淺談golang slice 切片原理
slice介紹
數(shù)組的長度在定義之后無法再次修改；數(shù)組是值類型，每次傳遞都將產生一份副本。顯然這種數(shù)據(jù)結構無法完全滿足開發(fā)者的真實需求。在初始定義數(shù)組時，我們并不知道需要多大的數(shù)組，因此我們就需要“動態(tài)數(shù)組”。在Go里面這種數(shù)據(jù)結構叫slice，slice并不是真正意義上的動態(tài)數(shù)組，而是一個引用類型。slice總是指向一個底層array，slice的聲明也可以像array一樣，只是不需要長度，它是可變長的，可以隨時往slice里面加數(shù)據(jù)。
初看起來，數(shù)組切片就像一個指向數(shù)組的指針，實際上它擁有自己的數(shù)據(jù)結構，而不僅僅是個指針。數(shù)組切片的數(shù)據(jù)結構可以抽象為以下3個變量：
1．一個指向原生數(shù)組的指針（point）：指向數(shù)組中slice指定的開始位置；
2．數(shù)組切片中的元素個數(shù)（len）：即slice的長度；
3．數(shù)組切片已分配的存儲空間（cap）：也就是slice開始位置到數(shù)組的最后位置的長度。
從底層實現(xiàn)的角度來看，數(shù)組切片實際上仍然使用數(shù)組來管理元素，基于數(shù)組，數(shù)組切片添加了一系列管理功能，可以隨時動態(tài)擴充存放空間，并且可以被隨意傳遞而不會導致所管理的元素被重復復制。
slice聲明
聲明slice時方括號[]內沒有任何數(shù)據(jù)
聲明一個元素類型為int的slice
var mySlice []int 聲明兩個元素類型為byte的slice
golang 中的 slice 非常強大，讓數(shù)組操作非常方便高效。在開發(fā)中不定長度表示的數(shù)組全部都是 slice 。但是很多同學對 slice 的模糊認識，造成認為golang中的數(shù)組是引用類型，結果就是在實際開發(fā)中碰到很多坑，以至于出現(xiàn)一些莫名奇妙的問題，數(shù)組中的數(shù)據(jù)丟失了。
下面我們就開始詳細理解下 slice ，理解后會對開發(fā)出高效的程序非常有幫助。
這個是 slice 的數(shù)據(jù)結構，它很簡單，一個指向真實 array 地址的指針 ptr ，slice 的長度 len 和容量 cap 。
其中 len 和 cap 就是我們在調用 len(slice) 和 cap(slice) 返回的值。
我們來按照 slice 的數(shù)據(jù)結構定義來解析出 ptr, len, cap
// 按照上圖定義的數(shù)據(jù)結構
type Slice struct {
ptr unsafe.Pointer // Array pointer
len int // slice length
cap int // slice capacity
}
下面寫一個完整的程序，嘗試把golang中slice的內存區(qū)域轉換成我們定義的 Slice 進行解析
package main
import (
"fmt"
"unsafe"
)
// 按照上圖定義的數(shù)據(jù)結構
type Slice struct {
ptr unsafe.Pointer // Array pointer
len int // slice length
cap int // slice capacity
}
// 因為需要指針計算，所以需要獲取int的長度
// 32位 int length = 4
// 64位 int length = 8
var intLen = int(unsafe.Sizeof(int(0)))
func main() {
s := make([]int, 10, 20)
// 利用指針讀取 slice memory 的數(shù)據(jù)
if intLen == 4 { // 32位
m := *(*[4 + 4*2]byte)(unsafe.Pointer(&s))
fmt.Println("slice memory:", m)
} else { // 64 位
m := *(*[8 + 8*2]byte)(unsafe.Pointer(&s))
fmt.Println("slice memory:", m)
}
// 把slice轉換成自定義的 Slice struct
slice := (*Slice)(unsafe.Pointer(&s))
fmt.Println("slice struct:", slice)
fmt.Printf("ptr:%v len:%v cap:%v \n", slice.ptr, slice.len, slice.cap)
fmt.Printf("golang slice len:%v cap:%v \n", len(s), cap(s))
s[0] = 0
s[1] = 1
s[2] = 2
// 轉成數(shù)組輸出
arr := *(*[3]int)(unsafe.Pointer(slice.ptr))
fmt.Println("array values:", arr)
// 修改 slice 的 len
