切片是 Go 中的一种基本的数据结构,使用这种结构可以用来管理数据集合。切片的设计想法是由动态数组概念而来,为了开发者可以更加方便的使一个数据结构可以自动增加和减少。但是切片本身并不是动态数据或者数组指针。切片常见的操作有 reslice、append、copy。与此同时,切片还具有可索引,可迭代的优秀特性。
关于 Go 切片元素的动态插入、新增、删除操作,可以查看 Go Slice Tricks Cheat Sheet 提供的图片示例有一个更直观的感受。
关于切片和数组怎么选择?接下来好好讨论讨论这个问题。
在 Go 中,与 C 数组变量隐式作为指针使用不同,Go 数组是值类型,赋值和函数传参操作都会复制整个数组数据。
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)
}
打印结果:
arrayA : 0xc4200bebf0 , [100 200]
arrayB : 0xc4200bec00 , [100 200]
func Array : 0xc4200bec30 , [100 200]
可以看到,三个内存地址都不同,这也就验证了 Go 中数组赋值和函数传参都是值复制的。那这会导致什么问题呢?
假想每次传参都用数组,那么每次数组都要被复制一遍。如果数组大小有 100万,在64位机器上就需要花费大约 800W 字节,即 8MB 内存。这样会消耗掉大量的内存。于是乎有人想到,函数传参用数组的指针。
func main() {
arrayA := [2]int{100, 200}
testArrayPoint(&arrayA) // 1.传数组指针
arrayB := arrayA[:]
testArrayPoint(&arrayB) // 2.传切片
fmt.Printf("arrayA : %p , %v\n", &arrayA, arrayA)
}
func testArrayPoint(x *[]int) {
fmt.Printf("func Array : %p , %v\n", x, *x)
(*x)[1] += 100
}
打印结果:
func Array : 0xc4200b0140 , [100 200]
func Array : 0xc4200b0180 , [100 300]
arrayA : 0xc4200b0140 , [100 400]
这也就证明了数组指针确实到达了我们想要的效果。现在就算是传入10亿的数组,也只需要再栈上分配一个8个字节的内存给指针就可以了。这样更加高效的利用内存,性能也比之前的好。
不过传指针会有一个弊端,从打印结果可以看到,第一行和第三行指针地址都是同一个,万一原数组的指针指向更改了,那么函数里面的指针指向都会跟着更改。
切片的优势也就表现出来了。用切片传数组参数,既可以达到节约内存的目的,也可以达到合理处理好共享内存的问题。打印结果第二行就是切片,切片的指针和原来数组的指针是不同的。
由此我们可以得出结论:
把第一个大数组传递给函数会消耗很多内存,采用切片的方式传参可以避免上述问题。切片是引用传递,所以它们不需要使用额外的内存并且比使用数组更有效率。
但是,依旧有反例。
package main
import "testing"
func array() [1024]int {
var x [1024]int
for i := 0; i
我们做一次性能测试,并且禁用内联和优化,来观察切片的堆上内存分配的情况。
go test -bench . -benchmem -gcflags "-N -l"
输出结果比较“令人意外”:
BenchmarkArray-4 500000 3637 ns/op 0 B/op 0 alloc s/op
BenchmarkSlice-4 300000 4055 ns/op 8192 B/op 1 alloc s/op
解释一下上述结果,在测试 Array 的时候,用的是4核,循环次数是500000,平均每次执行时间是3637 ns,每次执行堆上分配内存总量是0,分配次数也是0 。
而切片的结果就“差”一点,同样也是用的是4核,循环次数是300000,平均每次执行时间是4055 ns,但是每次执行一次,堆上分配内存总量是8192,分配次数也是1 。
这样对比看来,并非所有时候都适合用切片代替数组,因为切片底层数组可能会在堆上分配内存,而且小数组在栈上拷贝的消耗也未必比
make 消耗大。
切片本身并不是动态数组或者数组指针。它内部实现的数据结构通过指针引用底层数组,设定相关属性将数据读写操作限定在指定的区域内。切片本身是一个只读对象,其工作机制类似数组指针的一种封装。
切片(slice)是对数组一个连续片段的引用,所以切片是一个引用类型(因此更类似于 C/C++ 中的数组类型,或者 Python 中的 list 类型)。这个片段可以是整个数组,或者是由起始和终止索引标识的一些项的子集。需要注意的是,终止索引标识的项不包括在切片内。切片提供了一个与指向数组的动态窗口。
给定项的切片索引可能比相关数组的相同元素的索引小。和数组不同的是,切片的长度可以在运行时修改,最小为 0 最大为相关数组的长度:切片是一个长度可变的数组。
Slice 的数据结构定义如下:
