golang-defer坑的本质

Posted 2020-11-19 ralap7

本文节选自https://tiancaiamao.gitbooks.io/go-internals/content/zh/03.4.html

作者的分析非常透彻，从问题本质分析，就不会对defer产生的副作用产生迷茫。

defer坑的本质是：本质原因是return xxx语句并不是一条原子指令，defer被插入到了赋值 与 ret之间，因此可能有机会改变最终的返回值。

 

defer使用时的坑

 

先来看看几个例子。例1：

func f() (result int) {
    defer func() {
        result++
    }()
    return 0
}

例2：

func f() (r int) {
     t := 5
     defer func() {
       t = t + 5
     }()
     return t
}

例3：

func f() (r int) {
    defer func(r int) {
          r = r + 5
    }(r)
    return 1
}

请读者先不要运行代码，在心里跑一遍结果，然后去验证。

例1的正确答案不是0，例2的正确答案不是10，如果例3的正确答案不是6......

defer是在return之前执行的。这个在 官方文档中是明确说明了的。要使用defer时不踩坑，最重要的一点就是要明白，return xxx这一条语句并不是一条原子指令!

函数返回的过程是这样的：先给返回值赋值，然后调用defer表达式，最后才是返回到调用函数中。

defer表达式可能会在设置函数返回值之后，在返回到调用函数之前，修改返回值，使最终的函数返回值与你想象的不一致。

其实使用defer时，用一个简单的转换规则改写一下，就不会迷糊了。改写规则是将return语句拆成两句写，return xxx会被改写成:

返回值 = xxx
调用defer函数
空的return

先看例1，它可以改写成这样：

func f() (result int) {
     result = 0  //return语句不是一条原子调用，return xxx其实是赋值＋ret指令
     func() { //defer被插入到return之前执行，也就是赋返回值和ret指令之间
         result++
     }()
     return
}

所以这个返回值是1。

再看例2，它可以改写成这样：

func f() (r int) {
     t := 5
     r = t //赋值指令
     func() {        //defer被插入到赋值与返回之间执行，这个例子中返回值r没被修改过
         t = t + 5
     }
     return        //空的return指令
}

所以这个的结果是5。

最后看例3，它改写后变成：

func f() (r int) {
     r = 1  //给返回值赋值
     func(r int) {        //这里改的r是传值传进去的r，不会改变要返回的那个r值
          r = r + 5
     }(r)
     return        //空的return
}

所以这个例子的结果是1。

defer确实是在return之前调用的。但表现形式上却可能不像。本质原因是return xxx语句并不是一条原子指令，defer被插入到了赋值 与 ret之间，因此可能有机会改变最终的返回值。

defer的实现

defer关键字的实现跟go关键字很类似，不同的是它调用的是runtime.deferproc而不是runtime.newproc。

在defer出现的地方，插入了指令call runtime.deferproc，然后在函数返回之前的地方，插入指令call runtime.deferreturn。

普通的函数返回时，汇编代码类似：

add xx SP
return

如果其中包含了defer语句，则汇编代码是：

call runtime.deferreturn，
add xx SP
return

goroutine的控制结构中，有一张表记录defer，调用runtime.deferproc时会将需要defer的表达式记录在表中，而在调用runtime.deferreturn的时候，则会依次从defer表中出栈并执行。

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我在补充一下，go 的函数 带参数名的返回值和不带参数名的函数返回值对defer是有影响的。

如果defer 操作的是带参数的函数返回值的参数名，则会直接影响到函数的返回值；

如果defer操作的是函数内部的一个局部变量，这不会影响到函数的返回值；

原因很简单，return会做两个事情，

1.拷贝返回值到函数的返回值内存区，有如下几个场景：

 

• a.如果是函数的返回值带参数名（假设参数名为a)，实际在函数内部对a的操作是直接操作这个返回值的内存区域；

如果函数返回直接调用return，不带任何返回值， 则不会有拷贝过程。此时defer如果没有显示的操作a,则不会影响到函数的返回值。

如果函数返回直接调用return X，则会有个a=x的拷贝过程，此时defer如果没有显示的操作a,也不会影响到函数的返回值（即使操作了x也不会影响结果。

 

• b如果是函数的返回值不带参名,函数的返回值需要一个显示的return x语句，此时会有一个拷贝过程，就是将x的值拷贝到返回值的内存区域，此时defer操作x 不会有什么副作用，此时存放返回值的内存区域是个匿名区域，从源程序的角度看defer直接操作变量是不可能访问到这个区域。可见不带形参的返回是避免defer副作用的最有效手段。

 

2.执行RET指令,执行跳转。

 

talk is cheep ,show me the code , 上一段代码：

 

[csharp] view plain copy

 

1. package main  
2.   
3. import (  
4.     "fmt"  
5. )  
6.   
7.   
8. //f1 f2 f3 函数返回值带有参数名  
9. func f1() (r int) {  
10.     defer func() {  
11.         r++  
12.     }()  
13.     return 0  
14. }  
15.   
16. func f2() (r int) {  
17.     defer func(i int) {  
18.         i++  
19.     }(r)  
20.     return 0  
21. }  
22.   
23. func f3() (r int) {  
24.     t := 0  
25.     defer func() {  
26.         t++  
27.     }()  
28.     return t  
29. }  
30.   
31.   
32. //f4 f5 函数的返回值都不带参数名，只有类型  
33. func f4() int {  
34.     r := 0  
35.     defer func() {  
36.         r++  
37.     }()  
38.     return r  
39. }  
40.   
41. func f5() int {  
42.     r := 0  
43.     defer func(i int) {  
44.         i++  
45.     }(r)  
46.     return 0  
47. }  
48.   
49. func main() {  
50.     var v int = -1  
51.     v = f1()  
52.       
53.     fmt.Println("v=", v)  
54.     v = f2()  
55.     fmt.Println("v=", v)  
56.     v = f3()  
57.     fmt.Println("v=", v)  
58.   
59.       
60.     v = f4()  
61.     fmt.Println("v=", v)  
62.     v = f5()  
63.     fmt.Println("v=", v)  
64. }  

结果：

 

 

[csharp] view plain copy

 

1. v= 1  
2. v= 0  
3. v= 0  
4. v= 0  
5. v= 0  

结论：为了避免defer可能引发的歧义，在定义函数时，最好使用不带参数名的方式。

 

引申一下，我们来看下go函数的栈帧结构，首先学习下几个寄存器

 

1. FP　栈底寄存器，指向一个函数栈的顶部；
2. PC 程序计数器，指向下一条执行指令;
3. SB　指向静态数据的基指针，全局符号;
4. SP　栈顶寄存器;

 

 

1.go的函数调用现场清理由主调函数负责维护；

2.函数的返回地址也在主调函数的栈上开辟；

3.栈上的数据是通过FB+- 偏移量来操作；

4.return语句分两部分执行：

把返回值拷贝到返回值的栈上空间内

调用RET指令执行函数调用后的下一条指令

但是return的语句不是原子的，defer语句的执行被插入在这两条指令执行之间，这是导致defer导致歧义的最根本原因。为避免困惑，

defer 不应该操作函数返回值存放的区域，即defer语句里面不应该有对命名返回值参数的操作。

 

 

1.go的函数调用现场清理由被掉函数负责维护，

返回的地址也在栈上开辟，通过FB+- 偏移量来操作栈上的数据。