原文地址：深入理解 Go Slice
是什么
在 Go 中秫舌，Slice（切片）是抽象在 Array（數(shù)組）之上的特殊類型。為了更好地了解 Slice二鳄，第一步需要先對(duì) Array 進(jìn)行理解甸私。深刻了解 Slice 與 Array 之間的區(qū)別后，就能更好的對(duì)其底層一番摸索 ??
用法
Array
func main() {
nums := [3]int{}
nums[0] = 1
n := nums[0]
n = 2
fmt.Printf("nums: %v\n", nums)
fmt.Printf("n: %d\n", n)
}
我們可得知在 Go 中男韧，數(shù)組類型需要指定長(zhǎng)度和元素類型朴摊。在上述代碼中默垄，可得知 [3]int{} 表示 3 個(gè)整數(shù)的數(shù)組，并進(jìn)行了初始化甚纲。底層數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為一段連續(xù)的內(nèi)存空間口锭，通過(guò)固定的索引值（下標(biāo)）進(jìn)行檢索
數(shù)組在聲明后，其元素的初始值（也就是零值）為 0介杆。并且該變量可以直接使用鹃操，不需要特殊操作
同時(shí)數(shù)組的長(zhǎng)度是固定的，它的長(zhǎng)度是類型的一部分春哨，因此 [3]int 和 [4]int 在類型上是不同的荆隘，不能稱為 “一個(gè)東西”
輸出結(jié)果
nums: [1 0 0]
n: 2
Slice
func main() {
nums := [3]int{}
nums[0] = 1
dnums := nums[:]
fmt.Printf("dnums: %v", dnums)
}
Slice 是對(duì) Array 的抽象，類型為 []T赴背。在上述代碼中椰拒，dnums 變量通過(guò) nums[:] 進(jìn)行賦值。需要注意的是凰荚，Slice 和 Array 不一樣燃观，它不需要指定長(zhǎng)度。也更加的靈活便瑟，能夠自動(dòng)擴(kuò)容
數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
type slice struct {
array unsafe.Pointer
len int
cap int
}
Slice 的底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)共分為三部分缆毁，如下：
- array：指向所引用的數(shù)組指針（
unsafe.Pointer可以表示任何可尋址的值的指針） - len：長(zhǎng)度，當(dāng)前引用切片的元素個(gè)數(shù)
- cap：容量到涂，當(dāng)前引用切片的容量（底層數(shù)組的元素總數(shù)）
在實(shí)際使用中脊框，cap 一定是大于或等于 len 的颁督。否則會(huì)導(dǎo)致 panic
示例
為了更好的理解，我們回顧上小節(jié)的代碼便于演示浇雹，如下：
func main() {
nums := [3]int{}
nums[0] = 1
dnums := nums[:]
fmt.Printf("dnums: %v", dnums)
}
在代碼中适篙，可觀察到 dnums := nums[:]，這段代碼確定了 Slice 的 Pointer 指向數(shù)組箫爷，且 len 和 cap 都為數(shù)組的基礎(chǔ)屬性嚷节。與圖示表達(dá)一致
len、cap 不同
func main() {
nums := [3]int{}
nums[0] = 1
dnums := nums[0:2]
fmt.Printf("dnums: %v, len: %d, cap: %d", dnums, len(dnums), cap(dnums))
}
輸出結(jié)果
dnums: [1 0], len: 2, cap: 3
顯然虎锚，在這里指定了 Slice[0:2]硫痰，因此 len 為所引用元素的個(gè)數(shù)，cap 為所引用的數(shù)組元素總個(gè)數(shù)窜护。與期待一致 ??
