Go切片擴(kuò)容機(jī)制詳細(xì)說明和舉例
更新時(shí)間：2024年03月02日 11:48:22 作者：ProblemTerminator
Go 語言中的切片是一種動(dòng)態(tài)數(shù)組,它可以自動(dòng)擴(kuò)容和縮容以適應(yīng)不同的數(shù)據(jù)量,這篇文章主要給大家介紹了關(guān)于Go切片擴(kuò)容機(jī)制詳細(xì)說明和舉例的相關(guān)資料,文中通過代碼介紹的非常詳細(xì),需要的朋友可以參考下
本文對(duì)于切片擴(kuò)容做了非常詳細(xì)的說明和舉例，篇幅較長，行文不易，一字一句純手打創(chuàng)造，傾注了不少精力，感謝支持。
切片擴(kuò)容的理解
關(guān)于切片的“擴(kuò)容”，我們先來理解一下有一個(gè)初印象。
擴(kuò)容實(shí)際上就是因?yàn)?strong>已有容量不足以容納新元素（經(jīng)過追加后的長度>已有容量時(shí)），因此需要結(jié)合原切片本身及所需要的新容量來分配一塊新的內(nèi)存空間，經(jīng)過擴(kuò)容操作，新的容量就確定了。
同時(shí)因?yàn)榍衅牡讓右彩峭ㄟ^數(shù)組來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，每次擴(kuò)容時(shí)舊數(shù)組必定已滿，而數(shù)組固定定長是無法擴(kuò)容的，因此切片擴(kuò)容后也會(huì)使用一個(gè)新數(shù)組，而非舊數(shù)組，舊數(shù)組中的數(shù)據(jù)當(dāng)然會(huì)全部復(fù)制到新數(shù)組中。
值得注意的是，每次擴(kuò)容時(shí)的重點(diǎn)是“cap”，而非底層數(shù)組的“長度”。
擴(kuò)容機(jī)制源碼分析
因?yàn)槠渲械倪壿嫴呗陨詮?fù)雜，先貼出所有源碼然后分別分析，源碼位于src/runtime/slice.go
（本文中涉及引用的源碼版本為go1.17.13）
// growslice handles slice growth during append.
// It is passed the slice element type, the old slice, and the desired new minimum capacity,
// and it returns a new slice with at least that capacity, with the old data
// copied into it.
// The new slice's length is set to the old slice's length,
// NOT to the new requested capacity.
// This is for codegen convenience. The old slice's length is used immediately
// to calculate where to write new values during an append.
// TODO: When the old backend is gone, reconsider this decision.
// The SSA backend might prefer the new length or to return only ptr/cap and save stack space.
func growslice(et *_type, old slice, cap int) slice {
if raceenabled {
callerpc := getcallerpc()
racereadrangepc(old.array, uintptr(old.len*int(et.size)), callerpc, funcPC(growslice))
}
if msanenabled {
msanread(old.array, uintptr(old.len*int(et.size)))
}
if cap < old.cap {
panic(errorString("growslice: cap out of range"))
}
if et.size == 0 {
// append should not create a slice with nil pointer but non-zero len.
// We assume that append doesn't need to preserve old.array in this case.
return slice{unsafe.Pointer(&zerobase), old.len, cap}
}
newcap := old.cap
doublecap := newcap + newcap
if cap > doublecap {
newcap = cap
} else {
if old.cap < 1024 {
newcap = doublecap
} else {
// Check 0 < newcap to detect overflow
// and prevent an infinite loop.
for 0 < newcap && newcap < cap {
newcap += newcap / 4
}
// Set newcap to the requested cap when
// the newcap calculation overflowed.
if newcap <= 0 {
newcap = cap
}
}
}
var overflow bool
var lenmem, newlenmem, capmem uintptr
// Specialize for common values of et.size.
// For 1 we don't need any division/multiplication.
// For sys.PtrSize, compiler will optimize division/multiplication into a shift by a constant.
// For powers of 2, use a variable shift.
