陣列
在講 slice 的原理之前，先來介紹一下陣列。幾乎所有的程式語言裡都存在陣列，Go 也不例外。那麼為什麼 Go 語言除了陣列之外又設計了 slice 呢？要想解答這個問題，先來了解陣列的侷限性。
在下面的示例中，a1、a2 是兩個定義好的陣列，但是它們的型別不一樣。變數 a1 的型別是 [1]string，變數 a2 的型別是 [2]string，也就是說陣列的大小屬於陣列型別的一部分，只有陣列內部元素型別和大小一致時，這兩個陣列才是同一型別。
a1:=[1]string{"Golang"}
a2:=[2]string{"Golang"}可以總結為，一個陣列由兩部分構成：陣列的大小和陣列內的元素型別。
//陣列結構虛擬碼表示
array{
len
item type
}比如變數 a1 的大小是 1，內部元素的型別是 string，也就是說 a1 最多隻能儲存 1 個型別為 string 的元素。而 a2 的大小是 2，內部元素的型別也是 string，所以 a2 最多可以儲存 2 個型別為 string 的元素。一旦一個陣列被宣告，它的大小和內部元素的型別就不能改變，不能隨意地向陣列新增任意多個元素。這是陣列的第一個限制。
既然陣列的大小是固定的，如果需要使用陣列儲存大量的資料，就需要提前指定一個合適的大小，比如 10 萬，程式碼如下所示：
a10:=[100000]string{"Golang"}這樣雖然可以解決問題，但又帶來了另外的問題，那就是記憶體佔用。因為在 Go 語言中，函式間的傳參是值傳遞的，陣列作為引數在各個函式之間被傳遞的時候，同樣的內容就會被一遍遍地複製，這就會造成大量的記憶體浪費，這是陣列的第二個限制。
雖然陣列有限制，但是它是 Go 非常重要的底層資料結構，比如 slice 切片的底層資料就儲存在陣列中。
slice 切片
陣列雖然也不錯，但是在操作上有不少限制，為了解決這些限制，Go 語言創造了 slice，也就是切片。切片是對陣列的抽象和封裝，它的底層是一個陣列儲存所有的元素，但是它可以動態地新增元素，容量不足時還可以自動擴容，你完全可以把切片理解為動態陣列。在 Go 語言中，除了明確需要指定長度大小的型別需要陣列來完成，大多數情況下都是使用切片的。
動態擴容
通過內建的 append 方法，你可以向一個切片中追加任意多個元素，所以這就可以解決陣列的第一個限制。
在下面的示例中，通過內建的 append 函式為切片 ss 新增了兩個字串，然後返回一個新的切片賦值給 ss。
func main() {
ss:=[]string{"Golang","張三"}
ss=append(ss,"李四","王五")
fmt.Println(ss)
}現在執行這段程式碼，會看到如下列印結果：
[Golang 張三 李四 王五]
當通過 append 追加元素時，如果切片的容量不夠，append 函式會自動擴容。比如上面的例子，列印出使用 append 前後的切片長度和容量，程式碼如下：
func main() {
ss:=[]string{"Golang","張三"}
fmt.Println("切片ss長度為",len(ss),",容量為",cap(ss))
ss=append(ss,"李四","王五")
fmt.Println("切片ss長度為",len(ss),",容量為",cap(ss))
fmt.Println(ss)
}其中，通過內建的 len 函式獲取切片的長度，通過 cap 函式獲取切片的容量。執行這段程式碼，可以看到列印結果如下：
切片ss長度為 2 ,容量為 2
切片ss長度為 4 ,容量為 4
[Golang 張三 李四 王五]
在呼叫 append 之前，容量是 2，呼叫之後容量是 4，說明自動擴容了。
小提示：append 自動擴容的原理是新建立一個底層陣列，把原來切片內的元素拷貝到新陣列中，然後再返回一個指向新陣列的切片。
資料結構
在 Go 語言中，切片其實是一個結構體，它的定義如下所示：
type SliceHeader struct {
Data uintptr
Len int
Cap int
}SliceHeader 是切片在執行時的表現形式，它有三個欄位 Data、Len 和 Cap。
- Data 用來指向儲存切片元素的陣列。
- Len 代表切片的長度。
- Cap 代表切片的容量。
通過這三個欄位，就可以把一個陣列抽象成一個切片，便於更好的操作，所以不同切片對應的底層 Data 指向的可能是同一個陣列。現在通過一個示例來證明，程式碼如下：
func main() {
a1:=[2]string{"Golang","張三"}
s1:=a1[0:1]
s2:=a1[:]
//列印出s1和s2的Data值，是一樣的
fmt.Println((*reflect.SliceHeader)(unsafe.Pointer(&s1)).Data)
fmt.Println((*reflect.SliceHeader)(unsafe.Pointer(&s2)).Data)
}用 unsafe.Pointer 把它們轉換為 *reflect.SliceHeader 指標，就可以列印出 Data 的值，列印結果如下所示：
824634150744
824634150744
會發現它們是一樣的，也就是這兩個切片共用一個陣列，所以在切片賦值、重新進行切片操作時，使用的還是同一個陣列，沒有複製原來的元素。這樣可以減少記憶體的佔用，提高效率。
注意：多個切片共用一個底層陣列雖然可以減少記憶體佔用，但是如果有一個切片修改內部的元素，其他切片也會受影響。所以在切片作為引數在函式間傳遞的時候要小心，儘可能不要修改原切片內的元素。
切片的本質是 SliceHeader，又因為函式的引數是值傳遞，所以傳遞的是 SliceHeader 的副本，而不是底層陣列的副本。這時候切片的優勢就體現出來了，因為 SliceHeader 的副本記憶體佔用非常少，即使是一個非常大的切片（底層陣列有很多元素），也頂多佔用 24 個位元組的記憶體，這就解決了大陣列在傳參時記憶體浪費的問題。
