GO中的slice使用簡介(源碼分析slice)
slice表示切片(分片)，例如對一個數組進行切片，取出數組中的一部分值。在現(xiàn)代編程語言中，slice(切片)幾乎成為一種必備特性，它可以從一個數組(列表)中取出任意長度的子數組(列表)，為操作數據結構帶來非常大的便利性，如python、perl等都支持對數組的slice操作，甚至perl還支持對hash數據結構的slice。
但Go中的slice和這些語言的slice不太一樣，前面所說的語言中，slice是一種切片的操作，切片后返回一個新的數據對象。而Go中的slice不僅僅是一種切片動作，還是一種數據結構(就像數組一樣)。
GO-slice詳解
簡介
slice（切片）是go中常見和強大的類型，這篇文章不是slice使用簡介，從源碼角度來分析slice的實現(xiàn)，slice的一些迷惑的使用方式，同時也講清楚一些問題。
slice的底層實現(xiàn)是數組，是對數組的抽象
官方有slice相關的博客
https://go.dev/blog/slices-introhttps://go.dev/blog/slices
slice分析
數據結構
源碼：https://github.com/golang/go/blob/master/src/runtime/slice.go#L14
slice結構如下：
type slice struct {
array unsafe.Pointer // 數組指針
len int //切片長度
cap int // 切片容量
}array：為是底層數組的指針
len：切片中已有元素的個數
cap：底層數組的長度
原理概述：
切片的底層實現(xiàn)是數組，len是切片的個數，cap是底層數組的長度，當往切片中追加元素的時候，len++，如果len>cap，就會觸發(fā)切片擴容，擴容邏輯是算一個新的cap，并且創(chuàng)建一個新的底層數組，將原來的數據copy過來。并且創(chuàng)建一個新的切片（slice）。
可以從一個切片中創(chuàng)建一個新的切片，底層數組是同用的，修改切片元素的時候會影響到新的切片。
如果所示：
var s = make([]byte,5)對應的邏輯是，創(chuàng)建一個長度和容量為5的數組，如果所示
切片的創(chuàng)建方式
先看切片的創(chuàng)建方式，說這個問題之前，先看看切片的創(chuàng)建方式
聲明
var vocabList []uint64
聲明了一個[]uint64類型的切片，vocabList為切片的0值，
這得說一下go中nil值
在 Go 中，nil 是指針、接口、映射、切片、通道和函數類型的零值，表示未初始化的值。
具體的可以看：https://go101.org/article/nil.html
回到代碼，這表示nil值，它的len和cap都是0，和nil比較結果為true，這里要說，nil值對應的具體的類型是在上下文中編譯器推導出來的
package main
func main() {
var vocabList []uint64
println(vocabList == nil)
}
// output:
// true通過new創(chuàng)建
var vocabList = *new([]uint64)
new是內建函數，用來分配指定類型的內容，返回指向內存地址的指針，并且給此地址分配此類型的0值。
字面量創(chuàng)建
var vocabList = []uint64{1,2,3,4}make
var vocabList = make([]uint64,10)
make接受三個參數，在創(chuàng)建的時候指定類型，長度，容量，不指定容量，默認和長度一樣
代碼如下：
func main() {
var vocabList = make([]uint64,10)
fmt.Printf("slice:%v,len:%d,cap:%d",vocabList,len(vocabList),cap(vocabList))
}
// output:
// slice:[0 0 0 0 0 0 0 0 0 0],len:10,cap:10從切片或數組截取
var vocabList = resList[3:5]
兩個切片公用一個底層數組，但如果新創(chuàng)建的切片擴容了，就不共用了。
問題分析
主要分析幾個問題
nil切片和空切片的差異
nil切片是通過 new 和聲明方式創(chuàng)建的切片，go會給他們nil值，如下面的代碼所示：
var vocabList []int vocabList == nil //true
空切片是通過make，字面量方式創(chuàng)建的長度為0的切片，
vocabList := make([]int,0)
vocabList == nil // false
vocabList1 = []int{}
vocabList1 == nil //false具體可以看這篇文章：http://www.dbjr.com.cn/jiaoben/288490px1.htm
我下面的代碼和內容來于這篇文章
通過unsafe.Pointer可以將對應地址中的數據轉換為任何符合go中類型的變量
可以看到，空切片的是有底層數組的，并且底層數組都一樣，其實也可以說空切片執(zhí)行了一個指定的地址空間，
這個地址空間在源碼中有定義，當分配的大小為0的時候會返回這個地址，要說明的是這個地址空間不是固定的，不是寫死的一個數，在不同的機器上運行會有不同的值。
