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

• len

指的是切片的长度

• cap

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

0000

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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