
}

代码说明如下：

第 6 行，声明一个空的结构体做结构体逃逸分析。
第 9 行，将 dummy() 函数的返回值修改为 *Data 指针类型。
第 12 行，将 c 变量声明为 Data 类型，此时 c 的结构体为值类型。
第 15 行，取函数局部变量 c 的地址并返回。Go 语言的特性允许这样做。
第 20 行，打印 dummy() 函数的返回值。

Go 语言最终选择将 c 的 Data 结构分配在堆上。然后由垃圾回收器去回收 c 的内存。

3) 原则

编译器觉得变量应该分配在堆和栈上的原则是：

变量是否被取地址。
变量是否发生逃逸。

Go语言变量生命期和变量逃逸分析

什么是堆

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