源碼：https://github.com/golang/go/blob/master/src/runtime/malloc.go#L948
兩者的差異：
嵌套在結構體中不容易發(fā)現(xiàn)
package main
type Word struct {
SenseIds []int
}
func main() {
word := Word{}
println(word.SenseIds == nil) //true
word1 := Word{
SenseIds: make([]int,0),
}
println(word1.SenseIds == nil) //false
}json序列化
package main
import "encoding/json"
type Word struct {
SenseIds []int `json:"sense_ids" `
}
func main() {
word := Word{}
marshal, err := json.Marshal(word)
if err != nil {
return
}
println(string(marshal)) //{"sense_ids":null}
word1 := Word{
SenseIds: []int{},
}
marshal1, err := json.Marshal(word1)
if err != nil {
return
}
println(string(marshal1)) //{"sense_ids":[]}
}這個問題我深有體會
在做一個需求的時候，看到編輯器報黃色提示，提示我將 var a = []int{} 改為var a []int,當然，go官方也是這么建議的。我就改了，然后一個接口就報錯了。給我一頓找，發(fā)現(xiàn)json返回了null。
除此之外，沒有別的區(qū)別。
切片共用底層數組
在做截取的時候，會創(chuàng)建一個新的slice，截取語法如下
bSlice := aSlice[start:stop:capacityIndex] // satrt <= stop <= capacityIndex //capacityIndex不是必須的，默認=原來切片的cap-startIndex // 如果指定 新切片的容量為 capacityIndex-start
如圖所示：
有了上面的例子，可以看如下代碼
package main
import (
"fmt"
)
func main() {
slice := []int{0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}
s1 := slice[2:5]
fmt.Println("============= 1 ==============")
fmt.Printf("%v len:%d cap:%d \n",slice,len(slice),cap(slice))
fmt.Printf("%v len:%d cap:%d \n",s1,len(s1),cap(s1))
s2 := s1[2:6:7]
fmt.Println("============= 2 ==============")
fmt.Printf("%v len:%d cap:%d \n",slice,len(slice),cap(slice))
fmt.Printf("%v len:%d cap:%d \n",s1,len(s1),cap(s1))
fmt.Printf("%v len:%d cap:%d \n",s2,len(s2),cap(s2))
// 到這里是正確的切片操作，slice，s1，s2通用底層數組
s2 = append(s2, 100) //s2追加100，此時s2中l(wèi)en=cap，還沒有觸發(fā)擴容操作
fmt.Println("============= 3 ==============")
fmt.Printf("%v len:%d cap:%d \n",slice,len(slice),cap(slice))
fmt.Printf("%v len:%d cap:%d \n",s1,len(s1),cap(s1))
fmt.Printf("%v len:%d cap:%d \n",s2,len(s2),cap(s2))
s2 = append(s2, 200)// 200加不進去了，觸發(fā)擴容操作，此時s2的底層數組和s1，slice不一樣了
fmt.Println("============= 3 ==============")
fmt.Printf("%v len:%d cap:%d \n",slice,len(slice),cap(slice))
fmt.Printf("%v len:%d cap:%d \n",s1,len(s1),cap(s1))
fmt.Printf("%v len:%d cap:%d \n",s2,len(s2),cap(s2))
s1[2] = 20 // s1和slice底層數組還是一樣的
fmt.Println("============= 3 ==============")
fmt.Printf("%v len:%d cap:%d \n",slice,len(slice),cap(slice))
fmt.Printf("%v len:%d cap:%d \n",s1,len(s1),cap(s1))
