一文總結(jié)Go語言切片核心知識點和坑

更新時間：2023年06月05日 09:03:00 作者：半夏之沫

都說Go的切片用起來絲滑得很，Java中的List怎么用，切片就怎么用，作為曾經(jīng)的Java選手，因為切片的使用不得當，喜提缺陷若干，本文就給大家總結(jié)一下Go語言切片核心知識點和坑,需要的朋友可以參考下

一. 切片結(jié)構(gòu)說明

切片（slice），是Go語言中對可變數(shù)組的抽象，相較于數(shù)組，具有可動態(tài)追加元素，可動態(tài)擴容等更加實用的特性。切片在Go語言中對應的結(jié)構(gòu)體源碼如下。

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

字段含義說明如下。

array，指向數(shù)組內(nèi)存地址的指針。切片底層存儲數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)就是數(shù)組，切片使用一個指向數(shù)組的指針來操作這個數(shù)組；
len，切片的長度。len表示切片中可用的元素個數(shù)，所謂可用，就是內(nèi)存空間被分配，并且通過當前切片能夠訪問；
cap，切片的容量。cap表示切片最大的元素個數(shù)，通常cap大于等于len，如果cap大于len，表示當前切片有部分元素不可用，而不可用的意思就是內(nèi)存空間被分配，但是當前切片無法訪問，訪問這些不可用元素會導致panic。

一個切片的示意圖如下。

二. 切片創(chuàng)建

切片的創(chuàng)建有多種方式，本節(jié)結(jié)合示例和圖示，對切片的不同創(chuàng)建方式進行說明。

1. 直接創(chuàng)建切片

示例代碼如下所示。

// 直接創(chuàng)建切片
func directlyCreate() {
    slice := []int{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7}
    fmt.Printf("len=%d, cap=%d, sliceAddress=%p, sliceArrayAddress=%p\n",
            len(slice), cap(slice), &slice, slice)
}

上述示例代碼運行打印如下。

len=7, cap=7, sliceAddress=0xc000004078, sliceArrayAddress=0xc000014240

此時創(chuàng)建出來的切片對應圖示如下。

直接創(chuàng)建切片時，會為切片的底層數(shù)組開辟內(nèi)存空間并使用指定的元素對數(shù)組完成初始化，且創(chuàng)建出來的切片的len等于cap等于初始化元素的個數(shù)。

2. 從整個數(shù)組切得到切片

切片，顧名思義，其實就是可以從已經(jīng)存在的數(shù)組上切一段作為切片，本小節(jié)演示直接切整個數(shù)組得到切片，示例代碼如下所示。

// 從整個數(shù)組切得到切片
func sliceFromWholeArray() {
    originArray := [7]int{0, 1, 2, 3, 4, 5, 6}
    slice := originArray[:]
    fmt.Printf("originArrayAddress=%p\n", &originArray)
    fmt.Printf("len=%d, cap=%d, sliceAddress=%p, sliceArrayAddress=%p\n",
            len(slice), cap(slice), &slice, slice)
}

上述示例代碼運行打印如下。

originArrayAddress=0xc000014240
len=7, cap=7, sliceAddress=0xc000004078, sliceArrayAddress=0xc000014240

此時創(chuàng)建出來的切片對應圖示如下。

從整個數(shù)組切，實際就是切片直接使用了這個數(shù)組作為底層的數(shù)組。

3. 從前到后切數(shù)組得到切片

本小節(jié)演示從前到后切數(shù)組得到切片，示例代碼如下所示。

// 從前到后切數(shù)組得到切片
func sliceFromArrayFrontToBack() {
    originArray := [7]int{0, 1, 2, 3, 4, 5, 6}
    slice := originArray[:4]
    fmt.Printf("origin array address is: [%p]\n", &originArray)
    fmt.Printf("len=%d, cap=%d, sliceAddress=%p, sliceArrayAddress=%p\n",
            len(slice), cap(slice), &slice, slice)
}

上述在切數(shù)組時，沒有指定數(shù)組的開始索引，表示從索引0開始切（inclusive），指定了數(shù)組的結(jié)束索引，表示切到結(jié)束索引的位置（exclusive），運行示例代碼，打印如下。

originArrayAddress=0xc000014240
len=4, cap=7, sliceAddress=0xc000004078, sliceArrayAddress=0xc000014240

