《快學 Go 語言》第 7 課 —— 誘人的烤串

字串通常有兩種設計，一種是「字元」串，一種是「位元組」串。「字元」串中的每個字都是定長的，而「位元組」串中每個字是不定長的。Go 語言裡的字串是「位元組」串，英文字元佔用 1 個位元組，非英文字元佔多個位元組。這意味著無法透過位置來快速定位出一個完整的字元來，而必須透過遍歷的方式來逐個獲取單個字元。

我們所說的字元通常是指 unicode 字元，你可以認為所有的英文和漢字在 unicode 字符集中都有一個唯一的整數編號，一個 unicode 通常用 4 個位元組來表示，對應的 Go 語言中的字元 rune 佔 4 個位元組。在 Go 語言的原始碼中可以找到下面這行程式碼，rune 型別是一個衍生型別，它在記憶體裡面使用 int32 型別的 4 個位元組儲存。

type rune int32

使用「字元」串來表示字串勢必會浪費空間，因為所有的英文字元本來只需要 1 個位元組來表示，用 rune 字元來表示的話那麼剩餘的 3 個位元組都是零。但是「字元」串有一個好處，那就是可以快速定位。

為了進一步方便讀者理解位元組 byte 和 字元 rune 的關係，我畫了下面這張圖

其中 codepoint 是每個「字」的其實偏移量。Go 語言的字串採用 utf8 編碼，中文漢字通常需要佔用 3 個位元組，英文只需要 1 個位元組。len() 函式得到的是位元組的數量，透過下標來訪問字串得到的是「位元組」。

按位元組遍歷

字串可以透過下標來訪問內部位元組陣列具體位置上的位元組，位元組是 byte 型別

package main

import "fmt"

func main() {
    var s = "嘻哈china"
    for i:=0;i<len(s);i++ {
        fmt.Printf("%x ", s[i])
    }

}

-----------
e5 98 bb e5 93 88 63 68 69 6e 61

按字元 rune 遍歷

package main

import "fmt"

func main() {
    var s = "嘻哈china"
    for codepoint, runeValue := range s {
        fmt.Printf("%d %d ", codepoint, int32(runeValue))
    }
}

-----------
0 22075 3 21704 6 99 7 104 8 105 9 110 10 97

對字串進行 range 遍歷，每次迭代出兩個變數 codepoint 和 runeValue。codepoint 表示字元起始位置，runeValue 表示對應的 unicode 編碼（型別是 rune）。

位元組串的記憶體表示

如果字串僅僅是位元組陣列，那字串的長度資訊是怎麼得到呢？要是字串都是字面量的話，長度尚可以在編譯期計算出來，但是如果字串是執行時構造的，那長度又是如何得到的呢？

var s1 = "hello" // 靜態字面量
var s2 = ""
for i:=0;i<10;i++ {
  s2 += s1 // 動態構造
}
fmt.Println(len(s1))
fmt.Println(len(s2))

為解釋這點，就必須瞭解字串的記憶體結構，它不僅僅是前面提到的那個位元組陣列，編譯器還為它分配了頭部欄位來儲存長度資訊和指向底層位元組陣列的指標，圖示如下，結構非常類似於切片，區別是頭部少了一個容量欄位。

當我們將一個字串變數賦值給另一個字串變數時，底層的位元組陣列是共享的，它只是淺複製了頭部欄位。

字串是隻讀的

你可以使用下標來讀取字串指定位置的位元組，但是你無法修改這個位置上的位元組內容。如果你嘗試使用下標賦值，編譯器在語法上直接拒絕你。

package main

func main() {
    var s = "hello"
    s[0] = 'H'
}
--------
./main.go:5:7: cannot assign to s[0]

切割切割

字串在記憶體形式上比較接近於切片，它也可以像切片一樣進行切割來獲取子串。子串和母串共享底層位元組陣列。

package main

import "fmt"

func main() {
    var s1 = "hello world"
    var s2 = s1[3:8]
    fmt.Println(s2)
}

-------
lo wo

位元組切片和字串的相互轉換

在使用 Go 語言進行網路程式設計時，經常需要將來自網路的位元組流轉換成記憶體字串，同時也需要將記憶體字串轉換成網路位元組流。Go 語言直接內建了位元組切片和字串的相互轉換語法。

package main

import "fmt"

func main() {
    var s1 = "hello world"
    var b = []byte(s1)  // 字串轉位元組切片
    var s2 = string(b)  // 位元組切片轉字串
    fmt.Println(b)
    fmt.Println(s2)
}

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[104 101 108 108 111 32 119 111 114 108 100]
hello world

從節省記憶體的角度出發，你可能會認為位元組切片和字串的底層位元組陣列是共享的。但是事實不是這樣的，底層位元組陣列會被複製。如果內容很大，那麼轉換操作是需要一定成本的。

那為什麼需要複製呢？因為位元組切片的底層陣列內容是可以修改的，而字串的底層位元組陣列是隻讀的，如果共享了，就會導致字串的只讀屬性不再成立。