Go 中 defer 的底层数据结构和特性_defer的堆栈特性-优快云博客

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/qq_38609643/article/details/145282352

defer 是 Go 语言中一个非常重要的特性，用于延迟函数调用，直到当前函数返回之前执行。它在资源管理、异常处理和代码清理中发挥着关键作用。以下是 defer 的底层数据结构和特性解析。

1. `defer` 的底层数据结构

defer 的底层实现依赖于 Go 运行时的 _defer 结构体。该结构体定义在 runtime/runtime2.go 文件中，用于存储延迟调用的相关信息。

go复制

type _defer struct {
    siz       int32      // 参数和返回值的大小
    started   bool       // 标识 defer 函数是否已开始执行
    heap      bool       // 标识该 defer 结构是否在堆上分配
    openDefer bool       // 是否以开放编码的方式实现该 defer
    sp        uintptr    // 调用时的栈指针
    pc        uintptr    // 调用时的程序计数器
    fn        *funcval   // 延迟调用的函数
    _panic    *_panic    // 与 panic 相关的结构体
    link      *_defer    // 指向下一个 defer 结构的指针，形成链表
    fd        unsafe.Pointer // 函数的 funcdata
    varp      uintptr    // 栈帧中的变量指针
    framepc   uintptr    // 当前栈帧的程序计数器
}

关键字段说明

fn：延迟调用的函数。
sp 和 pc：记录调用 defer 时的栈指针和程序计数器，用于恢复上下文。
link：指向下一个 _defer 结构的指针，形成一个链表。
heap：标识该 _defer 结构是否在堆上分配。
openDefer：标识是否以开放编码的方式实现该 defer。

2. `defer` 的实现机制

2.1 `_defer` 链表

每个 Goroutine 都维护一个 _defer 链表，用于存储当前函数中所有延迟调用的 _defer 结构。链表的头指针存储在 Goroutine 的 _defer 字段中。

2.2 `deferproc` 和 `deferreturn`

defer 的实现依赖于两个关键函数：

deferproc：在声明 defer 时调用，将 _defer 结构插入到 Goroutine 的链表头部。
deferreturn：在函数返回时调用，从链表中取出 _defer 结构并执行延迟调用。

2.3 执行顺序

defer 的执行遵循 后进先出（LIFO） 原则，即最近声明的 defer 会最先执行。

3. `defer` 的特性

3.1 延迟执行

defer 声明的函数会在当前函数返回之前执行，无论函数是正常返回还是因 panic 异常退出。

3.2 参数预计算

defer 函数的参数在声明时就会被计算并缓存。例如：

go复制

func main() {
    i := 0
    defer fmt.Println("a:", i) // 参数在声明时计算
    i++
}

输出结果为：

a: 0

3.3 修改返回值

如果函数有具名返回值，defer 可以修改返回值。例如：

go复制

func foo() (ret int) {
    defer func() {
        ret++
    }()
    return 0
}

输出结果为：

1

3.4 与 `panic` 和 `recover` 结合

defer 可以与 panic 和 recover 结合，用于捕获和处理异常。例如：

go复制

func main() {
    defer func() {
        if r := recover(); r != nil {
            fmt.Println("Recovered:", r)
        }
    }()
    panic("error")
}

输出结果为：

Recovered: error

4. 底层实现流程

声明 defer：
- 编译器在声明 defer 时插入 deferproc 调用，将 _defer 结构插入到 Goroutine 的链表头部。
函数返回：
- 在函数返回时，编译器插入 deferreturn 调用，从链表中取出 _defer 并执行。
执行 defer：
- deferreturn 遍历 _defer 链表，按照 LIFO 顺序执行延迟调用。