創(chuàng)建
Slice 的創(chuàng)建有兩種方式效斑，如下：
-
var []T或[]T{} func make（[] T，len柱徙，cap）[] T
可以留意 make 函數(shù)缓屠，我們都知道 Slice 需要指向一個(gè) Array。那 make 是怎么做的呢护侮？
它會(huì)在調(diào)用 make 的時(shí)候敌完，分配一個(gè)數(shù)組并返回引用該數(shù)組的 Slice
func makeslice(et *_type, len, cap int) slice {
maxElements := maxSliceCap(et.size)
if len < 0 || uintptr(len) > maxElements {
panic(errorString("makeslice: len out of range"))
}
if cap < len || uintptr(cap) > maxElements {
panic(errorString("makeslice: cap out of range"))
}
p := mallocgc(et.size*uintptr(cap), et, true)
return slice{p, len, cap}
}
- 根據(jù)傳入的 Slice 類型，獲取其類型能夠申請(qǐng)的最大容量大小
- 判斷 len 是否合規(guī)羊初，檢查是否在 0 < x < maxElements 范圍內(nèi)
- 判斷 cap 是否合規(guī)滨溉，檢查是否在 len < x < maxElements 范圍內(nèi)
- 申請(qǐng) Slice 所需的內(nèi)存空間對(duì)象。若為大型對(duì)象（大于 32 KB）則直接從堆中分配
- 返回申請(qǐng)成功的 Slice 內(nèi)存地址和相關(guān)屬性（默認(rèn)返回申請(qǐng)到的內(nèi)存起始地址）
擴(kuò)容
當(dāng)使用 Slice 時(shí)长赞，若存儲(chǔ)的元素不斷增長(zhǎng)（例如通過(guò) append）晦攒。當(dāng)條件滿足擴(kuò)容的策略時(shí)，將會(huì)觸發(fā)自動(dòng)擴(kuò)容
那么分別是什么規(guī)則呢得哆？讓我們一起看看源碼是怎么說(shuō)的 ??
zerobase
func growslice(et *_type, old slice, cap int) slice {
...
if et.size == 0 {
if cap < old.cap {
panic(errorString("growslice: cap out of range"))
}
return slice{unsafe.Pointer(&zerobase), old.len, cap}
}
...
}
當(dāng) Slice size 為 0 時(shí)脯颜，若將要擴(kuò)容的容量比原本的容量小，則拋出異常（也就是不支持縮容操作）贩据。否則栋操，將重新生成一個(gè)新的 Slice 返回，其 Pointer 指向一個(gè) 0 byte 地址（不會(huì)保留老的 Array 指向）
擴(kuò)容 - 計(jì)算策略
func growslice(et *_type, old slice, cap int) slice {
...
newcap := old.cap
doublecap := newcap + newcap
if cap > doublecap {
newcap = cap
} else {
if old.len < 1024 {
newcap = doublecap
} else {
for 0 < newcap && newcap < cap {
newcap += newcap / 4
}
...
}
}
...
}
- 若 Slice cap 大于 doublecap乐设，則擴(kuò)容后容量大小為 新 Slice 的容量（超了基準(zhǔn)值讼庇，我就只給你需要的容量大小）
- 若 Slice len 小于 1024 個(gè)近尚，在擴(kuò)容時(shí)蠕啄，增長(zhǎng)因子為 1（也就是 3 個(gè)變 6 個(gè)）
- 若 Slice len 大于 1024 個(gè)，在擴(kuò)容時(shí)，增長(zhǎng)因子為 0.25（原本容量的四分之一）
注：也就是小于 1024 個(gè)時(shí)歼跟，增長(zhǎng) 2 倍和媳。大于 1024 個(gè)時(shí)，增長(zhǎng) 1.25 倍
擴(kuò)容 - 內(nèi)存策略
func growslice(et *_type, old slice, cap int) slice {
...
var overflow bool
var lenmem, newlenmem, capmem uintptr
const ptrSize = unsafe.Sizeof((*byte)(nil))
switch et.size {
case 1:
lenmem = uintptr(old.len)
newlenmem = uintptr(cap)
capmem = roundupsize(uintptr(newcap))
overflow = uintptr(newcap) > _MaxMem
newcap = int(capmem)
...
}
if cap < old.cap || overflow || capmem > _MaxMem {
panic(errorString("growslice: cap out of range"))
}
var p unsafe.Pointer
if et.kind&kindNoPointers != 0 {
p = mallocgc(capmem, nil, false)
memmove(p, old.array, lenmem)
memclrNoHeapPointers(add(p, newlenmem), capmem-newlenmem)
} else {
p = mallocgc(capmem, et, true)
if !writeBarrier.enabled {
memmove(p, old.array, lenmem)
} else {
for i := uintptr(0); i < lenmem; i += et.size {
typedmemmove(et, add(p, i), add(old.array, i))
}
}
}
...
