見微知著 帶你透過記憶體看 Slice 和 Array的異同

haohongfan發表於2021-08-24
記憶體

hi, 大家好，我是 hhf。

有這麼一個 Go 面試題：請說出 slice 和 array 的區別？

這簡直就是送分題。現在思考一下，你咋樣回答才能讓面試官滿意呢？

我這裡就不貼這道題的答案了。但是我想記憶體方面簡單分析下 slice 和 array 的區別。

Array

func main() {
  as := [4]int{10, 5, 8, 7}
  
  fmt.Println("as[0]：", as[0])
  fmt.Println("as[1]：", as[1])
  fmt.Println("as[2]：", as[2])
  fmt.Println("as[3]：", as[3])
}

這段很簡單的程式碼，宣告瞭一個 array。當然輸出結果也足夠簡單。

我們現在玩點花活，如何通過非正常的手段訪問陣列裡面的元素呢？在做這個事情之前是需要先知道 array 的底層結構的。其實很簡單，Go array 就是一塊連續的記憶體空間。如下圖所示

寫一段簡單的程式碼，我們不通過下標訪問的方式去獲取元素。通過移動指標的方式去獲取對應位置的指標。

func main() {
    as := [4]int{10, 5, 8, 7}

    p1 := *(*int)(unsafe.Pointer(&as))
    fmt.Println("as[0]:", p1)

    p2 := *(*int)(unsafe.Pointer(uintptr(unsafe.Pointer(&as)) + unsafe.Sizeof(as[0])))
    fmt.Println("as[1]:", p2)

    p3 := *(*int)(unsafe.Pointer(uintptr(unsafe.Pointer(&as)) + unsafe.Sizeof(as[0])*2))
    fmt.Println("as[2]:", p3)

    p4 := *(*int)(unsafe.Pointer(uintptr(unsafe.Pointer(&as)) + unsafe.Sizeof(as[0])*3))
    fmt.Println("as[3]:", p4)
}

結果：

as[0]: 10
as[1]: 5
as[2]: 8
as[3]: 7

下圖演示下獲取對應位置的值的過程：

Slice

同樣對於 slice 這段簡單的程式碼：

func main() {
  as := []int{10, 5, 8, 7}
  
  fmt.Println("as[0]：", as[0])
  fmt.Println("as[1]：", as[1])
  fmt.Println("as[2]：", as[2])
  fmt.Println("as[3]：", as[3])
}

想要通過移動指標的方式獲取 slice 對應位置的值，仍然需要知道 slice 的底層結構。如圖：

func main() {
    as := []int{10, 5, 8, 7}

    p := *(*unsafe.Pointer)(unsafe.Pointer(&as))
    fmt.Println("as[0]:", *(*int)(unsafe.Pointer(uintptr(p))))
    fmt.Println("as[1]:", *(*int)(unsafe.Pointer(uintptr(p) + unsafe.Sizeof(&as[0]))))
    fmt.Println("as[2]:", *(*int)(unsafe.Pointer(uintptr(p) + unsafe.Sizeof(&as[0])*2)))
    fmt.Println("as[3]:", *(*int)(unsafe.Pointer(uintptr(p) + unsafe.Sizeof(&as[0])*3)))

    var Len = *(*int)(unsafe.Pointer(uintptr(unsafe.Pointer(&as)) + uintptr(8)))
    fmt.Println("len", Len) 

    var Cap = *(*int)(unsafe.Pointer(uintptr(unsafe.Pointer(&as)) + uintptr(16)))
    fmt.Println("cap", Cap) 
}

結果：

as[0]: 10
as[1]: 5
as[2]: 8
as[3]: 7
len 4
cap 4

用指標取 slice 的底層 Data 裡面的元素跟 array 稍微有點不同：

  • 對 slice 變數 as 取地址後，拿到的是 SiceHeader 的地址，對這個指標進行移動，得到是 slice 的 Data, Len, Cap。
  • 所以當拿到 Data 的值時，我們拿到的是 Data 所指向的 array 的首地址的值。
  • 由於這個值是個指標，需要對這個值 *Data， 取到 array 真正的首地址的指標值
  • 然後對這個值 &(*Data)，獲取到真正的首地址，然後對這個值進行指標的移動，才能獲取到 slice 的陣列裡的值

獲取 slice cap 和 len:

獲取 slice 的 Data：

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