fmt.Printf("%v len:%d cap:%d \n",s2,len(s2),cap(s2))
}
輸出如下：
============= 1 ==============
[0 1 2 3 4 5 6 7 8 9] len:10 cap:10
[2 3 4] len:3 cap:8
============= 2 ==============
[0 1 2 3 4 5 6 7 8 9] len:10 cap:10
[2 3 4] len:3 cap:8
[4 5 6 7] len:4 cap:5
============= 3 ==============
[0 1 2 3 4 5 6 7 100 9] len:10 cap:10
[2 3 4] len:3 cap:8
[4 5 6 7 100] len:5 cap:5
============= 3 ==============
[0 1 2 3 4 5 6 7 100 9] len:10 cap:10
[2 3 4] len:3 cap:8
[4 5 6 7 100 200] len:6 cap:10
============= 3 ==============
[0 1 2 3 20 5 6 7 100 9] len:10 cap:10
[2 3 20] len:3 cap:8
[4 5 6 7 100 200] len:6 cap:10 源碼分析
make創(chuàng)建切片
使用dlv或者go提供的匯編工具可以看到 make調用了什么函數
源碼：https://github.com/golang/go/blob/master/src/runtime/slice.go#LL88C18-L88C18
切片的擴容規(guī)則
版本不同，擴容規(guī)則可能不一樣，例子中go版本為：
代碼如下：
package main
import (
"fmt"
"unsafe"
)
func main() {
ints := make([]int, 0) // 創(chuàng)建了一個長度為0的切片
i := *(*[3]int)(unsafe.Pointer(&ints)) // 利用Pointer將slice轉換為長度為3的int數組，此操作可以查看slice結構體中各個字段的數值
fmt.Printf("slice1:%v \n",i)
fmt.Printf("slice:%v \n",ints)
var ints1 = append(ints, 1) // 追加一個元素
i2 := *(*[3]int)(unsafe.Pointer(&ints1))
fmt.Printf("slice2 %v \n",i2) // slice對應的底層數組發(fā)生了擴容操作，底層數組已經變了
fmt.Printf("slice2:%v \n",ints)
}用dlv 查看它的匯編代碼，看擴容操作調用了那些函數
源碼鏈接：https://github.com/golang/go/blob/master/src/runtime/slice.go#LL157C10-L157C10
// 函數入參說明如下
//1. et 類型
//2. old 老切片
//3. cap 需要分配的指定容量，為了方便期間，調用這個函數的時候cap傳遞的都是老的slice的cap
func growslice(et *_type, old slice, cap int) slice {
if raceenabled { // 是否啟動競爭檢測
callerpc := getcallerpc()
racereadrangepc(old.array, uintptr(old.len*int(et.size)), callerpc, abi.FuncPCABIInternal(growslice))
}
if msanenabled { //內存檢查，確保沒有未初始化的內存被使用
msanread(old.array, uintptr(old.len*int(et.size)))
}
if asanenabled { // 檢查內存訪問是否越界
asanread(old.array, uintptr(old.len*int(et.size)))
}
if cap < old.cap {
panic(errorString("growslice: cap out of range"))
}
if et.size == 0 {
// 正常是不會這樣的，但為了安全還是處理了0的情況
return slice{unsafe.Pointer(&zerobase), old.len, cap}
}
// 開始計算新的cap
newcap := old.cap
doublecap := newcap + newcap // 2倍
if cap > doublecap { // 新的cap要是老的2倍
newcap = cap
} else {
const threshold = 256
if old.cap < threshold { // cap小于256，newCap為oldCap的兩倍
newcap = doublecap
} else {
for 0 < newcap && newcap < cap {
// Transition from growing 2x for small slices
// to growing 1.25x for large slices. This formula
// gives a smooth-ish transition between the two.
