GO 中 slice 的实现原理-阿里云开发者社区

GO 中 slice 的实现原理

上次我们分享的字符串相关的内容咱回顾一下

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，源码文件在 src/runtime/ 下的 string.go
字符串和 []byte 的由来和应用场景
字符串与 []byte 相互转换

要是对GO 对字符串的编码还有点兴趣的话，欢迎查看文章 GO 中 string 的实现原理

slice 是什么?

有没有觉得很熟悉，上次分享的 string 类型对应的数据结构的前两个参数与切片的数据结构的前两个参数是一样的

看看GO 的 src/runtime/ 下的 slice.go 源码，我们可以找到 slice的数据结构

type slice struct {
  array unsafe.Pointer
  len   int
  cap   int
}
// unsafe.Pointer 类型如下
// Pointer represents a pointer to an arbitrary type. There are four special operations
// available for type Pointer that are not available for other types:
//  - A pointer value of any type can be converted to a Pointer.
//  - A Pointer can be converted to a pointer value of any type.
//  - A uintptr can be converted to a Pointer.
//  - A Pointer can be converted to a uintptr.
// Pointer therefore allows a program to defeat the type system and read and write
// arbitrary memory. It should be used with extreme care.
type Pointer *ArbitraryType

切片GO 的一种数据类型，是对数组的一个连续片段的引用

切片的底层结构是一个结构体，对应有三个参数

array

是一个unsafe.Pointer指针，指向一个具体的底层数组

指的是切片的长度

指的是切片的容量

有没有觉得，切片和我们了解的数组好像是一样的，但是好像又不一样

slice 和数组的区别是啥？

大概有如下几个区别

数组是复制传递的，而切片是引用传递的

在GO 里面，传递数组，是通过拷贝的方式

传递切片是通过引用的方式，这里说的引用，指的是切片数据结构中array字段，其余字段默认是值传递

数组是相同类型的长度固定的序列

数组是相同类型的，一组内存空间连续的数据，他的每一个元素的数据类型都是一样的，且数组的长度一开始就确定好了，且不能做变动

切片是一个结构，是一个数据对象，且对象里面有 3 个参数

切片是引用类型，切片的长度是不固定的，可扩展的，GO 里面操作切片真的是香

当然，切片也是离不开数组的，因为他的array指针就是指向的一个底层数组，这个底层数组，对用户是不可见的

当使用切片的时候，数组容量不够的时候，这个底层数组会自动重新分配，生成一个新的切片（注意，这里是生成一个新的切片）

如何创建 slice

创建一个新的切片有如下几种方式：

使用make 方法创建新的切片
使用数组赋值的方式创建新的切片

使用make 方法创建新的切片

新建一个 len 为 4，cap 为7 的切片：

func main(){
   mySlice := make([]int,4,7)
   // 此处的遍历 长度是 len 的长度
   for _,v :=range mySlice{
      fmt.Printf("%v",v)
   }
}

上述代码运行结果为

为什么不是 7 个 0，而是4 个

这里要注意了：

此处遍历遍历切片的长度是切片的 len 值，而不是切片的容量 cap 值

使用数组赋值的方式创建新的切片

创建一个长度为 8，数据类型为 int 的数组
数组的第5个元素和第6个元素复制给到新的切片

func main(){
   arr := [8]int{}
   mySlice := arr[4:6]
   fmt.Println("len == ", len(mySlice))
   fmt.Println("cap == ", cap(mySlice))
   // 此处的遍历 长度是 len 的长度
   for _,v :=range mySlice{
      fmt.Printf("%v",v)
   }
}

上述代码运行结果为

len ==  2
cap ==  4
00

根据代码执行情况，打印出 00，大家应该不会觉得奇怪

可是为什么 cap 等于 4？

原因如下：

数组的索引是从 0 开始的

上述代码 arr[4:6] 指的是将数组的下标为 4 开始的位置，下标为 6 的为结束位置，这里是不包含6自己的

根据 GO 中切片的原理，用数组复制给到切片的时候，若复制的数组元素后面还有内容的话，则后面的内容都作为切片的预留内存

即得到上述的结果，len == 2， cap == 4

不过这里还是要注意，切片元素对应的地址，还是这个数组元素对应的地址，使用的时候需要小心

slice 扩容原理是什么？

我们就来模拟一下

新建一个长度为 4 ，容量为 4 的切片
向切片中添加一个元素
打印最终切片的详细情况

func main(){
   mySlice := make([]int,4,4)
   mySlice[0] = 3
   mySlice[1] = 6
   mySlice[2] = 7
   mySlice[3] = 8
   fmt.Printf("ptr == %p\n", &mySlice)
   fmt.Println("len == ", len(mySlice))
   fmt.Println("cap == ", cap(mySlice))
   // 此处的遍历 长度是 len 的长度
   for _,v :=range mySlice{
      fmt.Printf("%v ",v)
   }
   fmt.Println("")
   mySlice = append(mySlice,5)
   fmt.Printf("new_ptr == %p\n", &mySlice)
   fmt.Println("new_len == ", len(mySlice))
   fmt.Println("new_cap == ", cap(mySlice))
   // 此处的遍历 长度是 len 的长度
   for _,v :=range mySlice{
      fmt.Printf("%v ",v)
   }
}

运行上述代码，有如下效果：

ptr == 0x12004110
len ==  4
cap ==  4
3 6 7 8
new_ptr == 0x12004110
new_len ==  5
new_cap ==  8
3 6 7 8 5

根据案例，相信大家或多或少心里有点感觉了吧

向一个容量为 4 且长度为 4 的切片添加元素，我们发现切片的容量变成了 8

我们来看看切片扩容的规则是这样的：

如果原来的切片容量小于1024

那么新的切片容量就会扩展成原来的 2 倍

如果原切片容量大于等于1024

那么新的切片容量就会扩展成为原来的1.25倍

我们再来梳理一下上述扩容原理的步骤是咋弄的

上述切片扩容，大致分为如下 2 种情况：

添加的元素，加入到切片中，若原切片容量够

那么就直接添加元素，且切片的len ++ ，此处的添加可不是直接赋值，可是使用 append函数的方式，例如

func main(){
  mys := make([]int,3,5)
  fmt.Println("len == ", len(mys))
  fmt.Println("cap == ", cap(mys))
  mys[0] = 1
  mys[1] = 1
  mys[2] = 1
  // mys[3] = 2   会程序崩溃
  mys = append(mys,2)
  fmt.Println("len == ", len(mys))
  fmt.Println("cap == ", cap(mys))
  for _,v :=range mys{
    fmt.Printf("%v",v)
  }
}

若原切片容量不够，则先将切片扩容，再将原切片数据追加到新的切片中

简单说一下空切片和 nil 切片

平时我们在使用JSON 序列化的时候，明明切片为空

为什么有的 JSON 输出是[] , 有的 JSON 输出是 null

我们来看看这个例子

func main(){
   // 是一个空对象
   var mys1 []int
   // 是一个对象，对象里面是一个切片，这个切片没有元素
   var mys2 = []int{}
   json1, _ := json.Marshal(mys1)
   json2, _ := json.Marshal(mys2)
   fmt.Println(string(json1))
   fmt.Println(string(json2))
}

运行结果为

null
[]

原因是这样的：

mys1 是一个空对象
mys2 不是一个空对象，是一个正常的对象，但是对象里面的为空

总结

分享了切片是什么
切片和数组的区别
切片的数据结构
切片的扩容原理
空切片和 nil 切片的区别

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好了，本次就到这里，下一次 GO 中 map 的实现原理分享

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GO 中 slice 的实现原理