type slice struct {
array unsafe.Pointer
len int
cap int
}
切片的结构体由3部分构成,Pointer 是指向一个数组的指针,len 代表当前切片的长度,cap 是当前切片的容量。cap 总是大于等于 len 的。
如果想从 slice 中得到一块内存地址,可以这样做:
s := make([]byte, 200)
ptr := unsafe.Pointer(&s[0])
如果反过来呢?从 Go 的内存地址中构造一个 slice。
var ptr unsafe.Pointer
var s1 = struct {
addr uintptr
len int
cap int
}{ptr, length, length}
s := *(*[]byte)(unsafe.Pointer(&s1))
构造一个虚拟的结构体,把 slice 的数据结构拼出来。
当然还有更加直接的方法,在 Go 的反射中就存在一个与之对应的数据结构 SliceHeader,我们可以用它来构造一个 slice
var o []byte
sliceHeader := (*reflect.SliceHeader)((unsafe.Pointer(&o)))
sliceHeader.Cap = length
sliceHeader.Len = length
sliceHeader.Data = uintptr(ptr)
make 函数允许在运行期动态指定数组长度,绕开了数组类型必须使用编译期常量的限制。
创建切片有两种形式,make 创建切片,空切片。
func makeslice(et *_type, len, cap int) slice {
// 根据切片的数据类型,获取切片的最大容量
maxElements := maxSliceCap(et.size)
// 比较切片的长度,长度值域应该在[0,maxElements]之间
if len <0 || uintptr(len) > maxElements {
panic(errorString("makeslice: len out of range"))
}
// 比较切片的容量,容量值域应该在[len,maxElements]之间
if cap maxElements {
panic(errorString("makeslice: cap out of range"))
}
// 根据切片的容量申请内存
p := mallocgc(et.size*uintptr(cap), et, true)
// 返回申请好内存的切片的首地址
return slice{p, len, cap}
}
还有一个 int64 的版本:
func makeslice64(et *_type, len64, cap64 int64) slice {
len := int(len64)
if int64(len) != len64 {
panic(errorString("makeslice: len out of range"))
}
cap := int(cap64)
if int64(cap) != cap64 {
panic(errorString("makeslice: cap out of range"))
}
return makeslice(et, len, cap)
}
实现原理和上面的是一样的,只不过多了把 int64 转换成 int 这一步罢了。
上图是用 make 函数创建的一个 len = 4, cap = 6 的切片。内存空间申请了6个 int 类型的内存大小。由于 len = 4,所以后面2个暂时访问不到,但是容量还是在的。这时候数组里面每个变量都是0 。
除了 make 函数可以创建切片以外,字面量也可以创建切片。
这里是用字面量创建的一个 len = 6,cap = 6 的切片,这时候数组里面每个元素的值都初始化完成了。需要注意的是 [ ] 里面不要写数组的容量,因为如果写了个数以后就是数组了,而不是切片了。
还有一种简单的字面量创建切片的方法。如上图。上图就 Slice A 创建出了一个 len = 3,cap = 3 的切片。从原数组的第二位元素(0是第一位)开始切,一直切到第四位为止(不包括第五位)。同理,Slice B 创建出了一个 len = 2,cap = 4 的切片。
nil 切片和空切片也是常用的。
var slice []int
nil 切片被用在很多标准库和内置函数中,描述一个不存在的切片的时候,就需要用到 nil 切片。比如函数在发生异常的时候,返回的切片就是 nil 切片。nil 切片的指针指向 nil。
空切片一般会用来表示一个空的集合。比如数据库查询,一条结果也没有查到,那么就可以返回一个空切片。
silce := make( []int , 0 )
slice := []int{ }
空切片和 nil 切片的区别在于,空切片指向的地址不是nil,指向的是一个内存地址,但是它没有分配任何内存空间,即底层元素包含0个元素。
最后需要说明的一点是。不管是使用 nil 切片还是空切片,对其调用内置函数 append,len 和 cap 的效果都是一样的。
当一个切片的容量满了,就需要扩容了。怎么扩,策略是什么?
