每个Go程序员必犯之错之切片循环错误

每个Go程序员必犯之错

原创 晁岳攀(鸟窝) 鸟窝聊技术 2023-12-18 08:48 发表于北京 听全文

说起每个程序员必犯的错误，那还得是"循环变量"这个错误了，就连 Go 的开发者都犯过这个错误，这个错误在 Go 的 FAQ 中也有提到What happens with closures running as goroutines?^[1]:

func main() {
    var wg sync.WaitGroup

    values := []string{"a", "b", "c"}
    for _, v := range values {
        wg.Add(1)
        go func() {
            fmt.Println(v)
            wg.Done()
        }()
    }

    wg.Wait()
}

你可能期望能输出a、b、c这三个字符(可能顺序不同)，但是实际可能输出的是c、c、c。这是因为循环变量的作用域是整个循环，而不是单次迭代，所以在循环体中使用的变量是同一个变量，而不是每次迭代都是一个新的变量。

这个错误有时候隐藏很深，即使没有 goroutine，也有可能，比如下面的代码，并没有使用额外的 goroutine 和闭包，也是有问题的:

package main

import (
 "fmt"
)

type Char struct {
 Char *string
}

func main() {
 var chars []Char

 values := []string{"a", "b", "c"}
 for _, v := range values {
  chars = append(chars, Char{Char: &v})
 }

 for _, v := range chars {
  fmt.Println(*v.Char)
 }
}

输出也大概率是c、c、c,因为给每个Char的字段赋值的是 v 的指针，v 在整个循环中都是一个变量，所以最后的结果都是c。

Go 团队很早也意识到这个问题了，但是考虑到兼容的问题，大家的容忍程度，那就这样了。每个 Go 程序员都在这里摔一跤，也就长记性了，所以一直没有改变这个设计。我在这里摔了好多跤，以至于我写 for 循环的时候都战战兢兢的，和 Russ Cox 统计的网上的处理一样，不管有无必要，很多时候我都是先把循环变量赋值给一个局部变量，然后再使用，比如下面的代码：

for _, v := range values {
    v := v
    wg.Add(1)
    go func() {
        fmt.Println(v)
        wg.Done()
    }()
}

今年 5 月份的时候，Russ Cox 忍不住了，提了一个提案#60078^[2],提案的内容是在 for 循环中，如果变量只在循环体中使用，那么就会在每次迭代中创建一个新的变量，而不是使用同一个变量。这个提案引起了很多人的关注，很多人都在讨论这个提案，这个提案被接收了，具体提案内容在文档中Proposal: Less Error-Prone Loop Variable Scoping^[3]。

如果你使用 Go 1.21， 你可以开始这个功能，使用GOEXPERIMENT=loopvar go run main.go运行上面的程序，会输出c、b、a这样的输出，不再是c、c、c了。这个特性在 Go 1.22 中会默认开启，不需要设置GOEXPERIMENT了。还有一两个月才能正式发布 go 1.22,大家可以使用 gotip 测试：

$ gotip run main.go
a
b
c

不只是for-range,下面的3-clause也是同样的问题：

func main() {
 var ids []*int
 for i := 0; i < 3; i++ {
  i = 10
 }

 for _, id := range ids {
  fmt.Println(*id)
 }
}

Go 1.22 中也会修复这个问题。C#语言就只修改了for-range语句，3-clause语句就没有修改, Go 两种都做了修改。

但是， 问题就来了哈，像下面的代码，Go 1.22 和以前的代码会一样么？

func main() {
 var ids []*int
 for i := 0; i < 3; i++ {
        i = 10
  ids = append(ids, &i)
 }

 for _, id := range ids {
  fmt.Println(*id)
 }
}

如果用 Go 1.21,它会输出11。如果用 Go 1.22,它会输出10。原因还是在于这个提案实现后，每次迭代的时候，都会创建一个新的变量，所以ids中的元素都是指向不同的变量，而不是同一个变量。

看起来打破了向下兼容的承诺，你如果先前就想利用这个 corner case 的话，Go1.22 已经不兼容了。

更进一步，你会发现再执行3-clause的第三条 clause 的时候，变量已经被重新创建，比如下面的代码：

func main() {
 for i, p := 0, (*int)(nil); i < 3; println("3rd-clause:", &i, p) {
  p = &i
  fmt.Println("loop body:", &i, p)
  i++
 }
}

输出:

$gotip run main.go
loop body: 0x14000120018 0x14000120018
3rd-clause: 0x14000120030 0x14000120018 // &i已经变为0x14000120030
loop body: 0x14000120030 0x14000120030
3rd-clause: 0x14000120038 0x14000120030 // &i已经变为0x14000120038
loop body: 0x14000120038 0x14000120038
3rd-clause: 0x14000120040 0x14000120038 // &i已经变为0x14000120040

参考资料

[1]

What happens with closures running as goroutines?: https://go.dev/doc/faq#closures_and_goroutines

[2]

#60078: https://github.com/golang/go/issues/60078

[3]

Proposal: Less Error-Prone Loop Variable Scoping: https://go.googlesource.com/proposal/+/master/design/60078-loopvar.md

 

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