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GoLang切片相关问题梳理讲解

开发者 https://www.devze.com 2022-12-03 14:24 出处：网络 作者： ~庞贝
目录1.数组和切片有什么区别2.拷贝大切片一定比拷贝小切片代价大吗3.切片的深浅拷贝4.零切片 空切片 nil切片是什么4.1零切片4.2nil切片4.3空切片5.切片的扩容策略1.17之前1.18之后6. 参数传递切片和切片指针有什么区
相关专题：GoLang切片底层原理
目录
  • 1.数组和切片有什么区别
  • 2.拷贝大切片一定比拷贝小切片代价大吗
  • 3.切片的深浅拷贝
  • 4.零切片 空切片 nil切片是什么
    • 4.1零切片
    • 4.2nil切片
    • 4.3空切片
  • 5.切片的扩容策略
    • 1.17之前
    • 1.18之后
  • 6. 参数传递切片和切片指针有什么区别
    • 7.range遍历切片有什么要注意的

      1.数组和切片有什么区别

      Go语言中数组是固定长度的，不能动态扩容，在编译期就会确定大小，声明方式如下：

      var buffer [255]int
buffer := [255]int{0}

      切片是对数组的抽象，因为数组的长度是不可变的，在某些场景下使用起来就不是很方便，所以Go语言提供了一种php灵活，功能强悍的内置类型切片(“动态数组”)，与数组相比切片的长度是不固定的，可以追加元素。切片是一种数据结构，切片不是数组，切片描述的是一块数组，切片结构如下：

      GoLang切片相关问题梳理讲解

      我们可以直接声明一个未指定大小的数组来定义切片，也可以使用make()函数来创建切片，声明方式如下：

      var slice []int // 直接声明
slice := []int{1,2,3,4,5} // 字面量方式
slice := make([]int, 5, 10) // make创建
slice := array[1:5] // 截取下标的方式
slice := *new([]int) // new一个

      切片可以使用append追加元素，当cap不足时进行动态扩容。

      2.拷贝大切片一定比拷贝小切片代价大吗

      这道题本质是考察对切片本质的理解，Go语言中只有值传递，所以我们以传递切片为例子：

      func main()  {
 param1 := make([]int, 100)
 param2 := make([]int, 100000000)
 smallSlice(param1)
 largeSlice(param2)
}
func smallSlice(params []int)  {
 // ....
}
func largeSlice(params []int)  {
 // ....
}

      切片param2要比param1大1000000个数量级，在进行值拷贝的时候，是否需要更昂贵的操作呢？

      实际上不会，因为切片本质内部结构如下：

      type SliceHeader struct {
 Data uintptr
 Len  int
 Cap  int
}

      切片中的第一个字是指向切片底层数组的指针，这是切片的存储空间，第二个字段是切片的长度，第三个字段是容量。将一个切片变量分配给另一个变量只会复制三个机器字，大切片跟小切片的区别无非就是 Len 和 Cap的值比小切片的这两个值大一些，如果发生拷贝，本质上就是拷贝上面的三个字段。

      3.切片的深浅拷贝

      深浅拷贝都是进行复制，区别在于复制出来的新对象与原来的对象在它们发生改变时，是否会相互影响，本质区别就是复制出来的对象与原对象是否会指向同一个地址。在Go语言，切片拷贝有三种方式：

      1.使用=操作符拷贝切片，这种就是浅拷贝

      2.使用[:]下标的方式复制切片，这种也是浅拷贝

      3.使用Go语言的内置函数copy()进行切片拷贝，这种就是深拷贝

      4.零切片 空切片 nil切片是什么

      4.1零切片

      我们把切片内部数组的元素都是零值或者底层数组的内容就全是 nil的切片叫做零切片，使用make创建的、长度、容量都不为0的切片就是零值切片：

      slice := make([]int,5) // 0 0 0 0 0
slice := make([]*int,5) // nil nil nil nil nil

      4.2nil切片

      http://www.devze.com

      nil切片的长度和容量都为0，并且和nil比较的结果为true，采用直接创建切片的方式、new创建切片的方式都可以创建nil切片：

      var slice []int
var slice = *new([]int)

      4.3空切片

      空切片的长度和容量也都为0，但是和nil的比较结果为false，因为所有的空切片的数据指针都指向同一个地址 0xc42003bda0javascript；使用字面量、make可以创建空切片：

      var slice = []int{}
var slice = make([]int, 0)

      空切片指向的 zerobase 内存地址是一个神奇的地址，从 Go 语言的源代码中可以看到它的定义：

      // base address for all 0-byte allocations
var zerobase uintptr
// 分配对象内存
func mallocgc(size uintptr, typ *_type, needzero bool) unsafe.Pointer {
 ...
 if size == 0 {
  return unsafe.Pointer(&zerobase)
 }
  ...
}

      5.切片的扩容策略

      这个问题是一个高频考点，我们通过源码来解析一下切片的扩容策略，切片的扩容都是调用growslice方法，截取部分重要源代码：

      1.17之前

      代码的扩容策略可以简述为以下三个规则：

      1.当期望容量 > 两倍的旧容量时，直接使用期望容量作为新切片的容量

      2.如果旧容量 < 1024（注意这里单位是元素个数）,那么直接翻倍旧容量

      3.如果旧容量 > 1024，那么会进入一个循环，每次增加25%直到大于期望容量

      可以看到，原来的go对于切片扩容后的容量判断有一个明显的magic number：1024，在1024之前，增长的系数是2，而1024之后则变为1.25。关于为什么会这么设计，社区的相关讨论1给出了几点理由：