func growslice(et *_type, old slice, cap int) slice {
if raceenabled {
callerpc := getcallerpc(unsafe.Pointer(&et))
racereadrangepc(old.array, uintptr(old.len*int(et.size)), callerpc, funcPC(growslice))
}
if msanenabled {
msanread(old.array, uintptr(old.len*int(et.size)))
}
if et.size == 0 {
// 如果新要扩容的容量比原来的容量还要小,这代表要缩容了,那么可以直接报panic了。
if cap doublecap {
newcap = cap
} else {
if old.len <1024 {
newcap = doublecap
} else {
for newcap maxSliceCap(et.size) {
panic(errorString("growslice: cap out of range"))
}
var p unsafe.Pointer
if et.kind&kindNoPointers != 0 {
// 在老的切片后面继续扩充容量
p = mallocgc(capmem, nil, false)
// 将 lenmem 这个多个 bytes 从 old.array地址 拷贝到 p 的地址处
memmove(p, old.array, lenmem)
// 先将 P 地址加上新的容量得到新切片容量的地址,然后将新切片容量地址后面的 capmem-newlenmem 个 bytes 这块内存初始化。为之后继续 append() 操作腾出空间。
memclrNoHeapPointers(add(p, newlenmem), capmem-newlenmem)
} else {
// 重新申请新的数组给新切片
// 重新申请 capmen 这个大的内存地址,并且初始化为0值
p = mallocgc(capmem, et, true)
if !writeBarrier.enabled {
// 如果还不能打开写锁,那么只能把 lenmem 大小的 bytes 字节从 old.array 拷贝到 p 的地址处
memmove(p, old.array, lenmem)
} else {
// 循环拷贝老的切片的值
for i := uintptr(0); i
上述就是扩容的实现。主要需要关注的有两点,一个是扩容时候的策略,还有一个就是扩容是生成全新的内存地址还是在原来的地址后追加。
先看看扩容策略。
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))
}
输出结果:
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
用图表示出上述过程。
从图上我们可以很容易的看出,新的切片和之前的切片已经不同了,因为新的切片更改了一个值,并没有影响到原来的数组,新切片指向的数组是一个全新的数组。并且 cap 容量也发生了变化。这之间究竟发生了什么呢?
Go 中切片扩容的策略是这样的:
如果切片的容量小于 1024 个元素,于是扩容的时候就翻倍增加容量。上面那个例子也验证了这一情况,总容量从原来的4个翻倍到现在的8个。
一旦元素个数超过 1024 个元素,那么增长因子就变成 1.25 ,即每次增加原来容量的四分之一。
注意:扩容扩大的容量都是针对原来的容量而言的,而不是针对原来数组的长度而言的。
再谈谈扩容之后的数组一定是新的么?这个不一定,分两种情况。
情况一:
func main() {
array := [4]int{10, 20, 30, 40}
slice := array[0:2]
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))
fmt.Printf("After array = %v\n", array)
}
打印输出:
Before slice = [10 20], Pointer = 0xc4200c0040, len = 2, cap = 4
Before newSlice = [10 20 50], Pointer = 0xc4200c0060, len = 3, cap = 4
After slice = [10 30], Pointer = 0xc4200c0040, len = 2, cap = 4
After newSlice = [10 30 50], Pointer = 0xc4200c0060, len = 3, cap = 4
After array = [10 30 50 40]
把上述过程用图表示出来,如下图。
通过打印的结果,我们可以看到,在这种情况下,扩容以后并没有新建一个新的数组,扩容前后的数组都是同一个,这也就导致了新的切片修改了一个值,也影响到了老的切片了。并且 append() 操作也改变了原来数组里面的值。一个 append() 操作影响了这么多地方,如果原数组上有多个切片,那么这些切片都会被影响!无意间就产生了莫名的 bug!