// 這個公式可以當超過256之后i，可以實現(xiàn)1.25到2倍的平滑過渡
newcap += (newcap + 3*threshold) / 4 // 這個公式化簡一下 newCap = oldCap*1.25 + 192（3/4*256）
}
// Set newcap to the requested cap when
// the newcap calculation overflowed.
if newcap <= 0 { // 防止溢出
newcap = cap
}
}
}
// 下面的邏輯是對上面計算出來的newCap來做對齊操作，上面的計算不是真正的結果，下面還需要做內存對齊操作。
var overflow bool
var lenmem, newlenmem, capmem uintptr
switch {
case et.size == 1:
lenmem = uintptr(old.len)
newlenmem = uintptr(cap)
capmem = roundupsize(uintptr(newcap))
overflow = uintptr(newcap) > maxAlloc
newcap = int(capmem)
case et.size == goarch.PtrSize:
lenmem = uintptr(old.len) * goarch.PtrSize
newlenmem = uintptr(cap) * goarch.PtrSize
capmem = roundupsize(uintptr(newcap) * goarch.PtrSize)
overflow = uintptr(newcap) > maxAlloc/goarch.PtrSize
newcap = int(capmem / goarch.PtrSize)
case isPowerOfTwo(et.size):
var shift uintptr
if goarch.PtrSize == 8 {
// Mask shift for better code generation.
shift = uintptr(sys.Ctz64(uint64(et.size))) & 63
} else {
shift = uintptr(sys.Ctz32(uint32(et.size))) & 31
}
lenmem = uintptr(old.len) << shift
newlenmem = uintptr(cap) << shift
capmem = roundupsize(uintptr(newcap) << shift)
overflow = uintptr(newcap) > (maxAlloc >> shift)
newcap = int(capmem >> shift)
default:
lenmem = uintptr(old.len) * et.size
newlenmem = uintptr(cap) * et.size
capmem, overflow = math.MulUintptr(et.size, uintptr(newcap))
capmem = roundupsize(capmem)
newcap = int(capmem / et.size)
}
// The check of overflow in addition to capmem > maxAlloc is needed
// to prevent an overflow which can be used to trigger a segfault
// on 32bit architectures with this example program:
//
// type T [1<<27 + 1]int64
//
// var d T
// var s []T
//
// func main() {
// s = append(s, d, d, d, d)
// print(len(s), "\n")
// }
if overflow || capmem > maxAlloc {
panic(errorString("growslice: cap out of range"))
}
var p unsafe.Pointer
// 下面是分配新的數組
if et.ptrdata == 0 { // 原slice底層數組為0，也就是nil切片，
p = mallocgc(capmem, nil, false)
// The append() that calls growslice is going to overwrite from old.len to cap (which will be the new length).
// Only clear the part that will not be overwritten.
memclrNoHeapPointers(add(p, newlenmem), capmem-newlenmem) // 然后使用memclrNoHeapPointers函數來清除新分配的內存
} else {
// Note: can't use rawmem (which avoids zeroing of memory), because then GC can scan uninitialized memory.
p = mallocgc(capmem, et, true) // 分配新的底層數組
if lenmem > 0 && writeBarrier.enabled { // 之前有數據，并且寫屏障已經開啟
// Only shade the pointers in old.array since we know the destination slice p
// only contains nil pointers because it has been cleared during alloc.