此時創(chuàng)建出來的切片對應圖示如下。

從前到后切數(shù)組得到的切片，len等于切的范圍的長度，對應示例中索引0（inclusive）到索引4（exclusive）的長度4，而cap等于切的開始位置（inclusive）到數(shù)組末尾（inclusive）的長度7。

4. 從數(shù)組中間切到最后得到切片

本小節(jié)演示從數(shù)組中間切到最后得到切片，示例代碼如下所示。

// 從數(shù)組中間切到最后得到切片
func sliceFromArrayMiddleToLast() {
    originArray := [7]int{0, 1, 2, 3, 4, 5, 6}
    slice := originArray[4:]
    fmt.Printf("originArrayAddress=%p\n", &originArray)
    fmt.Printf("len=%d, cap=%d, sliceAddress=%p, sliceArrayAddress=%p\n",
            len(slice), cap(slice), &slice, slice)
}

上述在切數(shù)組時，指定了數(shù)組的開始索引，表示從索引4（inclusive）開始切，沒有指定數(shù)組的結(jié)束索引，表示切到數(shù)組的末尾（inclusive），運行示例代碼，打印如下。

originArrayAddress=0xc000014240
len=3, cap=3, sliceAddress=0xc000004078, sliceArrayAddress=0xc000014260

此時創(chuàng)建出來的切片對應圖示如下。

從數(shù)組中間切到最后得到的切片，len等于cap等于切的范圍的長度，對應示例中索引4（inclusive）到數(shù)組末尾（inclusive）的長度3。并且由上述圖示可以看出，切片使用的底層數(shù)組其實還是被切的數(shù)組，只不過使用的是被切數(shù)組的一部分。

5. 從數(shù)組切一段得到切片

本小節(jié)演示從數(shù)組切一段得到切片，示例代碼如下所示。

// 從數(shù)組切一段得到切片
func sliceFromSelectionOfArray() {
    originArray := [7]int{0, 1, 2, 3, 4, 5, 6}
    slice := originArray[2:4]
    fmt.Printf("originArrayAddress=%p\n", &originArray)
    fmt.Printf("len=%d, cap=%d, sliceAddress=%p, sliceArrayAddress=%p\n",
            len(slice), cap(slice), &slice, slice)
}

上述在切數(shù)組時，指定了數(shù)組的開始索引，表示從索引2（inclusive）開始切，也指定了數(shù)組的結(jié)束索引，表示切到數(shù)組的索引4的位置（exclusive），運行示例代碼，打印如下。

originArrayAddress=0xc000014240
len=2, cap=5, sliceAddress=0xc000004078, sliceArrayAddress=0xc000014250

此時創(chuàng)建出來的切片對應圖示如下。

從數(shù)組切一段得到的切片，len等于切的范圍的長度，對應示例中索引2（inclusive）到索引4（exclusive）的長度2，cap等于切的開始位置（inclusive）到數(shù)組末尾（inclusive）的長度5。并且，切片使用的底層數(shù)組還是被切數(shù)組的一部分。

6. 從切片切得到切片

除了切數(shù)組得到切片，還能切切片來得到切片，示例代碼如下所示。

// 從切片切得到切片
func sliceFromSlice() {
    originArray := [7]int{0, 1, 2, 3, 4, 5, 6}
    originSlice := originArray[:]
    derivedSlice := originSlice[2:4]
    fmt.Printf("originArrayAddress=%p\n", &originArray)
    fmt.Printf("originSlice: len=%d, cap=%d, sliceAddress=%p, sliceArrayAddress=%p\n",
            len(originSlice), cap(originSlice), &originSlice, originSlice)
    fmt.Printf("derivedSlice: len=%d, cap=%d, sliceAddress=%p, sliceArrayAddress=%p\n",
            len(derivedSlice), cap(derivedSlice), &derivedSlice, derivedSlice)
}

上述示例代碼中，originSlice是切數(shù)組originArray得到的切片，derivedSlice是切切片originSlice得到的切片，運行示例代碼，打印如下。

originArrayAddress=0xc000014240
originSlice: len=7, cap=7, sliceAddress=0xc000004078, sliceArrayAddress=0xc000014240
derivedSlice: len=2, cap=5, sliceAddress=0xc000004090, sliceArrayAddress=0xc000014250