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 == sys.PtrSize:
lenmem = uintptr(old.len) * sys.PtrSize
newlenmem = uintptr(cap) * sys.PtrSize
capmem = roundupsize(uintptr(newcap) * sys.PtrSize)
overflow = uintptr(newcap) > maxAlloc/sys.PtrSize
newcap = int(capmem / sys.PtrSize)
case isPowerOfTwo(et.size):
var shift uintptr
if sys.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
if et.ptrdata == 0 {
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)
} else {
// Note: can't use rawmem (which avoids zeroing of memory), because then GC can scan uninitialized memory.
p = mallocgc(capmem, et, true)
if lenmem > 0 && writeBarrier.enabled {
// 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)
}
}
memmove(p, old.array, lenmem)
return slice{p, old.len, newcap}
}首先從注釋可以得到：
1，growtslice函數(shù)用來處理追加過程中的切片增長
2，該函數(shù)傳遞切片元素類型 et、舊切片old、期望的新最小容量cap，其中舊切片old是一個(gè)slice類型的對(duì)象，其結(jié)構(gòu)是：
type slice struct {
array unsafe.Pointer // 指針，指向可訪問到的第一個(gè)元素
len int // 長度
cap int // 容量
}返回一個(gè)至少具有該容量的新切片，新切片中會(huì)包含舊數(shù)據(jù)。
其中首要的核心邏輯：
newcap := old.cap // old.cap是舊容量
doublecap := newcap + newcap // 計(jì)算出舊容量的兩倍
if cap > doublecap { // 期望的容量大于舊容量的兩倍
newcap = cap // 新容量=期望的容量
} else {
if old.cap < 1024 { // 和1024比較
newcap = doublecap // 如果小于1024，新容量=舊容量的兩倍
} else {
// Check 0 < newcap to detect overflow
// and prevent an infinite loop.
for 0 < newcap && newcap < cap { // 循環(huán)處理，直到達(dá)到期望容量
newcap += newcap / 4 // 一次增加25%
}
// Set newcap to the requested cap when
// the newcap calculation overflowed.
if newcap <= 0 {
newcap = cap
}
}
}細(xì)節(jié)：0 < newcap 條件是用來判斷是否溢出，如果溢出超過整型最大值，則也會(huì)終止。
總結(jié)：
1，期望的容量（cap）如果大于舊容量的兩倍，則新容量直接設(shè)置為期望容量，反之第二條；
2，舊容量（old.cap）和1024進(jìn)行比較，如果小于1024，則新容量設(shè)置為兩倍的舊容量大小，反之第三條；
3，如果大于1024則循環(huán)處理，每次以25%的增長速度（1.25倍）增長，newcap不斷增加直到達(dá)到期望容量的大小。
以1024判斷也會(huì)出現(xiàn)一些不友好的現(xiàn)象，但使用起來正常，這個(gè)后面再詳細(xì)說。
我們按這個(gè)規(guī)則驗(yàn)證， 按自然數(shù)依次增加不斷追加簡單計(jì)算一下：
arr1 := []int{}
fmt.Printf("(1) len=%v, cap=%v, addr:%p, arr1: %v\n", len(arr1), cap(arr1), &arr1, arr1)
// 追加1個(gè)值
arr1 = append(arr1, 1) // 相當(dāng)于索引為0的位置的數(shù)據(jù)被設(shè)置為1
fmt.Printf("(2) len=%v, cap=%v, addr:%p, arr1: %v\n", len(arr1), cap(arr1), &arr1, arr1)
// 追加2個(gè)值
arr1 = append(arr1, 2, 3)
fmt.Printf("(3) len=%v, cap=%v, addr:%p, arr1: %v\n", len(arr1), cap(arr1), &arr1, arr1)
// 追加3個(gè)值
arr1 = append(arr1, 4, 5, 6)
fmt.Printf("(4) len=%v, cap=%v, addr:%p, arr1: %v\n", len(arr1), cap(arr1), &arr1, arr1)
// 追加4個(gè)值
arr1 = append(arr1, 7, 8, 9, 10)
fmt.Printf("(5) len=%v, cap=%v, addr:%p, arr1: %v\n", len(arr1), cap(arr1), &arr1, arr1)
// 追加5個(gè)值
arr1 = append(arr1, 11, 12, 13, 14, 15)
fmt.Printf("(6) len=%v, cap=%v, addr:%p, arr1: %v\n", len(arr1), cap(arr1), &arr1, arr1)
// 追加6個(gè)值
arr1 = append(arr1, 16, 17, 18, 19, 20, 21)
fmt.Printf("(7) len=%v, cap=%v, addr:%p, arr1: %v\n", len(arr1), cap(arr1), &arr1, arr1)
// 追加7個(gè)值
arr1 = append(arr1, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28)
fmt.Printf("(8) len=%v, cap=%v, addr:%p, arr1: %v\n", len(arr1), cap(arr1), &arr1, arr1)
// 追加8個(gè)值
arr1 = append(arr1, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36)