bulkBarrierPreWriteSrcOnly(uintptr(p), uintptr(old.array), lenmem-et.size+et.ptrdata)
}
}
// copy元素
memmove(p, old.array, lenmem)
// 創(chuàng)建新的切片返回
return slice{p, old.len, newcap}
}總結如下：
- 確定新容量，cap小于256，直接2倍，大于256，新容量=老容量*1.25 * 3/4 * 256
- 用新容量來做內存對齊操作
- 分配新數組
- copy數組
- 創(chuàng)建切片返回
還有一點：
append的操作匯編并沒有調用函數，在匯編層面就做了，直接往底層數組添加元素，只有數組已經滿的情況下才會觸發(fā)擴容操作
內存對齊相關東西之后在說
我們來一個例子來驗證一下上面的代碼邏輯：
package main
import "fmt"
func main() {
var s = []int{}
oldCap := cap(s)
for i := 0; i < 2048; i++ {
s = append(s, i)
newCap := cap(s)
if newCap != oldCap {
// 追加元素，當容量發(fā)生變化的時候，打印，擴容之前的元素，cap，導致擴容的元素，和擴容之后的cap
fmt.Printf("[%d -> %4d] cap = %-4d after append %-4d cap = %-4d\n", 0, i-1, oldCap, i, newCap)
oldCap = newCap
}
}
}
// outPut
[0 -> -1] cap = 0 | after append 0 cap = 1
[0 -> 0] cap = 1 | after append 1 cap = 2
[0 -> 1] cap = 2 | after append 2 cap = 4
[0 -> 3] cap = 4 | after append 4 cap = 8
[0 -> 7] cap = 8 | after append 8 cap = 16
[0 -> 15] cap = 16 | after append 16 cap = 32
[0 -> 31] cap = 32 | after append 32 cap = 64
[0 -> 63] cap = 64 | after append 64 cap = 128
[0 -> 127] cap = 128 | after append 128 cap = 256 // 256之前都是2倍
[0 -> 255] cap = 256 | after append 256 cap = 512 // 1.25 * 256 + 192 = 512
[0 -> 511] cap = 512 | after append 512 cap = 848 // 1.25 * 512 + 192 = 832
[0 -> 847] cap = 848 | after append 848 cap = 1280
[0 -> 1279] cap = 1280 | after append 1280 cap = 1792
[0 -> 1791] cap = 1792 | after append 1792 cap = 2560copy函數的使用
copy函數底層調用的是
底層數組共用，那copy函數就可以完成一下幾種操作
移動slice中的元素
func main() {
var vocabs = []int{1,2,3,4,5,6,7,8,9}
// 現(xiàn)在將5去除掉，將5之后的移動到前面
copy(vocabs[4:],vocabs[5:])
fmt.Printf("%v",vocabs)
}
//outPut
[1 2 3 4 6 7 8 9 9]slice合并
func main() {
ints := make([]int, 10)
i1 := make([]int,0, 5)
for i := 0; i < 5; i++ {
i1 = append(i1, i)
}
i2 := make([]int,0, 5)
for i := 5; i < 10; i++ {
i2 = append(i2, i)
}
copy(ints,i1) // 從i1全部復制到ints中
copy(ints[len(i1):],i2) // 將i2復制到ints的len（i1）位置開始一直到結束的數組中
fmt.Printf("%v\n",i1)
fmt.Printf("%v\n",i2)
fmt.Printf("%v\n",ints)
}
// output
[0 1 2 3 4]
[5 6 7 8 9]
[0 1 2 3 4 5 6 7 8 9]長度不夠的copy，依dist為準
package main
import "fmt"
func main() {
ints := make([]int, 3)
i1 := make([]int,0, 10)
for i := 0; i < 10; i++ {
i1 = append(i1, i)
}
copy(ints,i1)
fmt.Printf("%v",ints)
}
//outPut:
[0 1 2]問題解答
nil 切片可以添加元素嗎？
可以
nil切片就是切片聲明，追加的時候切片長度為0，會引發(fā)擴容操作，擴容的時候會給分配一個新的數組。
nil切片和空切片有區(qū)別嗎？
nil切片有兩種方式
聲明new創(chuàng)建
空切片有兩種：
字面量創(chuàng)建但沒有任何的元素make創(chuàng)建長度指定為0
使用方式除了下面兩點沒有別的區(qū)別：
嵌套結構體，不顯性創(chuàng)建為niljson序列化會為null
slice擴容規(guī)則
說到前面：它在確定cap之后有內存對齊操作
小于256，是原cap的2倍大于256，是原來的1.25倍+3/4*256
到這里就結束了。
到此這篇關于GO中的slice詳解的文章就介紹到這了,更多相關go slice詳解內容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持腳本之家！
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