GO 中 string 的实现原理

上次我们分享的内容咱回顾一下

• 分享了ETCD的简单单点部署，ETCD 使用到的包安装，以及会遇到的问题
• ETCD 的设置 和 获取KEY
• ETCD 的WATCH 监控 KEY的简化
• ETCD 的租约 和保活机制
• ETCD 的分布式锁的简单实现

要是对GO 对 ETCD 的编码还有点兴趣的话， 欢迎查看文章 GO 中 ETCD 的编码案例分享

字符串是什么？

他是一种基本类型（string 类型），并且是一个不可改变的UTF-8字符序列

在众多编程语言里面，相信都少不了字符串类型

字符串，顾名思义就是一串字符，我们要明白，字符也是分为中文字符和英文字符的

例如我们在 C/C++ 中 ， 一个英文字符占 1 个字节，一个中文字符有的占 2 个字节，有的占3个字节

用到 mysql 的中文字符，有的占 4 个字节

回过来看 GO 里面的字符串，字符也是根据英文和中文不一样，一个字符所占用的字节数也是不一样的，大体分为如下 2 种

• 英文的字符，按照ASCII 码来算，占用 1 个字节
• 其他的字符，包括中文字符在内的，根据不同字符，占用字节数是 2 -- 4个字节

字符串的数据结构是啥样的？

说到字符串的数据结构，我们先来看看 GO 里面的字符串，是在哪个包里面

不难发现，我们随便在 GOLANG 里面 定义个string 变量，就能够知道 string 类型是在哪个包里面，例如

var name  string

GO 里面的字符串对应的包是 builtin

// string is the set of all strings of 8-bit bytes, conventionally but not
// necessarily representing UTF-8-encoded text. A string may be empty, but
// not nil. Values of string type are immutable.
type string string

• 字符串这个类型，是所有8-bits 字符串的集合，通常但不一定表示utf -8编码的文本
  
• 字符串可以为空，但不能为 nil ，此处的字符串为空是 ""
  
• 字符串类型的值是不可变的
  

另外，找到 string 在 GO 里面对应的源码文件中src/runtime/string.go ， 有这么一个结构体，只提供给包内使用，我们可以看到string的数据结构 stringStruct 是这个样子的

type stringStruct struct {
    str unsafe.Pointer
    len int
}

整个结构体，就 2 个成员，**string **类型是不是很简单呢

• str

是对应到字符串的首地址

• len

这个就是不难理解，是字符串的长度

那么，在创建一个字符串变量的时候，stringStruct 是在哪里使用到的呢？

我们看看 GO string.go 文件中的源码

//go:nosplit
func gostringnocopy(str *byte) string {
   ss := stringStruct{str: unsafe.Pointer(str), len: findnull(str)}  // 构建成 stringStruct
   s := *(*string)(unsafe.Pointer(&ss))  // 强转成 string
   return s
}

//go:nosplit
func findnull(s *byte) int {
   if s == nil {
      return 0
   }
   // Avoid IndexByteString on Plan 9 because it uses SSE instructions
   // on x86 machines, and those are classified as floating point instructions,
   // which are illegal in a note handler.
   if GOOS == "plan9" {
      p := (*[maxAlloc/2 - 1]byte)(unsafe.Pointer(s))
      l := 0
      for p[l] != 0 {
         l++
      }
      return l
   }
   // pageSize is the unit we scan at a time looking for NULL.
   // It must be the minimum page size for any architecture Go
   // runs on. It's okay (just a minor performance loss) if the
   // actual system page size is larger than this value.
   const pageSize = 4096
   offset := 0
   ptr := unsafe.Pointer(s)
   // IndexByteString uses wide reads, so we need to be careful
   // with page boundaries. Call IndexByteString on
   // [ptr, endOfPage) interval.
   safeLen := int(pageSize - uintptr(ptr)%pageSize)
   for {
      t := *(*string)(unsafe.Pointer(&stringStruct{ptr, safeLen}))
      // Check one page at a time.
      if i := bytealg.IndexByteString(t, 0); i != -1 {
         return offset + i
      }
      // Move to next page
      ptr = unsafe.Pointer(uintptr(ptr) + uintptr(safeLen))
      offset += safeLen
      safeLen = pageSize
   }
}

简单分为 2 步：

• 先将字符数据构建程 stringStruct
• 再通过 gostringnocopy 函数 转换成 string

字符串中的数据为什么不能被修改呢？

从上述官方说明中，我们可以看到，字符串类型的值是不可变的

可是这是为啥呢？

我们以前在写C/C++的时候，为啥可以开辟空间存放多个字符，并且还可以修改其中的某些字符呢？

可是在 C/C++里面的字面量也是不可以改变的

GO 里面的 string 类型，是不是也和 字面量一样的呢？我们来看看吧

字符串类型，本身也是拥有对应的内存空间的，那么修改string类型的值应该是要支持的。

可是，XDM 在 Go 的实现中，string 类型是不包含内存空间，只有一个内存的指针，这里就有点想C/C++里面的案例：

char * str = "XMTONG"

