快捷導(dǎo)航

深入了解Golang中的Slice底層實(shí)現(xiàn)

更新時(shí)間：2023年02月26日 16:39:39 作者：nil

本文主要為大家詳細(xì)介紹了Golang中slice的底層實(shí)現(xiàn)，文中通過示例代碼介紹的非常詳細(xì)，具有一定的參考價(jià)值，感興趣的小伙伴們可以參考一下

1 Go數(shù)組

Go數(shù)組是值類型，數(shù)組定義的時(shí)候就需要指定大小，不同大小的數(shù)組是不同的類型，數(shù)組大小固定之后不可改變。數(shù)組的賦值和傳參都會(huì)復(fù)制一份。

func main() {
    arrayA := [2]int{100, 200}
    var arrayB [2]int

    arrayB = arrayA

    fmt.Printf("arrayA : %p , %v\n", &arrayA, arrayA)
    fmt.Printf("arrayB : %p , %v\n", &arrayB, arrayB)

    testArray(arrayA)
}

func testArray(x [2]int) {
    fmt.Printf("func Array : %p , %v\n", &x, x)
}

結(jié)果：

arrayA : 0xc4200bebf0 , [100 200]
arrayB : 0xc4200bec00 , [100 200]
func Array : 0xc4200bec30 , [100 200]

可以看到，三個(gè)內(nèi)存地址都不同，這也就驗(yàn)證了 Go 中數(shù)組賦值和函數(shù)傳參都是值復(fù)制的。尤其是傳參的時(shí)候把數(shù)組復(fù)制一遍，當(dāng)數(shù)組非常大的時(shí)候會(huì)非常消耗內(nèi)存?？梢钥紤]使用指針傳遞。

指針傳遞有個(gè)不好的地方，當(dāng)函數(shù)內(nèi)部改變了數(shù)組的內(nèi)容，則原數(shù)組的內(nèi)容也改變了。

因此一般參數(shù)傳遞的時(shí)候使用slice

2 切片的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

切片本身并不是動(dòng)態(tài)數(shù)組或者數(shù)組指針。它內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)通過指針引用底層數(shù)組，設(shè)定相關(guān)屬性將數(shù)據(jù)讀寫操作限定在指定的區(qū)域內(nèi)。切片本身是一個(gè)只讀對(duì)象，其工作機(jī)制類似數(shù)組指針的一種封裝。

切片（slice）是對(duì)數(shù)組一個(gè)連續(xù)片段的引用，所以切片是一個(gè)引用類型。這個(gè)片段可以是整個(gè)數(shù)組，或者是由起始和終止索引標(biāo)識(shí)的一些項(xiàng)的子集。需要注意的是，終止索引標(biāo)識(shí)的項(xiàng)不包括在切片內(nèi)。切片提供了一個(gè)與指向數(shù)組的動(dòng)態(tài)窗口。

給定項(xiàng)的切片索引可能比相關(guān)數(shù)組的相同元素的索引小。和數(shù)組不同的是，切片的長(zhǎng)度可以在運(yùn)行時(shí)修改，最小為 0 最大為相關(guān)數(shù)組的長(zhǎng)度：切片是一個(gè)長(zhǎng)度可變的數(shù)組。

切片數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義

type slice struct {
    array unsafe.Pointer
    len   int
    cap   int
}

切片的結(jié)構(gòu)體由3部分構(gòu)成，Pointer 是指向一個(gè)數(shù)組的指針，len 代表當(dāng)前切片的長(zhǎng)度，cap 是當(dāng)前切片的容量。cap 總是大于等于 len 的。

如果想從 slice 中得到一塊內(nèi)存地址，可以這樣做：

s := make([]byte, 200)
ptr := unsafe.Pointer(&s[0])

3 創(chuàng)建切片

3.1 方法一：make

使用make函數(shù)創(chuàng)建slice

// 創(chuàng)建一個(gè)初始大小是3，容量是10的切片
s1 := make([]int64,3,10)

底層方法實(shí)現(xiàn)：

func makeslice(et *_type, len, cap int) slice {
    // 根據(jù)切片的數(shù)據(jù)類型，獲取切片的最大容量
    maxElements := maxSliceCap(et.size)
    // 比較切片的長(zhǎng)度，長(zhǎng)度值域應(yīng)該在[0,maxElements]之間
    if len < 0 || uintptr(len) > maxElements {
        panic(errorString("makeslice: len out of range"))
    }
    // 比較切片的容量，容量值域應(yīng)該在[len,maxElements]之間
    if cap < len || uintptr(cap) > maxElements {
        panic(errorString("makeslice: cap out of range"))
    }
    // 根據(jù)切片的容量申請(qǐng)內(nèi)存
    p := mallocgc(et.size*uintptr(cap), et, true)
    // 返回申請(qǐng)好內(nèi)存的切片的首地址
    return slice{p, len, cap}
}

3.2 方法二：字面量

利用數(shù)組創(chuàng)建切片

arr := [10]int64{1,2,3,4,5,6,7,8,9,10}
s1 := arr[2:4:6] // 以arr[2:4]創(chuàng)建一個(gè)切片，且容量到達(dá)arr[6]的位置，即cap=6-2=4,如果不寫容量則默認(rèn)為數(shù)組最后一個(gè)元素

