Go의 빈 구조체의 무정적 사용

머리말

Go 프로그래밍 언어에는 많은 사람들을 혼란스럽게 할 수 있는 특별한 용법이 있습니다. 바로 빈 구조체 struct{}입니다. 이 글에서는 Go의 빈 구조체에 대한 자세한 설명을 제공하겠습니다. 준비되셨나요? 좋아하는 음료나 차를 들고 함께 살펴봅시다.

빈 구조체란 무엇인가

필드를 포함하지 않는 구조체를 빈 구조체라고 합니다. 다음과 같은 두 가지 방법으로 정의할 수 있습니다.

• 익명 빈 구조체

var e struct{}

• 명명된 빈 구조체

type EmptyStruct struct{}
var e EmptyStruct

빈 구조체의 특징

빈 구조체는 다음과 같은 주요 특징을 갖습니다.

• 제로 메모리 할당
• 동일한 주소
• 상태 없음

제로 메모리 할당

빈 구조체는 메모리 공간을 차지하지 않습니다. 이는 메모리 최적화에 매우 유용하게 만듭니다. 빈 구조체가 실제로 제로 메모리를 차지하는지 확인하기 위해 다음 예제를 살펴봅시다.

package main

import (
  "fmt"
  "unsafe"
)

func main() {
  var a int
  var b string
  var e struct{}
  fmt.Println(unsafe.Sizeof(a)) // 4
  fmt.Println(unsafe.Sizeof(b)) // 8
  fmt.Println(unsafe.Sizeof(e)) // 0
}

출력에서 볼 수 있듯이 빈 구조체의 메모리 크기는 0입니다.

동일한 주소

아무리 많은 빈 구조체를 생성하더라도 모두 동일한 주소를 가리킵니다.

package main

import (
  "fmt"
)

func main() {
  var e struct{}
  var e2 struct{}
  fmt.Printf("%p\n", &e)  // 0x90b418
  fmt.Printf("%p\n", &e2) // 0x90b418
  fmt.Println(&e == &e2)  // true
}

상태 없음

빈 구조체는 필드를 포함하지 않으므로 상태를 유지할 수 없습니다. 이는 상태가 없는 객체 또는 조건을 나타내는 데 매우 유용하게 만듭니다.

왜 제로 메모리 및 동일한 주소인가?

빈 구조체가 왜 크기가 0이고 동일한 주소를 공유하는지 이해하려면 Go의 소스 코드를 자세히 살펴봐야 합니다.

/go/src/runtime/malloc.go

// base address for all 0-byte allocations
var zerobase uintptr

func mallocgc(size uintptr, typ *_type, needzero bool) unsafe.Pointer {
  // ...

  if size == 0 {
    return unsafe.Pointer(&zerobase)
  }
  // ...

malloc.go의 이 발췌문에 따르면 할당할 객체의 크기가 0이면 zerobase에 대한 포인터를 반환합니다. zerobase는 0바이트 객체를 할당하는 데 사용되는 기본 주소이며 실제 메모리 공간을 차지하지 않습니다.

빈 구조체의 사용 시나리오

빈 구조체는 주로 다음 세 가지 시나리오에서 사용됩니다.

• Set 데이터 구조 구현
• 채널에서 신호로 사용
• 메서드 수신자로 사용

Set 데이터 구조 구현

Go에는 기본 제공 Set 유형이 없지만 map 유형을 사용하여 구현할 수 있습니다. map 키는 고유하므로 요소를 키로 저장하고, 값은 중요하지 않으므로 메모리를 절약하기 위해 빈 구조체를 값으로 사용합니다.

package main

import "fmt"

type Set[K comparable] map[K]struct{}

func (s Set[K]) Add(val K) {
  s[val] = struct{}{}
}
func (s Set[K]) Remove(val K) {
  delete(s, val)
}

func (s Set[K]) Contains(val K) bool {
  _, ok := s[val]
  return ok
}

func main() {
  set := Set[string]{}
  set.Add("Leapcell")
  fmt.Println(set.Contains("Leapcell")) // true
  set.Remove("Leapcell")
  fmt.Println(set.Contains("Leapcell")) // false
}

