GO itoa实现原理剖析

原创
2018/11/22 11:14
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1. 前言

我们知道iota常用于const表达式中,我们还知道其值是从零开始,const声明块中每增加一行iota值自增1。

使用iota可以简化常量定义,但其规则必须要牢牢掌握,否则在我们阅读别人源码时可能会造成误解或障碍。本节我们尝试全面的总结其使用场景,另外花一小部分时间看一下其实现原理,从原理上把握可以更深刻的记忆这些规则。

2. 热身

按照惯例,我们看几个有意思的小例子,用于检测我们对于iota的理解是否准确。

2.1 题目一

下面常量定义源于GO源码,下面每个常量的值是多少?

type Priority int
const (
    LOG_EMERG Priority = iota
    LOG_ALERT
    LOG_CRIT
    LOG_ERR
    LOG_WARNING
    LOG_NOTICE
    LOG_INFO
    LOG_DEBUG
)

题目解释:

上面代码源于日志模块,定义了一组代表日志级别的常量,常量类型为Priority,实际为int类型。

参考答案:

iota初始值为0,也即LOG_EMERG值为0,下面每个常量递增1。

2.2 题目二

下面代码取自Go源码,请问每个常量值是多少?

const (
    mutexLocked = 1 << iota // mutex is locked
    mutexWoken
    mutexStarving
    mutexWaiterShift = iota
    starvationThresholdNs = 1e6
)

题目解释:

以上代码取自Go互斥锁Mutex的实现,用于指示各种状态位的地址偏移。

参考答案:

mutexLocked == 1;mutexWoken == 2;mutexStarving == 4;mutexWaiterShift == 3;starvationThresholdNs == 1000000。

2.3 题目三

请问每个常量值是多少?

const (
    bit0, mask0 = 1 << iota, 1<<iota - 1
    bit1, mask1                         
    _, _                                
    bit3, mask3                         
)

题目解释:

以上代码取自Go官方文档。

参考答案:

bit0 == 1, mask0 == 0, bit1 == 2, mask1 == 1, bit3 == 8, mask3 == 7

3. 规则

很多书上或博客描述的规则是这样的:

  1. iota在const关键字出现时被重置为0
  2. const声明块中每新增一行iota值自增1

我曾经也这么理解,看过编译器代码后发现,其实规则只有一条:

  • iota代表了const声明块的行索引(下标从0开始)

这样理解更贴近编译器实现逻辑,也更准确。除此之外,const声明还有个特点,即第一个常量必须指定一个表达式,后续的常量如果没有表达式,则继承上面的表达式。

下面再来根据这个规则看下这段代码:

const (
    bit0, mask0 = 1 << iota, 1<<iota - 1   //const声明第0行,即iota==0
    bit1, mask1                            //const声明第1行,即iota==1, 表达式继承上面的语句
    _, _                                   //const声明第2行,即iota==2
    bit3, mask3                            //const声明第3行,即iota==3
)
  • 第0行的表达式展开即bit0, mask0 = 1 << 0, 1<<0 - 1,所以bit0 == 1,mask0 == 0;
  • 第1行没有指定表达式继承第一行,即bit1, mask1 = 1 << 1, 1<<1 - 1,所以bit1 == 2,mask1 == 1;
  • 第2行没有定义常量
  • 第3行没有指定表达式继承第一行,即bit3, mask3 = 1 << 3, 1<<3 - 1,所以bit0 == 8,mask0 == 7;

4. 编译原理

const块中每一行在GO中使用spec数据结构描述,spec声明如下:

    // A ValueSpec node represents a constant or variable declaration
    // (ConstSpec or VarSpec production).
    //
    ValueSpec struct {
        Doc     *CommentGroup // associated documentation; or nil
        Names   []*Ident      // value names (len(Names) > 0)
        Type    Expr          // value type; or nil
        Values  []Expr        // initial values; or nil
        Comment *CommentGroup // line comments; or nil
    }

这里我们只关注ValueSpec.Names, 这个切片中保存了一行中定义的常量,如果一行定义N个常量,那么ValueSpec.Names切片长度即为N。

const块实际上是spec类型的切片,用于表示const中的多行。

所以编译期间构造常量时的伪算法如下:

    for iota, spec := range ValueSpecs {
        for i, name := range spec.Names {
            obj := NewConst(name, iota...) //此处将iota传入,用于构造常量
			...
        }
    }

从上面可以更清晰的看出iota实际上是遍历const块的索引,每行中即便多次使用iota,其值也不会递增。

本文源自《Go专家编程》一书手稿。

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