小提示：SliceHeader 三個欄位的型別分別是 uintptr、int 和 int，在 64 位的機器上，這三個欄位最多也就是 int64 型別，一個 int64 佔 8 個位元組，三個 int64 佔 24 個位元組記憶體。
要獲取切片資料結構的三個欄位的值，也可以不使用 SliceHeader，而是完全自定義一個結構體，只要欄位和 SliceHeader 一樣就可以了。
比如在下面的示例中，通過 unsfe.Pointer 轉換成自定義的 *slice 指標，同樣可以獲取三個欄位對應的值，甚至可以把欄位的名稱改為 d、l 和 c，也可以達到目的。
sh1:=(*slice)(unsafe.Pointer(&s1))
fmt.Println(sh1.Data,sh1.Len,sh1.Cap)
type slice struct {
Data uintptr
Len int
Cap int
}小提示：還是儘可能地用 SliceHeader，因為這是 Go 語言提供的標準，可以保持統一，便於理解。
高效的原因
如果從集合型別的角度考慮，陣列、切片和 map 都是集合型別，因為它們都可以存放元素，但是陣列和切片的取值和賦值操作要更高效，因為它們是連續的記憶體操作，通過索引就可以快速地找到元素儲存的地址。
小提示：當然 map 的價值也非常大，因為它的 Key 可以是很多型別，比如 int、int64、string 等，但是陣列和切片的索引只能是整數。
進一步對比，在陣列和切片中，切片又是高效的，因為它在賦值、函式傳參的時候，並不會把所有的元素都複製一遍，而只是複製 SliceHeader 的三個欄位就可以了，共用的還是同一個底層陣列。
在下面的示例中，定義了兩個函式 arrayF 和 sliceF，分別列印傳入的陣列和切片底層對應的陣列指標。
func main() {
a1:=[2]string{"Golang","張三"}
fmt.Printf("函式main陣列指標：%p\n",&a1)
arrayF(a1)
s1:=a1[0:1]
fmt.Println((*reflect.SliceHeader)(unsafe.Pointer(&s1)).Data)
sliceF(s1)
}
func arrayF(a [2]string){
fmt.Printf("函式arrayF陣列指標：%p\n",&a)
}
func sliceF(s []string){
fmt.Printf("函式sliceF Data：%d\n",(*reflect.SliceHeader)(unsafe.Pointer(&s)).Data)
}然後在 main 函式裡呼叫它們，執行程式會列印如下結果：
函式main陣列指標：0xc0000a6020
函式arrayF陣列指標：0xc0000a6040
824634400800
函式sliceF Data：824634400800同一個陣列在 main 函式中的指標和在 arrayF 函式中的指標是不一樣的，這說明陣列在傳參的時候被複制了，又產生了一個新陣列。而 slice 切片的底層 Data 是一樣的，這說明不管是在 main 函式還是 sliceF 函式中，這兩個切片共用的還是同一個底層陣列，底層陣列並沒有被複制。
小提示：切片的高效還體現在 for range 迴圈中，因為迴圈得到的臨時變數也是個值拷貝，所以在遍歷大的陣列時，切片的效率更高。
切片基於指標的封裝是它效率高的根本原因，因為可以減少記憶體的佔用，以及減少記憶體複製時的時間消耗。
string 和 []byte 互轉
通過 string 和 []byte 相互強制轉換的例子，進一步幫你理解 slice 高效的原因。
比如把一個 []byte 轉為一個 string 字串，然後再轉換回來，示例程式碼如下：
s:="Golang"
b:=[]byte(s)
s3:=string(b)
fmt.Println(s,string(b),s3)在這個示例中，變數 s 是一個 string 字串，它可以通過 []byte(s) 被強制轉換為 []byte 型別的變數 b，又可以通過 string(b) 強制轉換為 string 型別的變數 s3。列印它們三個變數的值，都是
“Golang”。
Go 語言通過先分配一個記憶體再複製內容的方式，實現 string 和 []byte 之間的強制轉換。現在通過 string 和 []byte 指向的真實內容的記憶體地址，來驗證強制轉換是採用重新分配記憶體的方式。如下面的程式碼所示：
s:="Golang"
fmt.Printf("s的記憶體地址：%d\n", (*reflect.StringHeader)(unsafe.Pointer(&s)).Data)
b:=[]byte(s)
fmt.Printf("b的記憶體地址：%d\n",(*reflect.SliceHeader)(unsafe.Pointer(&b)).Data)
s3:=string(b)
fmt.Printf("s3的記憶體地址：%d\n", (*reflect.StringHeader)(unsafe.Pointer(&s3)).Data)執行它們，會發現列印出的記憶體地址都不一樣，這說明雖然內容相同，但已經不是同一個字串了，因為記憶體地址不同。
小提示：可以通過檢視 runtime.stringtoslicebyte 和 runtime.slicebytetostring 這兩個函式的原始碼，瞭解關於 string 和 []byte 型別互轉的具體實現。
通過以上的示例程式碼，已經知道了 SliceHeader 是什麼。其實 StringHeader 和 SliceHeader 一樣，代表的是字串在程式執行時的真實結構，StringHeader 的定義如下所示：
// StringHeader is the runtime representation of a string.
