快速理解Go陣列和切片的內部實現原理

RyuGou發表於2018-08-12
Go陣列

很多人對Go語言的array和slice傻傻分不清楚，今天我們就從底層出發，來聊聊它倆到底有什麼區別。

陣列

幾乎所有計算機語言，陣列的實現都是相似的：一段連續的記憶體，Go語言也一樣，Go語言的陣列底層實現就是一段連續的記憶體空間。每個元素有唯一一個索引(或者叫下標)來訪問。如下圖所示，下圖是[5]int{1:10, 2:20}陣列的內部實現邏輯圖:

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由於記憶體連續，CPU很容易計算索引(即陣列的下標)，可以快速迭代陣列裡的所有元素。 Go語言的陣列不同於C語言或者其他語言的陣列，C語言的陣列變數是指向陣列第一個元素的指標；而Go語言的陣列是一個值，Go語言中的陣列是值型別，一個陣列變數就表示著整個陣列，意味著Go語言的陣列在傳遞的時候，傳遞的是原陣列的拷貝。你可以理解為Go語言的陣列是一種有序的struct

slice

切片是一個很小的物件，是對陣列進行了抽象，並提供相關的操作方法。切片有三個屬性欄位：長度、容量和指向陣列的指標。

image

上圖中，ptr指的是指向array的pointer，len是指切片的長度, cap指的是切片的容量。現在，我想你對陣列和切片有了一個本質的認識。

切片有多種宣告方式，每種初始化方式對應的邏輯圖是怎樣的呢？

對於s := make([]byte, 5)和s := []byte{...}的方式

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對於s = s[2:4]的方式

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對於nil的切片即var s []byte對應的邏輯圖是

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在此有一個說明：nil切片和空切片是不太一樣的，空切片即s := make([]byte, 0)或者s := []byte{}出來的切片 空切片的邏輯圖為：

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空切片指標不為nil，而nil切片指標為nil。但是，不管是空切片還是nil切片，對其呼叫內建函式append()、len和cap的效果都是一樣的，感受不到任何區別。

擴容

slice這種資料結構便於使用和管理資料集合，可以理解為是一種“動態陣列”，slice也是圍繞動態陣列的概念來構建的。既然是動態陣列，那麼slice是如何擴容的呢？

請記住以下兩條規則：

  • 如果切片的容量小於1024個元素，那麼擴容的時候slice的cap就翻番，乘以2；一旦元素個數超過1024個元素，增長因子就變成1.25，即每次增加原來容量的四分之一。
  • 如果擴容之後，還沒有觸及原陣列的容量，那麼，切片中的指標指向的位置，就還是原陣列，如果擴容之後，超過了原陣列的容量，那麼，Go就會開闢一塊新的記憶體，把原來的值拷貝過來，這種情況絲毫不會影響到原陣列。

知道了一下規則，請看下面程式,試問輸出結果：

import (
    "fmt"
)
func main(){
    array := [4]int{10, 20, 30, 40}
    slice := array[0:2]
    newSlice := append(append(append(slice, 50), 100), 150)
    newSlice[1] += 1
    fmt.Println(slice)
}
複製程式碼

輸出：

[10 20]
複製程式碼

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參考文獻: 《Go in action》

https://blog.golang.org/go-slices-usage-and-internals

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