此時創(chuàng)建出來的切片對應圖示如下。

從切片切得到切片后，兩個切片會使用同一個底層數(shù)組，區(qū)別就是可能使用的是底層數(shù)組的不同區(qū)域，因此如果其中一個切片更改了數(shù)據(jù)，而這個數(shù)據(jù)恰好另一個切片可用訪問，那么另一個切片訪問該數(shù)據(jù)時就會發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)生了更改。但是請注意，雖然兩個切片使用同一個底層數(shù)組，但是切片的len和cap都是獨立的，也就是假如其中一個切片通過類似于append() 函數(shù)導致len或者cap發(fā)生了更改，此時另一個切片的len或者cap是不會受影響的。

7. 使用make函數(shù)得到切片

make() 函數(shù)專門用于為slice，map和chan這三種引用類型分配內(nèi)存并完成初始化，make() 函數(shù)返回的就是引用類型對應的底層結(jié)構(gòu)體本身，使用make() 函數(shù)創(chuàng)建slice的示例代碼如下所示。

// 使用make函數(shù)得到切片
func initializeByMake() {
    slice := make([]int, 5, 7)
    fmt.Printf("len=%d, cap=%d, slice=%v\n",
            len(slice), cap(slice), slice)
}

上述示例代碼中，會使用make() 函數(shù)創(chuàng)建一個int類型的切片，并指定len為5（第二個參數(shù)指定），cap為7（第三個參數(shù)指定），其中可以不指定cap，此時cap會取值為len。運行示例代碼，打印如下。

len=5, cap=7, slice=[0 0 0 0 0]

此時訪問索引5或索引6的元素，會引發(fā)panic，示例代碼修改如下。

// 使用make函數(shù)得到切片
func initializeByMake() {
    slice := make([]int, 5, 7)
    fmt.Printf("len=%d, cap=%d, slice=%v\n",
            len(slice), cap(slice), slice)
    // 訪問索引5或索引6會引發(fā)panic
    defer func() {
        if err := recover(); err != nil {
            fmt.Println(err)
        }
    }()
    fmt.Println(slice[5])
}

運行示例代碼，打印如下。

len=5, cap=7, slice=[0 0 0 0 0]
runtime error: index out of range [5] with length 5

那么索引5和索引6的元素怎么才能使用呢，就需要使用到內(nèi)建函數(shù)append()，示例代碼修改如下。

// 使用make函數(shù)得到切片
func initializeByMake() {
    slice := make([]int, 5, 7)
    fmt.Printf("len=%d, cap=%d, slice=%v\n",
            len(slice), cap(slice), slice)
    slice = append(slice, 1)
    slice = append(slice, 2)
    fmt.Printf("len=%d, cap=%d, slice=%v\n",
            len(slice), cap(slice), slice)
}

運行示例代碼，打印如下。

len=5, cap=7, slice=[0 0 0 0 0]
len=7, cap=7, slice=[0 0 0 0 0 1 2]

append() 函數(shù)的使用，會在本文后面章節(jié)進行說明。

三. 聲明切片占用內(nèi)存分析

使用如下方式聲明切片

var slice []int

然后使用如下方式打印僅聲明的切片占用的內(nèi)存大小。

fmt.Printf("memory=%d\n", unsafe.Sizeof(slice))

占用內(nèi)存大小打印如下。

memory=24

也就是僅聲明的切片會占用24字節(jié)的內(nèi)存大小，這個大小實際就是切片底層結(jié)構(gòu)體占用的大小，如下所示。

type slice struct {
    array unsafe.Pointer      // 64位操作系統(tǒng)下占8字節(jié)
    len   int		    // 64位操作系統(tǒng)下占8字節(jié)
    cap   int		    // 64位操作系統(tǒng)下占8字節(jié)
}

四. append函數(shù)

append() 函數(shù)用于將元素附加到切片的末尾，比如一個切片len為5，cap為7，此時可以使用append() 函數(shù)附加一個元素到切片的末尾使得切片的len變?yōu)?（cap此時不會改變），從而切片索引為5的位置的元素也可以讀和寫了。本節(jié)將對append() 函數(shù)的使用進行說明。