fmt.Printf("(9) len=%v, cap=%v, addr:%p, arr1: %v\n", len(arr1), cap(arr1), &arr1, arr1)這次是每次增加的元素依次遞增，看看有什么不一樣：
(1) len=0, cap=0, addr:0xc000004078, arr1: [] (2) len=1, cap=1, addr:0xc000004078, arr1: [1] (3) len=3, cap=3, addr:0xc000004078, arr1: [1 2 3] (4) len=6, cap=6, addr:0xc000004078, arr1: [1 2 3 4 5 6] (5) len=10, cap=12, addr:0xc000004078, arr1: [1 2 3 4 5 6 7 8 9 10] (6) len=15, cap=24, addr:0xc000004078, arr1: [1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15] (7) len=21, cap=24, addr:0xc000004078, arr1: [1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21] (8) len=28, cap=48, addr:0xc000004078, arr1: [1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28] (9) len=36, cap=48, addr:0xc000004078, arr1: [1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36]
增加1這個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)，期望新容量=1，1>舊容量0的兩倍，cap變?yōu)?；
增加2、3時(shí)，期望新容量=3，舊容量1的兩倍=2，3>2 ，cap變?yōu)?；
增加4、5、6時(shí)，期望新容量=6，舊容量3的兩倍=6， 與1024比較<1024，cap變?yōu)?；
增加7、8、9、10時(shí)，期望新容量=10，舊容量6的兩倍=12， 與1024比較<1024，cap變?yōu)?2；
...
看起來還正常，OK，我們?cè)倏匆粋€(gè)直接、快捷一點(diǎn)的例子：
arr := make([]int, 66)
fmt.Printf("(1) len=%v, cap=%v, arr: %v\n", len(arr), cap(arr), arr)
arr = append(arr, 1)
fmt.Printf("(1) len=%v, cap=%v, arr: %v\n", len(arr), cap(arr), arr)speed running:
(1) len=66, cap=66, arr: [0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0] (2) len=67, cap=144, arr: [0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 ]
新創(chuàng)建的切片容量是66，追加了一個(gè)數(shù)容量就變?yōu)榱?44?，推一下：
追加1時(shí)，期望新容量=67，舊容量66的兩倍=132，67<132 ，與1024比較<1024，cap變?yōu)?32；
不應(yīng)該是132嗎，為什么結(jié)果是144 ？？？
繼續(xù)看下一節(jié)。
分配大小修正/cap調(diào)整
上一小節(jié)所總結(jié)的邏輯/規(guī)則并不是不對(duì)，它是正確的，但在計(jì)算得出newcap后又進(jìn)行了另一段邏輯，然后得出了一個(gè)新的newcap，因此與上一步所得的newcap不相等是有可能的，一起看看下一段邏輯：
var overflow bool
var lenmem, newlenmem, capmem uintptr
// Specialize for common values of et.size.
// For 1 we don't need any division/multiplication.
// For sys.PtrSize, compiler will optimize division/multiplication into a shift by a constant.
// For powers of 2, use a variable shift.
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 == sys.PtrSize:
lenmem = uintptr(old.len) * sys.PtrSize
newlenmem = uintptr(cap) * sys.PtrSize
capmem = roundupsize(uintptr(newcap) * sys.PtrSize)
overflow = uintptr(newcap) > maxAlloc/sys.PtrSize
newcap = int(capmem / sys.PtrSize)
case isPowerOfTwo(et.size):
var shift uintptr
if sys.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)
}這個(gè)switch分支根據(jù)切片元素類型（et）所占的大?。硞€(gè)類型如int所占的空間）來判斷，其中核心的函數(shù)roundupsize：
// Returns size of the memory block that mallocgc will allocate if you ask for the size.
func roundupsize(size uintptr) uintptr {
if size < _MaxSmallSize { // 小于32768(32K)
if size <= smallSizeMax-8 { // 如果 size <= 1024-8
return uintptr(class_to_size[size_to_class8[divRoundUp(size, smallSizeDiv)]])
} else {
return uintptr(class_to_size[size_to_class128[divRoundUp(size-smallSizeMax, largeSizeDiv)]])
}
}
if size+_PageSize < size {
return size
}
return alignUp(size, _PageSize)
}
// divRoundUp returns ceil(n / a).
func divRoundUp(n, a uintptr) uintptr {
// a is generally a power of two. This will get inlined and
// the compiler will optimize the division.