채널 신호로 사용

빈 구조체는 종종 Goroutine 간의 신호 처리에 사용됩니다. 특히 채널에서 전달되는 실제 데이터에는 관심이 없고 신호에만 관심이 있는 경우에 그렇습니다. 예를 들어 빈 구조체 채널을 사용하여 Goroutine에 작업 중지 알림을 보낼 수 있습니다.

package main

import (
  "fmt"
  "time"
)

func main() {
  quit := make(chan struct{})
  go func() {
    // 작업 시뮬레이션
    fmt.Println("Working...")
    time.Sleep(3 * time.Second)
    // 종료 신호 보내기
    close(quit)
  }()

  // 종료 신호가 닫힐 때까지 차단하고 대기합니다.
  <-quit
  fmt.Println("종료 신호가 수신되어 종료합니다...")
}

이 예제에서는 quit 채널이 생성되고 별도의 Goroutine이 일부 작업을 시뮬레이션합니다. 작업을 완료한 후 quit 채널을 닫아 종료 신호를 보냅니다. 기본 함수는 신호를 받을 때까지 <-quit에서 차단된 다음 메시지를 출력하고 종료합니다.

채널은 빈 구조체 유형을 사용하므로 추가 메모리 오버헤드가 발생하지 않습니다.

Go의 표준 라이브러리에서 context 패키지의 Context 인터페이스에는 작업 완료 상태를 알리는 데 사용되는 채널을 반환하는 Done() 메서드가 있습니다. 이 반환된 채널은 빈 구조체를 유형으로 사용합니다.

type Context interface {
  Deadline() (deadline time.Time, ok bool)

  Done() <-chan struct{}

  Err() error

  Value(key any) any
}

메서드 수신자로 사용

인터페이스를 구현하기 위해 메서드 그룹을 정의해야 하지만 구현에 데이터를 저장할 필요가 없는 경우가 있습니다. 이러한 경우 빈 구조체를 사용할 수 있습니다.

type Person interface {
  SayHello()
  Sleep()
}

type LPC struct{}

func (c LPC) SayHello() {
  fmt.Println("[Leapcell] Hello")
}

func (c LPC) Sleep() {
  fmt.Println("[Leapcell] Sleeping...")
}

이 예제에서는 인터페이스 Person과 구조체 LPC를 정의하고 메서드 SayHello 및 Sleep으로 Person 인터페이스를 구현합니다.

LPC는 빈 구조체이므로 메모리 오버헤드를 추가하지 않습니다.

요약

이 글에서는 먼저 Go 언어에서 빈 구조체의 개념과 정의를 소개했습니다. 빈 구조체는 두 가지 방식으로 정의할 수 있습니다.

다음으로 빈 구조체의 특징을 살펴보았습니다. 여기에는 제로 메모리 사용량과 이 유형의 여러 변수가 동일한 주소를 공유한다는 사실이 포함됩니다.

다음으로 소스 코드를 더 자세히 살펴보고 Go에서 빈 구조체가 제로 메모리와 동일한 주소를 갖는 이유를 조사했습니다. 그 이유는 할당할 객체의 크기(size)가 0이면 Go가 zerobase에 대한 포인터를 반환하기 때문입니다.

마지막으로 빈 구조체의 세 가지 사용 사례를 나열하고 다음과 같은 몇 가지 일반적인 실제 시나리오를 코드 예제와 함께 보여주었습니다.

• map[K]struct{}을 사용하여 Set 구현
• 채널에서 신호 처리를 위해 빈 구조체 사용
• 데이터 저장소가 필요하지 않은 경우 수신자로 빈 구조체 사용

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