1. 基本使用

append() 函數(shù)聲明如下所示。

func append(slice []Type, elems ...Type) []Type

append() 函數(shù)會將附加了元素后的切片返回，所以我們需要用切片變量來存儲append() 函數(shù)的返回值。

append() 函數(shù)的基本使用示例如下所示。

// 向切片附加元素
func appendItem() {
    slice := make([]int, 2, 7)
    fmt.Printf("len=%d, cap=%d, slice=%v\n",
            len(slice), cap(slice), slice)
    slice = append(slice, 10)
    fmt.Printf("len=%d, cap=%d, slice=%v\n",
            len(slice), cap(slice), slice)
}

運行示例代碼，打印如下。

len=2, cap=7, slice=[0 0]
len=3, cap=7, slice=[0 0 10]

對應圖示如下所示。

2. 觸發(fā)擴容

已知切片有len和cap，len表示可以讀和寫的元素個數(shù)，cap表示當前切片最大的元素個數(shù)，那么cap減去len就是當前切片還沒有使用的元素個數(shù)，這部分元素需要通過append() 函數(shù)來附加到切片上。

當附加元素到切片上后，會讓len加1，但是如果附加元素到切片之前len已經(jīng)等于cap，那么此時會先觸發(fā)擴容再附加元素，擴容的流程簡圖如下所示。

一旦觸發(fā)擴容，會創(chuàng)建新容量大小的數(shù)組，然后將老數(shù)組的數(shù)據(jù)拷貝到新數(shù)組上，再然后將附加元素添加到新數(shù)組中，最后切片的array指向新數(shù)組。也就是說，切片擴容會導致切片使用的底層數(shù)組地址發(fā)生變更，如下是示例代碼。

// 擴容導致切片數(shù)組地址變更
func expansionCausedArrayAddressChange() {
    // 原始數(shù)組
    originArray := [7]int{0, 1, 2, 3, 4, 5, 6}
    // 原始切片
    originSlice := originArray[0:6]
    // 打印原始切片和原始數(shù)組的信息
    fmt.Printf("len=%d, cap=%d, sliceAddress=%p, sliceArrayAddress=%p, originArrayAddress=%p\n",
            len(originSlice), cap(originSlice), &originSlice, originSlice, &originArray)
    // 第一次append不會觸發(fā)擴容
    firstAppendSlice := append(originSlice, 7)
    // 打印第一次Append后的切片和原始數(shù)組的信息
    fmt.Printf("len=%d, cap=%d, sliceAddress=%p, sliceArrayAddress=%p, originArrayAddress=%p\n",
            len(firstAppendSlice), cap(firstAppendSlice), &firstAppendSlice, firstAppendSlice, &originArray)
    // 第二次append會觸發(fā)擴容
    secondAppendSlice := append(firstAppendSlice, 8)
    // 打印第二次Append后的切片和原始數(shù)組的信息
    fmt.Printf("len=%d, cap=%d, sliceAddress=%p, sliceArrayAddress=%p, originArrayAddress=%p\n",
            len(secondAppendSlice), cap(secondAppendSlice), &secondAppendSlice, secondAppendSlice, &originArray)
}

運行示例代碼，打印如下。

len=6, cap=7, sliceAddress=0xc000004078, sliceArrayAddress=0xc000014240, originArrayAddress=0xc000014240
len=7, cap=7, sliceAddress=0xc0000040a8, sliceArrayAddress=0xc000014240, originArrayAddress=0xc000014240
len=8, cap=14, sliceAddress=0xc0000040d8, sliceArrayAddress=0xc0000100e0, originArrayAddress=0xc000014240