return (n + a - 1) / a
}
用以根據(jù)申請(qǐng)的空間大小返回實(shí)際分配的內(nèi)存大小。sys.PtrSize是什么？
// PtrSize is the size of a pointer in bytes - unsafe.Sizeof(uintptr(0)) but as an ideal constant. // It is also the size of the machine's native word size (that is, 4 on 32-bit systems, 8 on 64-bit). const PtrSize = 4 << (^uintptr(0) >> 63)
PtrSize是指針的大小，以字節(jié)為單位，大小是unsafe.Sizeof(uintptr(0))，即=8。它也是機(jī)器本機(jī)單詞大小的大?。?，32位系統(tǒng)上為4，64位系統(tǒng)中為8）。
因此基于本機(jī)PtrSize 的值=8。
case條件中元素類型的大小又是怎么回事？ 寫個(gè)例子你就明白了：
var a int
fmt.Println("int size = ", unsafe.Sizeof(a)) // 8
var b bool
fmt.Println("bool size = ", unsafe.Sizeof(b)) // 1
var c uint
fmt.Println("uint size = ", unsafe.Sizeof(c)) // 8
fmt.Println("string size = ", unsafe.Sizeof("")) // 16
var d int8 = 127
fmt.Println("int8 size = ", unsafe.Sizeof(d)) // 1
var e int16
fmt.Println("int16 size = ", unsafe.Sizeof(e)) // 2
var f int64
fmt.Println("int64 size = ", unsafe.Sizeof(f)) // 8也就是說如果是int類型的切片，在64位的機(jī)器上，et.size的值為8，基于此，現(xiàn)在走一下對(duì)應(yīng)的case，按上述66追加1那個(gè)例子推演：
switch {
case et.size == 1: // 空間大小為1時(shí)
// ...
case et.size == sys.PtrSize: // 8
lenmem = uintptr(old.len) * sys.PtrSize // 66*8=528
newlenmem = uintptr(cap) * sys.PtrSize // 67 * 8 =536
capmem = roundupsize(uintptr(newcap) * sys.PtrSize) // roundupsize(132 * 8) = roundupsize(1056)
overflow = uintptr(newcap) > maxAlloc/sys.PtrSize
newcap = int(capmem / sys.PtrSize)
case isPowerOfTwo(et.size):
// ...
default:
// ...
按roundupsize(1056)計(jì)算：
divRoundUp(size-smallSizeMax, largeSizeDiv) = divRoundUp(32,128) = 1
size_to_class128[1] = 33
class_to_size[33] = 1152
newcap = int(capmem / sys.PtrSize) = 1152 / 8 = 144
因此經(jīng)過計(jì)算，newcap=144, 并不是132破案了?。。?nbsp;
后面的修正邏輯的意義在于，僅以容量和數(shù)字判斷進(jìn)行單純的計(jì)算來得到新容量較片面，忽略了切片的類型對(duì)應(yīng)所占的空間大小等因素的影響，經(jīng)過這一步內(nèi)存分配的二次計(jì)算，才會(huì)返回一個(gè)實(shí)際要分配的容量大小作為newcap。
那么這下我們掌握了正確、完整的計(jì)算邏輯，假設(shè)隨便找一個(gè)容量的切片進(jìn)行追加：
arr := make([]int, 88)
fmt.Printf("(1) len=%v, cap=%v\n", len(arr), cap(arr))
arr = append(arr, 1)
fmt.Printf("(2) len=%v, cap=%v\n", len(arr), cap(arr))我們自己推算一下：
capmem = roundupsize(uintptr(newcap) * sys.PtrSize) = roundupsize(1408) 按roundupsize(1408)計(jì)算： divRoundUp(384,128) = 3 size_to_class128[3] = 35 class_to_size[35] = 1408 newcap = 1408 / 8 = 176
來看看是不是176，speed running：
(1) len=88, cap=88 (2) len=89, cap=176
very good。
這次先到這里，再會(huì)！
總結(jié)
到此這篇關(guān)于Go切片擴(kuò)容機(jī)制詳細(xì)說明和舉例的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Go切片擴(kuò)容機(jī)制內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！
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這篇文章主要介紹了解決golang編譯提示dial tcp 172.217.160.113:443: connectex: A connection attempt failed,此問題完美解決，需要的朋友可以參考下2023-02-02
go語言實(shí)現(xiàn)http服務(wù)端與客戶端的例子
今天小編就為大家分享一篇go語言實(shí)現(xiàn)http服務(wù)端與客戶端的例子，具有很好的參考價(jià)值，希望對(duì)大家有所幫助。一起跟隨小編過來看看吧2019-08-08