4 nil和空切片

nil切片的指針指向的是nil

空切片指向的是一個(gè)空數(shù)組

空切片和 nil 切片的區(qū)別在于，空切片指向的地址不是nil，指向的是一個(gè)內(nèi)存地址，但是它沒有分配任何內(nèi)存空間，即底層元素包含0個(gè)元素。

最后需要說明的一點(diǎn)是。不管是使用 nil 切片還是空切片，對(duì)其調(diào)用內(nèi)置函數(shù) append，len 和 cap 的效果都是一樣的

5 切片擴(kuò)容

5.1 擴(kuò)容策略

func main() {
    slice := []int{10, 20, 30, 40}
    newSlice := append(slice, 50)
    fmt.Printf("Before slice = %v, Pointer = %p, len = %d, cap = %d\n", slice, &slice, len(slice), cap(slice))
    fmt.Printf("Before newSlice = %v, Pointer = %p, len = %d, cap = %d\n", newSlice, &newSlice, len(newSlice), cap(newSlice))
    newSlice[1] += 10
    fmt.Printf("After slice = %v, Pointer = %p, len = %d, cap = %d\n", slice, &slice, len(slice), cap(slice))
    fmt.Printf("After newSlice = %v, Pointer = %p, len = %d, cap = %d\n", newSlice, &newSlice, len(newSlice), cap(newSlice))
}

輸出結(jié)果：

Before slice = [10 20 30 40], Pointer = 0xc4200b0140, len = 4, cap = 4
Before newSlice = [10 20 30 40 50], Pointer = 0xc4200b0180, len = 5, cap = 8
After slice = [10 20 30 40], Pointer = 0xc4200b0140, len = 4, cap = 4
After newSlice = [10 30 30 40 50], Pointer = 0xc4200b0180, len = 5, cap = 8

Go 中切片擴(kuò)容的策略是這樣的：

如果切片的容量小于 1024 個(gè)元素，于是擴(kuò)容的時(shí)候就翻倍增加容量。上面那個(gè)例子也驗(yàn)證了這一情況，總?cè)萘繌脑瓉淼?個(gè)翻倍到現(xiàn)在的8個(gè)。

一旦元素個(gè)數(shù)超過 1024 個(gè)元素，那么增長(zhǎng)因子就變成 1.25 ，即每次增加原來容量的四分之一。

5.2 底層數(shù)組是不是新地址

不一定。當(dāng)發(fā)生了擴(kuò)容就肯定是新數(shù)組，沒有發(fā)生擴(kuò)容則是舊地址

不管切片是通過make創(chuàng)建還是字面量創(chuàng)建，底層都是一樣的，指向的是一個(gè)數(shù)組。當(dāng)使用字面量創(chuàng)建時(shí)，切片底層使用的數(shù)組就是創(chuàng)建時(shí)候的數(shù)組。修改切片中的元素或者往切片中添加元素，如果沒有擴(kuò)容，則會(huì)影響原數(shù)組的內(nèi)容，切片底層和原數(shù)組是同一個(gè)數(shù)組；當(dāng)切片擴(kuò)容了之后，則修改切片的元素或者往切片中添加元素，不會(huì)修改數(shù)組內(nèi)容，因?yàn)榍衅瑪U(kuò)容之后，底層數(shù)組不再是原數(shù)組，而是一個(gè)新數(shù)組。

所以盡量避免切片底層數(shù)組與原始數(shù)組相同，盡量使用make創(chuàng)建切片

range遍歷數(shù)組或者切片需要注意

func main() {
	// slice := []int{10, 20, 30, 40}
	slice := [4]int{10, 20, 30, 40}
	for index, value := range slice {
		fmt.Printf("value = %d , value-addr = %x , slice-addr = %x\n", value, &value, &slice[index])
	}
}

結(jié)果：

value = 10 , value-addr = c00000a0a8 , slice-addr = c000012360
value = 20 , value-addr = c00000a0a8 , slice-addr = c000012368
value = 30 , value-addr = c00000a0a8 , slice-addr = c000012370
value = 40 , value-addr = c00000a0a8 , slice-addr = c000012378

從上面結(jié)果我們可以看到，如果用 range 的方式去遍歷一個(gè)數(shù)組或者切片，拿到的 Value 其實(shí)是切片里面的值拷貝。所以每次打印 Value 的地址都不變。

由于 Value 是值拷貝的，并非引用傳遞，所以直接改 Value 是達(dá)不到更改原切片值的目的的，需要通過 &slice[index] 獲取真實(shí)的地址

尤其是在for循環(huán)中使用協(xié)程，一定不能直接把index,value傳入?yún)f(xié)程，而應(yīng)該通過參數(shù)傳進(jìn)去

錯(cuò)誤示例：

func main() {
	s := []int{10,20,30}
	for index, value := range s {
		go func() {
			time.Sleep(time.Second)
			fmt.Println(fmt.Sprintf("index:%d,value:%d", index,value))
		}()
	}
	time.Sleep(time.Second*2)
}

結(jié)果：

index:2,value:30
index:2,value:30
index:2,value:30

正確示例：

func main() {
	s := []int{10,20,30}
	for index, value := range s {
		go func(i,v int) {
			time.Sleep(time.Second)
			fmt.Println(fmt.Sprintf("index:%d,value:%d", i,v))
		}(index,value)
	}
	time.Sleep(time.Second*2)
}

結(jié)果：