在示例代碼中，切數(shù)組originArray得到的切片如下所示。

第一次append元素后，切片如下所示。

第二次append元素時，會觸發(fā)擴容，擴容后的切片如下所示。

可見，擴容后切片使用了另外一個數(shù)組作為了底層數(shù)組。

五. 切片注意事項

1. 問題演示

如下是一個踩坑的反面案例，代碼如下所示。

// 將slice作為參數(shù)傳遞到函數(shù)中
func appendTriggerExpansionCausingProblems() {
    outerSlice := make([]int, 6, 7)
    fmt.Printf("OuterSlice: len=%d, cap=%d, sliceAddress=%p, sliceArrayAddress=%p\n",
            len(outerSlice), cap(outerSlice), &outerSlice, outerSlice)
    helpAppendNums(outerSlice)
    fmt.Printf("OuterSlice: len=%d, cap=%d, sliceAddress=%p, sliceArrayAddress=%p\n",
            len(outerSlice), cap(outerSlice), &outerSlice, outerSlice)
}
func helpAppendNums(innerSlice []int) {
    for i := 0; i < 3; i++ {
        innerSlice = append(innerSlice, i)
    }
    fmt.Printf("InnerSlice: len=%d, cap=%d, sliceAddress=%p, sliceArrayAddress=%p\n",
            len(innerSlice), cap(innerSlice), &innerSlice, innerSlice)
}

運行示例代碼，打印如下。

OuterSlice: len=6, cap=7, sliceAddress=0xc000004078, sliceArrayAddress=0xc000014240
InnerSlice: len=9, cap=14, sliceAddress=0xc0000040a8, sliceArrayAddress=0xc0000100e0
OuterSlice: len=6, cap=7, sliceAddress=0xc000004078, sliceArrayAddress=0xc000014240

反面案例的代碼實現(xiàn)中，把一個len為6，cap為7的切片outterSlice作為參數(shù)傳遞到了一個helpAppendNums() 函數(shù)中，并在這個函數(shù)中進行了3次append元素的操作，然后發(fā)現(xiàn)outterSlice的len，cap和底層數(shù)組的地址都沒有發(fā)生改變。

下面將結(jié)合圖示，對反面案例代碼整個流程進行說明。

outerSlice創(chuàng)建出來時，outerSlice結(jié)構(gòu)如下所示。

因為Go語言中都是值傳遞，且切片變量本質(zhì)就是一個結(jié)構(gòu)體，所以把outerSlice作為實參調(diào)用helpAppendNums() 函數(shù)時，會把outerSlice值拷貝給到helpAppendNums() 函數(shù)的形參innerSlice，此時兩個切片的結(jié)構(gòu)如下所示。

這里其實就是一個容易踩坑特別是Go語言新手（我）容易踩坑的地方，因為在學習Go中的數(shù)據(jù)類型時，各種資料總是會告訴我在Go語言中有值類型和引用類型的區(qū)分，而引用類型就是slice切片，map字典，interface接口，func函數(shù)和chan管道，此時如果這個Go語言新手（我）還會一點Java，那么就會認為Go里面的slice和Java中的List一樣，畢竟都是引用嘛，那么把一個引用類型的slice傳遞到一個函數(shù)中，當然在函數(shù)中操作的slice就應該是傳遞的這個slice嘛。

上面用刪除線劃掉的部分，如果你真的有這樣的認識，要么就是對Go的引用類型理解得有偏差（我），要么就是對Java中聲明一個指向?qū)ο蟮淖兞繒r的內(nèi)存結(jié)構(gòu)沒有清晰的認識（我），或者都是（我）。先說Java中聲明一個指向?qū)ο蟮淖兞?，就像下面這樣。

List list = new ArrayList();

那么按照我們的正常認知，上面的list是一個引用對吧，但是這里的list實際是一個指向堆上一個ArrayList對象的指針，存在于線程棧幀的局部變量表里，我們無論如何傳遞list變量（Java中也是值傳遞），實際都是傳遞的指向堆上ArrayList對象的指針，最終操作的都是堆上的ArrayList對象。

回到Go中的切片，我們聲明并創(chuàng)建一個切片，就像下面這樣。

slice := []int{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7}

上面的slice字段就是一個切片結(jié)構(gòu)體，那么把這個slice字段傳遞到函數(shù)中時，是會直接拷貝這個切片給到函數(shù)的形參，此時實參和形參實際是兩個不同的切片，在內(nèi)存中有自己的空間和地址，只不過底層使用的是同一個數(shù)組而已，這里的拷貝，也稱作淺拷貝。

上面的坑踩完后，再回到反面案例代碼中，在helpAppendNums() 函數(shù)中會執(zhí)行3次append元素的操作，在執(zhí)行完第一次append操作后，outerSlice和innerSlice的結(jié)構(gòu)如下所示。

