1.9 逃逸分析

逃逸分析是Go语言中重要的优化阶段，用于标识变量内存应该被分配在栈区还是堆区。在传统的C或C++语言中，开发者经常会犯的错误是函数返回了一个栈上的对象指针，在函数执行完成，栈被销毁后，继续访问被销毁栈上的对象指针，导致出现问题。Go语言能够通过编译时的逃逸分析识别这种问题，自动将该变量放置到堆区，并借助Go运行时的垃圾回收机制（详见第19～20章）自动释放内存。编译器会尽可能地将变量放置到栈中，因为栈中的对象随着函数调用结束会被自动销毁，减轻运行时分配和垃圾回收的负担。

在Go语言中，开发者模糊了栈区与堆区的差别，不管是字符串、数组字面量，还是通过new、make标识符创建的对象，都既可能被分配到栈中，也可能被分配到堆中。分配时，遵循以下两个原则：

◎ 原则1：指向栈上对象的指针不能被存储到堆中

◎ 原则2：指向栈上对象的指针不能超过该栈对象的生命周期

Go语言通过对抽象语法树的静态数据流分析（static data-flow analysis）来实现逃逸分析，这种方式构建了带权重的有向图。

简单的逃逸现象举例如下：

在上例中，变量z为全局变量，是一个指针。在函数中，变量z引用了变量a的地址。如果变量a被分配到栈中，那么最终程序将违背原则2，即变量z超过了变量a的生命周期，因此变量a最终将被分配到堆中。可以通过在编译时加入-m=2标志打印出编译时的逃逸分析信息。如下所示，表明变量a将被放置到堆中。

Go语言在编译时构建了带权重的有向图，其中权重可以表明当前变量引用与解引用的数量。下例为p引用q时的权重，当权重大于0时，代表存在*解引用操作。当权重为-1时，代表存在&引用操作。

并不是权重为-1就一定要逃逸，例如在下例中，虽然z引用了变量a的地址，但是由于变量z并没有超过变量a的声明周期，因此变量a与变量z都不需要逃逸。

为了理解编译器带权重的有向图，再来看一个更加复杂的例子。在该案例中有多次的引用与解引用过程。

最终编译器在逃逸分析中的数据流分析，会被解析成如图1-7所示的带权重的有向图。其中，节点代表变量，边代表变量之间的赋值，箭头代表赋值的方向，边上的数字代表当前赋值的引用或解引用的个数。节点的权重=前一个节点的权重+箭头上的数字，例如节点m的权重为2-1=1，而节点l的权重为1-1=0。

遍历和计算有向权重图的目的是找到权重为-1的节点，例如图1-7中的new（int）节点，它的节点变量地址会被传递到根节点o中，这时还需要考虑逃逸分析的分配原则，o节点为全局变量，不能被分配在栈中，因此，new（int）节点创建的变量会被分配到堆中。

实际的情况更加复杂，因为一个节点可能拥有多条边（例如结构体），而节点之间可能出现环。Go语言采用Bellman Ford算法遍历查找有向图中权重小于0的节点，核心逻辑位于gc/escape.go中。

另一个有趣的话题是defer这一关键特性在不同情况下的逃逸分析，将在第10章详细介绍。