type StringHeader struct {
Data uintptr
Len int
}也就是說，在程式執行的時候，字串和切片本質上就是 StringHeader 和 SliceHeader。這兩個結構體都有一個 Data 欄位，用於存放指向真實內容的指標。所以列印出 Data 這個欄位的值，就可以判斷 string 和 []byte 強制轉換後是不是重新分配了記憶體。
現在已經知道了 []byte(s) 和 string(b) 這種強制轉換會重新拷貝一份字串，如果字串非常大，由於記憶體開銷大，對於有高效能要求的程式來說，這種方式就無法滿足了，需要進行效能優化。
如何優化呢？既然是因為記憶體分配導致記憶體開銷大，那麼優化的思路應該是在不重新申請記憶體的情況下實現型別轉換。
仔細觀察 StringHeader 和 SliceHeader 這兩個結構體，會發現它們的前兩個欄位一模一樣，那麼 []byte 轉 string，就等於通過 unsafe.Pointer 把 *SliceHeader 轉為 *StringHeader，也就是 *[]byte 轉 *string，原理和上面講的把切片轉換成一個自定義的 slice 結構體類似。
在下面的示例中，s4 和 s3 的內容是一樣的。不一樣的是 s4 沒有申請新記憶體（零拷貝），它和變數 b 使用的是同一塊記憶體，因為它們的底層 Data 欄位值相同，這樣就節約了記憶體，也達到了 []byte 轉 string 的目的。
s:="Golang"
b:=[]byte(s)
//s3:=string(b)
s4:=*(*string)(unsafe.Pointer(&b))SliceHeader 有 Data、Len、Cap 三個欄位，StringHeader 有 Data、Len 兩個欄位，所以 *SliceHeader 通過 unsafe.Pointer 轉為 *StringHeader 的時候沒有問題，因為 *SliceHeader 可以提供 *StringHeader 所需的 Data 和 Len 欄位的值。但是反過來卻不行了，因為 *StringHeader 缺少 *SliceHeader 所需的 Cap 欄位，需要自己補上一個預設值。
在下面的示例中，b1 和 b 的內容是一樣的，不一樣的是 b1 沒有申請新記憶體，而是和變數 s 使用同一塊記憶體，因為它們底層的 Data 欄位相同，所以也節約了記憶體。
s:="Golang"
//b:=[]byte(s)
sh:=(*reflect.SliceHeader)(unsafe.Pointer(&s))
sh.Cap = sh.Len
b1:=*(*[]byte)(unsafe.Pointer(sh))注意：通過 unsafe.Pointer 把 string 轉為 []byte 後，不能對 []byte 修改，比如不可以進行 b1[0]=12 這種操作，會報異常，導致程式崩潰。這是因為在 Go 語言中 string 記憶體是隻讀的。
通過 unsafe.Pointer 進行型別轉換，避免記憶體拷貝提升效能的方法在 Go 語言標準庫中也有使用，比如 strings.Builder 這個結構體，它內部有 buf 欄位儲存內容，在通過 String 方法把 []byte 型別的 buf 轉為 string 的時候，就使用 unsafe.Pointer 提高了效率，程式碼如下：
// String returns the accumulated string.
func (b *Builder) String() string {
return *(*string)(unsafe.Pointer(&b.buf))
}string 和 []byte 的互轉就是一個很好的利用 SliceHeader 結構體的示例，通過它可以實現零拷貝的型別轉換，提升了效率，避免了記憶體浪費。
總結
通過 slice 切片的分析，相信你可以更深地感受 Go 的魅力，它把底層的指標、陣列等進行封裝，提供一個切片的概念給開發者，這樣既可以方便使用、提高開發效率，又可以提高程式的效能。
Go 語言設計切片的思路非常有借鑑意義，可以使用 uintptr 或者 slice 型別的欄位來提升效能，就像 Go 語言 SliceHeader 裡的 Data uintptr 欄位一樣。
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