執(zhí)行完第一次append操作后，對于innerSlice來說len已經(jīng)等于cap了，又因為append的操作目標是innerSlice，所以盡管底層數(shù)組數(shù)據(jù)發(fā)生了變更，但outerSlice的len是沒有發(fā)生變動的，并且也無法訪問索引為6的元素。

執(zhí)行完第二次append操作后，outerSlice和innerSlice的結(jié)構(gòu)如下所示。

因為第一次append后，innerSlice的len已經(jīng)和cap相等，所以第二次append時，innerSlice使用的底層數(shù)組是一個新的且容量翻倍的數(shù)組，那么從這時起，outerSlice和innerSlice使用的底層數(shù)組也不同了。

執(zhí)行完第三次append操作后，outerSlice和innerSlice的結(jié)構(gòu)如下所示。

2. 解決方式

既然把切片直接傳到函數(shù)中存在一些坑，那么相應的就需要一些手段來解決。

第一種解決方式就是不直接傳遞切片，而是傳遞切片的指針，改進代碼如下所示。

// 將slice作為參數(shù)傳遞到函數(shù)中
func appendTriggerExpansionCausingProblems() {
    outerSlice := make([]int, 6, 7)
    fmt.Printf("OuterSlice: len=%d, cap=%d, sliceAddress=%p, sliceArrayAddress=%p\n",
            len(outerSlice), cap(outerSlice), &outerSlice, outerSlice)
    helpAppendNumsUsePointer(&outerSlice)
    fmt.Printf("OuterSlice: len=%d, cap=%d, sliceAddress=%p, sliceArrayAddress=%p\n",
            len(outerSlice), cap(outerSlice), &outerSlice, outerSlice)
}
func helpAppendNumsUsePointer(innerSlice *[]int) {
    for i := 0; i < 3; i++ {
        *innerSlice = append(*innerSlice, i)
    }
    fmt.Printf("InnerSlice: len=%d, cap=%d, sliceAddress=%p, sliceArrayAddress=%p\n",
            len(*innerSlice), cap(*innerSlice), innerSlice, *innerSlice)
}

運行改進代碼，打印如下。

OuterSlice: len=6, cap=7, sliceAddress=0xc000004078, sliceArrayAddress=0xc000014200
InnerSlice: len=9, cap=14, sliceAddress=0xc000004078, sliceArrayAddress=0xc0000100e0
OuterSlice: len=9, cap=14, sliceAddress=0xc000004078, sliceArrayAddress=0xc0000100e0

這種方式的好處從內(nèi)存的角度來說，僅進行了一次指針的值傳遞，對內(nèi)存更友好。

第二種解決方式就是在函數(shù)中將處理后的切片返回，改進代碼如下所示。

// 將slice作為參數(shù)傳遞到函數(shù)中
func appendTriggerExpansionCausingProblems() {
    outerSlice := make([]int, 6, 7)
    fmt.Printf("OuterSlice: len=%d, cap=%d, sliceAddress=%p, sliceArrayAddress=%p\n",
            len(outerSlice), cap(outerSlice), &outerSlice, outerSlice)
    outerSlice = helpAppendNumsAndReturn(outerSlice)
    fmt.Printf("OuterSlice: len=%d, cap=%d, sliceAddress=%p, sliceArrayAddress=%p\n",
            len(outerSlice), cap(outerSlice), &outerSlice, outerSlice)
}
func helpAppendNumsAndReturn(innerSlice []int) []int {
    for i := 0; i < 3; i++ {
        innerSlice = append(innerSlice, i)
    }
    fmt.Printf("InnerSlice: len=%d, cap=%d, sliceAddress=%p, sliceArrayAddress=%p\n",
            len(innerSlice), cap(innerSlice), &innerSlice, innerSlice)
    return innerSlice
}

運行改進代碼，打印如下。

OuterSlice: len=6, cap=7, sliceAddress=0xc000004078, sliceArrayAddress=0xc000014200
InnerSlice: len=9, cap=14, sliceAddress=0xc0000040a8, sliceArrayAddress=0xc0000100e0
OuterSlice: len=9, cap=14, sliceAddress=0xc000004078, sliceArrayAddress=0xc0000100e0

相較于第一種方式，由指針的值傳遞變更為了結(jié)構(gòu)體的值傳遞，內(nèi)存相對不友好。