Go 高階指南 slice 實現原理

slice 切片，因爲其可以方便的進行擴容、傳遞等，在實際應用中比數組更加靈活。切片的一些基礎使用可以看下之前的文章，傳送門。

這裏我們再更加深層次的瞭解下 slice 。先看幾段代碼，測試下諸位對 slice 的理解程度。

答題環節

以下程序輸出什麼？

package main

import (
  "fmt"
)

func main() {
  var array [20]int
  var slice = array[10:11]
  fmt.Println("lenth: ", len(slice))
  fmt.Println("capacity: ", cap(slice))
  fmt.Println(&slice[0] == &array[10])
}

答
案
是：

lenth:  1
capacity:  10
true

slice 根據數組 array 創建，與數組共享存儲空間，slice 起始位置是 array[5]，長度爲 1，容量爲 5， slice[0] 和 array[5] 地址相同。

以下程序輸出什麼？

package main

import (
 "fmt"
)

func main() {
 orderLen := 5
 order := make([]uint16, 2 * orderLen)

 pollorder := order[:orderLen:orderLen]
 lockorder := order[orderLen:][:orderLen:orderLen]

 fmt.Println("len(pollorder) = ", len(pollorder))
 fmt.Println("cap(pollorder) = ", cap(pollorder))
 fmt.Println("len(lockorder) = ", len(lockorder))
 fmt.Println("cap(lockorder) = ", cap(lockorder))
}

答
案
是：

len(pollorder) =  5
cap(pollorder) =  5
len(lockorder) =  5
cap(lockorder) =  5

order[low:high:max]意思是對 order 進行切片，新切片範圍是[low, high), 新切片容量是 max；
order 長度爲 2 倍的 orderLen；
pollorder 切片是 order 的前半部分切片；
lockorder 是 order 的後半部分切片，即原 order 分成了兩段；
所以，pollorder 和 lockerorder 的長度和容量都是 orderLen，即 5。

slice 實現原理

源碼包 src/runtime/slice.go 定義的 slice 數據結構爲：

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

array 指針指向底層數組
len 表示切片長度
cap 表示切片容量

make 創建 slice

make 創建 slice 可以同時指定其長度和容量，底層會分配一個數組，數組的長度即容量。

slice = make([]int,5,10): 表示改 slice 長度爲 5，容量爲 10。

數組創建 slice

使用數組來創建 slice 時，slice 與原數組共用一部分內存。
slice := array[5:7] 所創建的 slice ，結構如下圖：

切片從數組 array[5] 開始，到數組 array[7] 結束（不包含 array[7]），切片長度爲 2，數組後面的內容作爲切片的預留內存，即容量爲 5。

slice 擴容

在使用 append 向 slice 追加元素時，若 slice 空間不足則會發生擴容，擴容會重新分配一塊更大的內存，將原 slice 拷貝到新 slice ，然後返回新 slice。擴容後再將數據追加進去。

擴容操作只只對容量，擴容後的 slice 長度不變，容量變化規則如下：

若 slice 容量夠用，則將新元素追加進去，slice.len++，返回原 slice
若 slice 容量不夠用，將 slice 先擴容，擴容得到新 slice，將新元素追加進新 slice，slice.len++，返回新 slice。

slice copy

使用 copy() 內置函數拷貝兩個切片時，會將源切片的數據逐個拷貝到目的的切片指向的數組中，拷貝數量取**「兩個切片長度的最小值」**。

例如將長度爲 10 的切片拷貝到長度爲 5 的切片時，將會拷貝 5 個元素。也就是說 「copy 不會發生擴容」。

根據數組或切片來生成新的切片一般使用 slice := array[start:end] 方式，這種新生成的切片沒有指定容量，新切片的容量是從 start 開始到 array 的結束（注意並不是到 end）。
另一種寫法，生成新切片同時指定其容量：slice[start:end:cap] ，其中的 cap 爲新切片的容量，容量不能超過原切片實際值。

總結

創建切片時可根據實際需要預分配容量，儘量避免追加過程中擴容操作，有利於提升性能
切片拷貝時需要判斷實際拷貝的元素個數
謹慎使用多個切片操作同一個數組，以防讀寫衝突
每個切片都指向一個底層數組
每個切片都保存了當前切片的長度、底層數組可用容量
使用 len()、cap() 計算切片長度、容量時，時間複雜度均爲 O(1)，不需要遍歷切片
通過函數傳遞切片時，不會拷貝整個切片，因爲切片本身只是個結構體而矣
使用 append() 向切片追加元素時有可能觸發擴容，擴容後將會生成新的切片

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來源：https://mp.weixin.qq.com/s/_Y6QMzHHty22yfD7TNDpTA