slice.len = 15
fmt.Println("Slice len: ", slice.len)
fmt.Println("golang slice len: ", len(s))
}
運行一下查看結果
$ go run slice.go
slice memory: [0 64 6 32 200 0 0 0 10 0 0 0 0 0 0 0 20 0 0 0 0 0 0 0]
slice struct: &{0xc820064000 10 20}
ptr:0xc820064000 len:10 cap:20
golang slice len:10 cap:20
array values: [0 1 2]
Slice len: 15
golang slice len: 15
看到了，golang slice 的memory內容，和自定義的 Slice 的值，還有按照 slice 中的指針指向的內存，就是實際 Array 數(shù)據(jù)。當修改了 slice 中的len， len(s) 也變了。
接下來結合幾個例子，了解下slice一些用法
聲明一個Array通常使用 make ，可以傳入2個參數(shù)，也可傳入3個參數(shù)，第一個是數(shù)據(jù)類型，第二個是 len ，第三個是 cap 。如果不穿入第三個參數(shù)，則 cap=len ，append 可以用來向數(shù)組末尾追加數(shù)據(jù)。
這是一個 append 的測試
// 每次cap改變，指向array的ptr就會變化一次
s := make([]int, 1)
fmt.Printf("len:%d cap: %d array ptr: %v \n", len(s), cap(s), *(*unsafe.Pointer)(unsafe.Pointer(&s)))
for i := 0; i < 5; i++ {
s = append(s, i)
fmt.Printf("len:%d cap: %d array ptr: %v \n", len(s), cap(s), *(*unsafe.Pointer)(unsafe.Pointer(&s)))
}
fmt.Println("Array:", s)
運行結果
len:1 cap: 1 array ptr: 0xc8200640f0 len:2 cap: 2 array ptr: 0xc820064110 len:3 cap: 4 array ptr: 0xc8200680c0 len:4 cap: 4 array ptr: 0xc8200680c0 len:5 cap: 8 array ptr: 0xc82006c080 len:6 cap: 8 array ptr: 0xc82006c080 Array: [0 0 1 2 3 4]
看出來了吧，每次cap改變的時候指向array內存的指針都在變化。當在使用 append 的時候，如果 cap==len 了這個時候就會新開辟一塊更大內存，然后把之前的數(shù)據(jù)復制過去。
實際go在append的時候放大cap是有規(guī)律的。在 cap 小于1024的情況下是每次擴大到 2 * cap ，當大于1024之后就每次擴大到 1.25 * cap 。所以上面的測試中cap變化是 1, 2, 4, 8
在實際使用中，我們最好事先預期好一個cap，這樣在使用append的時候可以避免反復重新分配內存復制之前的數(shù)據(jù)，減少不必要的性能消耗。
創(chuàng)建切片
s := []int{1, 2, 3, 4, 5}
fmt.Printf("len:%d cap: %d array ptr: %v \n", len(s), cap(s), *(*unsafe.Pointer)(unsafe.Pointer(&s)))
fmt.Println("Array:", s)
s1 := s[1:3]
fmt.Printf("len:%d cap: %d array ptr: %v \n", len(s1), cap(s1), *(*unsafe.Pointer)(unsafe.Pointer(&s1)))
fmt.Println("Array", s1)
運行結果
len:5 cap: 5 array ptr: 0xc820012210 Array: [1 2 3 4 5] len:2 cap: 4 array ptr: 0xc820012218 Array [2 3]
在一個切片基礎上創(chuàng)建新的切片 s1 ，新切片的 ptr 指向的就是 s1[0] 數(shù)據(jù)的內存地址?？梢钥吹街羔樀刂?0xc820012210 與 0xc820012218 相差 8byte 正好是一個int類型長度，cap也相應的變?yōu)?
就寫到這里了，總結一下，切片的結構是指向數(shù)據(jù)的指針，長度和容量。復制切片，或者在切片上創(chuàng)建新切片，切片中的指針都指向相同的數(shù)據(jù)內存區(qū)域。
知道了切片原理就可以在開發(fā)中避免出現(xiàn)錯誤了，希望這篇博客可以給大家?guī)韼椭Ｒ蚕Ｍ蠹叶喽嘀С帜_本之家。
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