}
1哈街、獲取老 Slice 長(zhǎng)度和計(jì)算假定擴(kuò)容后的新 Slice 元素長(zhǎng)度留瞳、容量大小以及指針地址（用于后續(xù)操作內(nèi)存的一系列操作）
2、確定新 Slice 容量大于老 Sice骚秦，并且新容量?jī)?nèi)存小于指定的最大內(nèi)存她倘、沒(méi)有溢出。否則拋出異常
3作箍、若元素類型為 kindNoPointers硬梁，也就是非指針類型。則在老 Slice 后繼續(xù)擴(kuò)容
- 第一步：根據(jù)先前計(jì)算的
capmem胞得，在老 Slice cap 后繼續(xù)申請(qǐng)內(nèi)存空間荧止，其后用于擴(kuò)容 - 第二步：將 old.array 上的 n 個(gè) bytes（根據(jù) lenmem）拷貝到新的內(nèi)存空間上
- 第三步：新內(nèi)存空間（p）加上新 Slice cap 的容量地址。最終得到完整的新 Slice cap 內(nèi)存地址
add(p, newlenmem)（ptr） - 第四步：從 ptr 開(kāi)始重新初始化 n 個(gè) bytes（capmem-newlenmem）
注：那么問(wèn)題來(lái)了阶剑，為什么要重新初始化這塊內(nèi)存呢跃巡？這是因?yàn)?ptr 是未初始化的內(nèi)存（例如：可重用的內(nèi)存，一般用于新的內(nèi)存分配）牧愁，其可能包含 “垃圾”素邪。因此在這里應(yīng)當(dāng)進(jìn)行 “清理”。便于后面實(shí)際使用（擴(kuò)容）
4递宅、不滿足 3 的情況下娘香，重新申請(qǐng)并初始化一塊內(nèi)存給新 Slice 用于存儲(chǔ) Array
5、檢測(cè)當(dāng)前是否正在執(zhí)行 Write Barrier（寫屏障）办龄。若正在啟用 Write Barrier，則通過(guò) memmove 采取拷貝的方式將 lenmem 個(gè)字節(jié)從 old.array 拷貝到 ptr淋昭。否則使用 typedmemmove 的方式俐填，利用指針循環(huán)拷貝。以此達(dá)到更高的效率
注：一般會(huì)在 GC 標(biāo)記階段啟用 Write Barrier翔忽，并且 Write Barrier 只針對(duì)指針啟用英融。那么在第 5 點(diǎn)中，你就不難理解為什么會(huì)有兩種截然不同的處理方式了
小結(jié)
這里需要注意的是歇式，擴(kuò)容時(shí)的內(nèi)存管理的選擇項(xiàng)驶悟，如下：
- 翻新擴(kuò)展：當(dāng)前元素為
kindNoPointers，將在老 Slice cap 的地址后繼續(xù)申請(qǐng)空間用于擴(kuò)容 - 舉家搬遷：重新申請(qǐng)一塊內(nèi)存地址材失，整體遷移并擴(kuò)容
兩個(gè)小 “陷阱”
一痕鳍、同根
func main() {
nums := [3]int{}
nums[0] = 1
fmt.Printf("nums: %v , len: %d, cap: %d\n", nums, len(nums), cap(nums))
dnums := nums[0:2]
dnums[0] = 5
fmt.Printf("nums: %v ,len: %d, cap: %d\n", nums, len(nums), cap(nums))
fmt.Printf("dnums: %v, len: %d, cap: %d\n", dnums, len(dnums), cap(dnums))
}
輸出結(jié)果：
nums: [1 0 0] , len: 3, cap: 3
nums: [5 0 0] ,len: 3, cap: 3
dnums: [5 0], len: 2, cap: 3
在未擴(kuò)容前，Slice array 指向所引用的 Array。因此在 Slice 上的變更笼呆。會(huì)直接修改到原始 Array 上（兩者所引用的是同一個(gè)）
二熊响、時(shí)過(guò)境遷
隨著 Slice 不斷 append，內(nèi)在的元素越來(lái)越多诗赌，終于觸發(fā)了擴(kuò)容汗茄。如下代碼：
func main() {
nums := [3]int{}
nums[0] = 1
fmt.Printf("nums: %v , len: %d, cap: %d\n", nums, len(nums), cap(nums))
dnums := nums[0:2]
dnums = append(dnums, []int{2, 3}...)