这种情况,由于原数组还有容量可以扩容,所以执行 append() 操作以后,会在原数组上直接操作,所以这种情况下,扩容以后的数组还是指向原来的数组。
这种情况也极容易出现在字面量创建切片时候,第三个参数 cap 传值的时候,如果用字面量创建切片,cap 并不等于指向数组的总容量,那么这种情况就会发生。
slice := array[1:2:3]
上面这种情况非常危险,极度容易产生 bug 。
建议用字面量创建切片的时候,cap 的值一定要保持清醒,避免共享原数组导致的 bug。
情况二:
情况二其实就是在扩容策略里面举的例子,在那个例子中之所以生成了新的切片,是因为原来数组的容量已经达到了最大值,再想扩容, Go 默认会先开一片内存区域,把原来的值拷贝过来,然后再执行 append() 操作。这种情况丝毫不影响原数组。
所以建议尽量避免情况一,尽量使用情况二,避免 bug 产生。
Slice 中拷贝方法有2个。
func slicecopy(to, fm slice, width uintptr) int {
// 如果源切片或者目标切片有一个长度为0,那么就不需要拷贝,直接 return
if fm.len == 0 || to.len == 0 {
return 0
}
// n 记录下源切片或者目标切片较短的那一个的长度
n := fm.len
if to.len
在这个方法中,slicecopy 方法会把源切片值(即 fm Slice )中的元素复制到目标切片(即 to Slice )中,并返回被复制的元素个数,copy 的两个类型必须一致。slicecopy 方法最终的复制结果取决于较短的那个切片,当较短的切片复制完成,整个复制过程就全部完成了。
举个例子,比如:
func main() {
array := []int{10, 20, 30, 40}
slice := make([]int, 6)
n := copy(slice, array)
fmt.Println(n,slice)
}
还有一个拷贝的方法,这个方法原理和 slicecopy 方法类似,不在赘述了,注释写在代码里面了。
func slicestringcopy(to []byte, fm string) int {
// 如果源切片或者目标切片有一个长度为0,那么就不需要拷贝,直接 return
if len(fm) == 0 || len(to) == 0 {
return 0
}
// n 记录下源切片或者目标切片较短的那一个的长度
n := len(fm)
if len(to)
再举个例子,比如:
func main() {
slice := make([]byte, 3)
n := copy(slice, "abcdef")
fmt.Println(n,slice)
}
输出:
3 [97,98,99]
说到拷贝,切片中有一个需要注意的问题。
func main() {
slice := []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])
}
}
输出:
value = 10 , value-addr = c4200aedf8 , slice-addr = c4200b0320
value = 20 , value-addr = c4200aedf8 , slice-addr = c4200b0328
value = 30 , value-addr = c4200aedf8 , slice-addr = c4200b0330
value = 40 , value-addr = c4200aedf8 , slice-addr = c4200b0338
从上面结果我们可以看到,如果用 range 的方式去遍历一个切片,拿到的 Value 其实是切片里面的值拷贝。所以每次打印 Value 的地址都不变。
由于 Value 是值拷贝的,并非引用传递,所以直接改 Value 是达不到更改原切片值的目的的,需要通过 &slice[index]
获取真实的地址。