上述的 str是绝对不能做修改的，str只是作为可读，不能写的

在GO 里面的字符串，就与上述类似

这样做的好处是 string 变得非常轻量，可以很方便的进行传递而不用担心内存拷贝（这也避免了内存带来的诸多问题

GO 中的 string类型一般是指向字符串字面量

字符串字面量存储位置是在虚拟内存分区的只读段上面，而不是堆或栈上

因此，GO 的 string 类型不可修改的

可是我们想一想，要是在GO 里面字符串全都是只读的，那么我们如何动态修改一些我们需要改变的字符呢，这岂不是缺陷了

别慌

GO 里面还有byte数组，[]byte

这里顺带说一下

上述 char * str = "XMTONG"

• 字符串长度，就是字符的个数，为 6
• 计算str所占字节数（C/C++中是通过 sizeof() 来计算的）的话，那就是 7 ，因为尾巴后面还有一个'\0'

计算机中有这样的对应关系，简单提一下：

1 Bytes = 8 bit

1 K = 1024 Bytes

1 M = 1024 K

1 G = 1024 M

为什么有了字符串 还要 []byte？

原因正如上述我们说到的，如果全是一些只读的字面量，那么我们编码的时候就没得玩了

另外，也是根据使用字符串的场景原因，单是string无法满足所有的场景，因此得有一个我们可以修改里面值的 []byte 来弥补一下

说到这里，我们应该就知道了，string 和[]byte都是可以表示字符串，没毛病 ，

不过，他们毕竟对应不同的数据结构，使用方式也有一定的区别，GO 提供的对应方法也是不尽相同

我们来看看什么场景用 string 类型， 啥场景 使用 []byte 类型

使用到 string 类型的 地方：

• 需要对字符串进行比较的时候，使用string 类型非常方便，直接使用操作符进行比较即可
• string 类型 类型，为空的时候是 ""，他不能和nil做比较，因此，不用到nil的时候，也可以使用  string 类型

使用到 []byte 类型的 地方：

• 需要修改字符串中字符的应用场景，使用**[]byte 类型**就相当灵活了，用起来很香
• []byte 类型 为空的话，会是返回 nil ，需要使用到 nil 的时候，就可以使用他
• []byte 类型 本身就可以按照切片的方式来玩，因此需要操作切片的时候，也可以用他

就上述场景来看，好像使用 []byte 更加实在和灵活，为啥还要用 string ？

原因如下：

• string 类型看起来直观，用起来简单
• []byte，byte 数组，我们可以知道，里面都是一个字节一个字节的，这个会比较多的用在底层，对操作字节比较关注的时候

字符串 和 []byte 如何互相转换？

看到这里，分别了解了 string 类型， 和 []byte 类型的应用场景

毋庸置疑，我们编码过程中，肯定少不了对他们做相互转换，我们来看看在 GO ，里面如何使用

字符串转 []byte

package main
import (
   "fmt"
)
func main(){
    var str string
    str = "XMTONG"
    strByte := []byte(str)
    for _,v :=range strByte{
        fmt.Printf("%x ",v)
    }
}

代码输出为：

58 4d 54 4f 4e 47

上述代码转成 []byte 之后是一个字节，一个字节的

将每一个字节的值用十六进制打印出来，我们可以看到，XMTONG 对应 584d544f4e47

[]byte 转字符串

[]byte转字符串在GO 里面那就更简单了

func main(){
   name := []byte("XMTONG")
   fmt.Println(string(name))
}

GO 中 字符串都会涉及到哪些函数？

无论什么语言，对于字符串大概涉及如下几种操作，若有偏差，还请指正：

• 计算字符串长度
• 拼接
• 切割
• 找到字串进行替换，找到字符串的具体位置和出现的次数
• 统计字符串
• 字符串进制转换

具体的函数使用方法也比较简单，推荐大家感兴趣的可以直接看go 的开发文档，需要的时候去查一下即可。

GO 的标准开发文档，在搜索引擎里面还是比较容易搜索到的

总结

• 分享了字符串具体是啥
• GO 中字符串的特性，为什么不能被修改
• 字符串 GO 源码是如何构建的
• 字符串 和 []byte 的由来和应用场景
• 字符串与 []byte 相互转换
• 顺带提了GO 的标准开发文档，大家可以用起来哦

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