dnums[1] = 1
fmt.Printf("nums: %v ,len: %d, cap: %d\n", nums, len(nums), cap(nums))
fmt.Printf("dnums: %v, len: %d, cap: %d\n", dnums, len(dnums), cap(dnums))
}
輸出結(jié)果：
nums: [1 0 0] , len: 3, cap: 3
nums: [1 0 0] ,len: 3, cap: 3
dnums: [1 1 2 3], len: 4, cap: 6
往 Slice append 元素時(shí)，若滿足擴(kuò)容策略铭若，也就是假設(shè)插入后洪碳，原本數(shù)組的容量就超過(guò)最大值了
這時(shí)候內(nèi)部就會(huì)重新申請(qǐng)一塊內(nèi)存空間，將原本的元素拷貝一份到新的內(nèi)存空間上叼屠。此時(shí)其與原本的數(shù)組就沒(méi)有任何關(guān)聯(lián)關(guān)系了偶宫，再進(jìn)行修改值也不會(huì)變動(dòng)到原始數(shù)組。這是需要注意的
復(fù)制
原型
func copy（dst环鲤，src [] T）int
copy 函數(shù)將數(shù)據(jù)從源 Slice復(fù)制到目標(biāo) Slice纯趋。它返回復(fù)制的元素?cái)?shù)。
示例
func main() {
dst := []int{1, 2, 3}
src := []int{4, 5, 6, 7, 8}
n := copy(dst, src)
fmt.Printf("dst: %v, n: %d", dst, n)
}
copy 函數(shù)支持在不同長(zhǎng)度的 Slice 之間進(jìn)行復(fù)制冷离，若出現(xiàn)長(zhǎng)度不一致吵冒，在復(fù)制時(shí)會(huì)按照最少的 Slice 元素個(gè)數(shù)進(jìn)行復(fù)制
那么在源碼中是如何完成復(fù)制這一個(gè)行為的呢？我們來(lái)一起看看源碼的實(shí)現(xiàn)西剥，如下：
func slicecopy(to, fm slice, width uintptr) int {
if fm.len == 0 || to.len == 0 {
return 0
}
n := fm.len
if to.len < n {
n = to.len
}
if width == 0 {
return n
}
...
size := uintptr(n) * width
if size == 1 {
*(*byte)(to.array) = *(*byte)(fm.array) // known to be a byte pointer
} else {
memmove(to.array, fm.array, size)
}
return n
}
- 若源 Slice 或目標(biāo) Slice 存在長(zhǎng)度為 0 的情況痹栖，則直接返回 0（因?yàn)閴焊恍枰獔?zhí)行復(fù)制行為）
- 通過(guò)對(duì)比兩個(gè) Slice，獲取最小的 Slice 長(zhǎng)度瞭空。便于后續(xù)操作
- 若 Slice 只有一個(gè)元素揪阿，則直接利用指針的特性進(jìn)行轉(zhuǎn)換
- 若 Slice 大于一個(gè)元素，則從
fm.array復(fù)制size個(gè)字節(jié)到to.array的地址處（會(huì)覆蓋原有的值）
"奇特"的初始化
在 Slice 中流傳著兩個(gè)傳說(shuō)咆畏，分別是 Empty 和 Nil Slice南捂，接下來(lái)讓我們看看它們的小區(qū)別 ??
Empty
func main() {
nums := []int{}
renums := make([]int, 0)
fmt.Printf("nums: %v, len: %d, cap: %d\n", nums, len(nums), cap(nums))
fmt.Printf("renums: %v, len: %d, cap: %d\n", renums, len(renums), cap(renums))
}
輸出結(jié)果：
nums: [], len: 0, cap: 0
renums: [], len: 0, cap: 0
Nil
func main() {
var nums []int
}
輸出結(jié)果：
nums: [], len: 0, cap: 0
想一想
乍一看，Empty Slice 和 Nil Slice 好像一模一樣旧找？不管是 len溺健，還是 cap 都為 0。好像沒(méi)區(qū)別钮蛛？我們?cè)倏纯慈缦麓a：
func main() {
var nums []int
renums := make([]int, 0)
if nums == nil {
fmt.Println("nums is nil.")
}
if renums == nil {
fmt.Println("renums is nil.")
}
}
你覺(jué)得輸出結(jié)果是什么呢鞭缭？你可能已經(jīng)想到了，最終的輸出結(jié)果：
nums is nil.
為什么
Empty
Nil
從圖示中可以看出來(lái)魏颓，兩者有本質(zhì)上的區(qū)別岭辣。其底層數(shù)組的指向指針是不一樣的，Nil Slice 指向的是 nil甸饱，Empty Slice 指向的是實(shí)際存在的空數(shù)組地址
你可以認(rèn)為沦童，Nil Slice 代指不存在的 Slice，Empty Slice 代指空集合。兩者所代表的意義是完全不同的
總結(jié)
通過(guò)本文搞动，可得知 Go Slice 相當(dāng)靈活躏精。不需要你手動(dòng)擴(kuò)容，也不需要你關(guān)注加多少減多少鹦肿。對(duì) Array 是動(dòng)態(tài)引用矗烛，是 Go 類型的一個(gè)極大的補(bǔ)充，也因此在應(yīng)用中使用的更多箩溃、更便捷
雖然有個(gè)別要注意的 “坑”瞭吃，但其實(shí)是合理的。你覺(jué)得呢涣旨？??
