Golang中的Slice底層如何實現

這篇“Golang中的Slice底層如何實現”文章的知識點大部分人都不太理解，所以小編給大家總結了以下內容，內容詳細，步驟清晰，具有一定的借鑒價值，希望大家閱讀完這篇文章能有所收獲，下面我們一起來看看這篇“Golang中的Slice底層如何實現”文章吧。

1 Go數組

Go數組是值類型，數組定義的時候就需要指定大小，不同大小的數組是不同的類型，數組大小固定之后不可改變。數組的賦值和傳參都會復制一份。

func main() {
    arrayA := [2]int{100, 200}
    var arrayB [2]int

    arrayB = arrayA

    fmt.Printf("arrayA : %p , %v\n", &arrayA, arrayA)
    fmt.Printf("arrayB : %p , %v\n", &arrayB, arrayB)

    testArray(arrayA)
}

func testArray(x [2]int) {
    fmt.Printf("func Array : %p , %v\n", &x, x)
}

結果：

arrayA : 0xc4200bebf0 , [100 200]
arrayB : 0xc4200bec00 , [100 200]
func Array : 0xc4200bec30 , [100 200]

可以看到，三個內存地址都不同，這也就驗證了 Go 中數組賦值和函數傳參都是值復制的。尤其是傳參的時候把數組復制一遍，當數組非常大的時候會非常消耗內存。可以考慮使用指針傳遞。

指針傳遞有個不好的地方，當函數內部改變了數組的內容，則原數組的內容也改變了。

因此一般參數傳遞的時候使用slice

2 切片的數據結構

切片本身并不是動態數組或者數組指針。它內部實現的數據結構通過指針引用底層數組，設定相關屬性將數據讀寫操作限定在指定的區域內。切片本身是一個只讀對象，其工作機制類似數組指針的一種封裝。

切片（slice）是對數組一個連續片段的引用，所以切片是一個引用類型。這個片段可以是整個數組，或者是由起始和終止索引標識的一些項的子集。需要注意的是，終止索引標識的項不包括在切片內。切片提供了一個與指向數組的動態窗口。

給定項的切片索引可能比相關數組的相同元素的索引小。和數組不同的是，切片的長度可以在運行時修改，最小為 0 最大為相關數組的長度：切片是一個長度可變的數組。

切片數據結構定義

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

切片的結構體由3部分構成，Pointer 是指向一個數組的指針，len 代表當前切片的長度，cap 是當前切片的容量。cap 總是大于等于 len 的。

如果想從 slice 中得到一塊內存地址，可以這樣做：

s := make([]byte, 200)
ptr := unsafe.Pointer(&s[0])

3 創建切片

3.1 方法一：make

使用make函數創建slice

// 創建一個初始大小是3，容量是10的切片
s1 := make([]int64,3,10)

底層方法實現：

func makeslice(et *_type, len, cap int) slice {
    // 根據切片的數據類型，獲取切片的最大容量
    maxElements := maxSliceCap(et.size)
    // 比較切片的長度，長度值域應該在[0,maxElements]之間
    if len < 0 || uintptr(len) > maxElements {
        panic(errorString("makeslice: len out of range"))
    }
    // 比較切片的容量，容量值域應該在[len,maxElements]之間
    if cap < len || uintptr(cap) > maxElements {
        panic(errorString("makeslice: cap out of range"))
    }
    // 根據切片的容量申請內存
    p := mallocgc(et.size*uintptr(cap), et, true)
    // 返回申請好內存的切片的首地址
    return slice{p, len, cap}
}

3.2 方法二：字面量

利用數組創建切片

arr := [10]int64{1,2,3,4,5,6,7,8,9,10}
s1 := arr[2:4:6] // 以arr[2:4]創建一個切片，且容量到達arr[6]的位置，即cap=6-2=4,如果不寫容量則默認為數組最后一個元素