      1.如果只选择翻倍的扩容策略，那么对于较大的切片来说，现有的方法可以更好的节省内存。

      2.如果只选择每次系数为1.25的扩容策略，那么对于较小的切片来说扩容会很低效。

      3.之所以选择一个小于2的系数，在扩容时被释放的内存块会在下一次扩容时更容易被重新利用

      // runtime/slice.go
// et：表示slice的一个元素；old：表示旧的slice；cap：表示新切片需要的容量；
func growslice(et *_type, old slice, cap int) slice {
 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
  // 两倍扩容
 doublecap := newcap + newcap
  // 新切片需要的容量大于两倍扩容的容量，则直接按照新切片需要的容量扩容
 if cap > doublecap {
  newcap = cap
 } else {
    // 原 slice 容量小于 1024 的时候，新 slice 容量按2倍扩容
  if old.cap < 1024 {
  KSJecB newcap = doublecap
  } else { // 原 slice 容量超过 1024，新 slice 容量变成原来的1.25倍。
   // 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
   }
  }
 }
  // 后半部分还对 newcap 作了一个内存对齐，这个和内存分配策略相关。进行内存对齐之后，新 slice 的容量是要 大于等于 老 slice 容量的 2倍或者1.25倍。
 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)
 }
}

      1.18之后

      到了Go1.18时，又改成不和1024比较了，而是和256比较；并且扩容的增量也有所变化，不再是每次扩容1/4，如下代码所示：

      //1.18
newcap := old.cap
doublecap := newcap + newcap
if cap > doublecap {
  newcap = cap
} else {
  const threshold = 256
  if old.cap < threshold {
    newcap = doublecap
  } else {
    // Check 0 < newcap to detect overflow
    // and prevent an infinite loop.
    for 0 < newcap && newcap < cap {
      // Transition from growing 2x编程客栈 for small slices
      // to growing 1.25x for large slices. This formula
      // gives a smooth-ish transition between the two.
      newcap += (newcap + 3*threshold) / 4
 开发者_开发学习   }
    // Set newcap to the requested cap when
    // the newcap calculation overflowed.
    if newcap <= 0 {
      newcap = cap
    }
  }
}

      GoLang切片相关问题梳理讲解

      在1.18中，优化了切片扩容的策略2，让底层数组大小的增长更加平滑：

      通过减小阈值并固定增加一个常数，使得优化后的扩容的系数在阈值前后不再会出现从2到1.25的突变，该commit作者给出了几种原始容量下对应的“扩容系数”：

      GoLang切片相关问题梳理讲解

      6. 参数传递切片和切片指针有什么区别

      我们都知道切片底层就是一个结构体，里面有三个元素：

      分别表示切片底层数据的地址，切片长度，切片容量。

      type SliceHeader struct {
 Data uintptr
 Len  int
 Cap  int
}

      当切片作为参数传递时，其实就是一个结构体的传递，因为Go语言参数传递只有值传递，传递一个切片就会浅拷贝原切片，但因为底层数据的地址没有变，所以在函数内对切片的修改，也将会影响到函数外的切片，举例：

      func modifySlice(s []string)  {
 s[0] = "song"
 s[1] = "golang"
 fmt.Println("out slice: ", s)
}
func main()  {
 s := []string{"asong", "Golang梦工厂"}
 modifySlice(s)
 fmt.Println("inner slice: ", s)
}

      // 运行结果

      out slice:  [song Golang]

      inner slice:  [song Golang]

      不过这也有一个特例，先看一个例子：

      func appendSlice(s []string)  {
 s = append(s, "快关注！！")
 fmt.Println("out slice: ", s)
}
func main()  {
 s := []string{"asong", "Golang梦工厂"}
 appendSlice(s)
 fmt.Println("inner slice: ", s)
}

      // 运行结果

      out slice:  [asong Golang梦工厂 快关注！！]

      inner slice:  [asong Golang梦工厂]

      因为切片发生了扩容，函数外的切片指向了一个新的底层数组，所以函数内外不会相互影响，因此可以得出一个结论，当参数直接传递切片时，如果指向底层数组的指针被覆盖或者修改（重分配、append触发扩容），此时函数内部对数据的修改将不再影响到外部的切片，代表长度的len和容量cap也均不会被修改

      参数传递切片指针就很容易理解了，如果你想修改切片中元素的值，并且更改切片的容量和底层数组，则应该按指针传递。

      7.range遍历切片有什么要注意的

      Go语言提供了range关键字用于for 循环中迭代数组(array)、切片(slice)、通道(channel)或集合(map)的元素，有两种使用方式：

      for k,v := range _ { }
for k := range _ { }

      第一种是遍历下标和对应值，第二种是只遍历下标，使用range遍历切片时会先拷贝一份，然后在遍历拷贝数据：

      s := []int{1, 2}
for k, v := range s {
}
会被编译器认为是
for_temp := s
len_temp := len(for_temp)
for index_temp := 0; index_temp < len_temp; index_temp++ {
  value_temp := for_temp[index_temp]
  k := index_temp
  v := value_temp
}

      不知道这个知识点的情况下很容易踩坑，例如下面这个例子：

      package main
import (
 "fmt"
)
type user struct {
 name string
 age uint64
}
func main()  {
 u := []user{
  {"asong",23},
  {"song",19},
  {"asong2020",18},
 }
 for _,v := range u{
  if v.age != 18{
   v.age = 20
  }
 }
 fmt.Println(u)
}

      // 运行结果

      [{asong 23} {song 19} {asong2020 18}]

      因为使用range遍历切片u，变量v是拷贝切片中的数据，修改拷贝数据不会对原切片有影响。

      到此这篇关于GoLang切片相关问题梳理讲解的文章就介绍到这了,更多相关GoLang切片内容请搜索我们以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持我们！

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