4 nil和空切片

nil切片的指針指向的是nil

空切片指向的是一個空數組

空切片和 nil 切片的區別在于，空切片指向的地址不是nil，指向的是一個內存地址，但是它沒有分配任何內存空間，即底層元素包含0個元素。

最后需要說明的一點是。不管是使用 nil 切片還是空切片，對其調用內置函數 append，len 和 cap 的效果都是一樣的

5 切片擴容

5.1 擴容策略

func main() {
    slice := []int{10, 20, 30, 40}
    newSlice := append(slice, 50)
    fmt.Printf("Before slice = %v, Pointer = %p, len = %d, cap = %d\n", slice, &slice, len(slice), cap(slice))
    fmt.Printf("Before newSlice = %v, Pointer = %p, len = %d, cap = %d\n", newSlice, &newSlice, len(newSlice), cap(newSlice))
    newSlice[1] += 10
    fmt.Printf("After slice = %v, Pointer = %p, len = %d, cap = %d\n", slice, &slice, len(slice), cap(slice))
    fmt.Printf("After newSlice = %v, Pointer = %p, len = %d, cap = %d\n", newSlice, &newSlice, len(newSlice), cap(newSlice))
}

輸出結果：

Before slice = [10 20 30 40], Pointer = 0xc4200b0140, len = 4, cap = 4
Before newSlice = [10 20 30 40 50], Pointer = 0xc4200b0180, len = 5, cap = 8
After slice = [10 20 30 40], Pointer = 0xc4200b0140, len = 4, cap = 4
After newSlice = [10 30 30 40 50], Pointer = 0xc4200b0180, len = 5, cap = 8

Go 中切片擴容的策略是這樣的：

如果切片的容量小于 1024 個元素，于是擴容的時候就翻倍增加容量。上面那個例子也驗證了這一情況，總容量從原來的4個翻倍到現在的8個。

一旦元素個數超過 1024 個元素，那么增長因子就變成 1.25 ，即每次增加原來容量的四分之一。

5.2 底層數組是不是新地址

不一定。當發生了擴容就肯定是新數組，沒有發生擴容則是舊地址

不管切片是通過make創建還是字面量創建，底層都是一樣的，指向的是一個數組。當使用字面量創建時，切片底層使用的數組就是創建時候的數組。修改切片中的元素或者往切片中添加元素，如果沒有擴容，則會影響原數組的內容，切片底層和原數組是同一個數組；當切片擴容了之后，則修改切片的元素或者往切片中添加元素，不會修改數組內容，因為切片擴容之后，底層數組不再是原數組，而是一個新數組。

所以盡量避免切片底層數組與原始數組相同，盡量使用make創建切片

range遍歷數組或者切片需要注意

func main() {
	// slice := []int{10, 20, 30, 40}
	slice := [4]int{10, 20, 30, 40}
	for index, value := range slice {
		fmt.Printf("value = %d , value-addr = %x , slice-addr = %x\n", value, &value, &slice[index])
	}
}

結果：

value = 10 , value-addr = c00000a0a8 , slice-addr = c000012360
value = 20 , value-addr = c00000a0a8 , slice-addr = c000012368
value = 30 , value-addr = c00000a0a8 , slice-addr = c000012370
value = 40 , value-addr = c00000a0a8 , slice-addr = c000012378

從上面結果我們可以看到，如果用 range 的方式去遍歷一個數組或者切片，拿到的 Value 其實是切片里面的值拷貝。所以每次打印 Value 的地址都不變。

由于 Value 是值拷貝的，并非引用傳遞，所以直接改 Value 是達不到更改原切片值的目的的，需要通過 &slice[index] 獲取真實的地址

尤其是在for循環中使用協程，一定不能直接把index,value傳入協程，而應該通過參數傳進去

錯誤示例：

func main() {
	s := []int{10,20,30}
	for index, value := range s {
		go func() {
			time.Sleep(time.Second)
			fmt.Println(fmt.Sprintf("index:%d,value:%d", index,value))
		}()
	}
	time.Sleep(time.Second*2)
}

結果：

index:2,value:30
index:2,value:30
index:2,value:30

正確示例：

func main() {
	s := []int{10,20,30}
	for index, value := range s {
		go func(i,v int) {
			time.Sleep(time.Second)
			fmt.Println(fmt.Sprintf("index:%d,value:%d", i,v))
		}(index,value)
	}
	time.Sleep(time.Second*2)
}

結果：

index:0,value:10
index:2,value:30
index:1,value:20

以上就是關于“Golang中的Slice底層如何實現”這篇文章的內容，相信大家都有了一定的了解，希望小編分享的內容對大家有幫助，若想了解更多相關的知識內容，請關注億速云行業資訊頻道。