查看slice结构

查看slice内部的构造:在runtime/slice.go中查看源码

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// runtime/slice.go
type slice struct {
array unsafe.Pointer // 元素指针
len int // 长度
cap int // 容量
}

结构剖析,slice 共有三个属性:

  1. 指针,指向底层数组,同一个底层数组可以被多个slice同时指向,因此只要有一个slice修改,其他指向该底层数组的slice也会被修改;
  2. 长度,表示切片可用元素的个数,也就是说使用下标对 slice 的元素进行访问时,下标不能超过 slice 的长度
  3. 容量,底层数组的元素个数,容量 >= 长度。在底层数组不进行扩容的情况下,容量也是 slice 可以扩张的最大限度

对切片进行赋值的时候,实际是对表层结构体的拷贝,但是拷贝出来的结构体与原来的结构体的array指向同一个底层数组。

切片的三种状态

平常我们创建切片的方式有很多种,其实里面就包含了我们切片中的三种状态(零切片,nil切片,空切片),只是很少有人关注罢了

创建方式一 创建方式二 特点
zero slice 【任意数据类型都可以】s1 := make([]int, 10) 【指针类型】s2 := make([]*int, 10) 数组中的元素值都是对应类型的零值
nil slice var s1 []int s1 := *new([]int) 底层数组是nil
empty slice s1 := make([]int, 0) s1 := []int{} 底层数组都指向某一个特殊的内存地址(zerobase)

nil切片与我们的空切片的区别:

  1. nil 切片和空切片很相似,长度和容量都是0,官方建议尽量使用 nil 切片,看原因3。

  2. 创建出来的nil slice,它的长度和容量都为0。指向数组的指针也是0。这里比较混淆的是empty slice,empty slice的长度和容量也都为0,但是所有的空切片的数据指针都指向同一个地址 0xc42003bda0(zerobase)。空切片和 nil slice 比较的结果为false。

  3. nil切片与nil比较为true,空切片与nil比较为false

  4. 序列化之后的结果,nil切片json序列化之后为null,但是空切片序列化之后为[]也就是我们json中的空数组

  5. 结构体中有一个切片属性,我们创建结构体的时候没有给切片属性赋值默认是nil切片,如果赋值[]int{}则为空切片。如下案例中,c1的students就是一个empty slice,但是c2的students是一个nil slice

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    type class struct {
    students []int
    }

    func main() {
    c1 := class{
    students: []int{},
    }
    c2 := class{
    }
    }

截取

语法:data[low:high:max] 要求low <= high <= max,此时长度为high-low,容量为max-low。也就是长度不包括high指向的元素,容量不包括max指向的元素。

  1. s1 := slice[2:5] 表示s1是从slice的2号索引开始,目前的最后一个元素是位于slice的4号索引,也就是说长度位于5号索引位置,容量没有给出的话默认是slice结束
  2. s2 := s1[2:6:7] 表示s2是从s1的2号索引开始,目前的最后一个元素位于s1的5号索引,也就是说长度位于6号索引位置(不包括6号位置),容量是位于7号索引(不包括7号位置)

如图所示:XPEifC

案例:以下结果输出什么?

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func main() {

slice := []int{0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}
s1 := slice[2:5]
s2 := s1[2:6:7]

s2 = append(s2, 100)
s2 = append(s2, 200)

s1[2] = 20

fmt.Println(s1)
fmt.Println(s2)
fmt.Println(slice)
}

输出结果:

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[2 3 20]
[4 5 6 7 100 200]
[0 1 2 3 20 5 6 7 100 9]

扩容

使用append添加元素,如果容量不够将会进行扩容,调用的是growslice函数
传入的三个参数分别是:老的元素的类型,老的切片,最小求得的容量

golang 1.15.5 的 runtime/slice.go 中的growslice函数

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// growslice handles slice growth during append.
// It is passed the slice element type, the old slice, and the desired new minimum capacity,
// and it returns a new slice with at least that capacity, with the old data
// copied into it.
// The new slice's length is set to the old slice's length,
// NOT to the new requested capacity.
// This is for codegen convenience. The old slice's length is used immediately
// to calculate where to write new values during an append.
// TODO: When the old backend is gone, reconsider this decision.
// The SSA backend might prefer the new length or to return only ptr/cap and save stack space.
func growslice(et *_type, old slice, cap int) slice {
if raceenabled {
callerpc := getcallerpc()
racereadrangepc(old.array, uintptr(old.len*int(et.size)), callerpc, funcPC(growslice))
}
if msanenabled {
msanread(old.array, uintptr(old.len*int(et.size)))
}

if cap < old.cap {
panic(errorString("growslice: cap out of range"))
}

if et.size == 0 {
// append should not create a slice with nil pointer but non-zero len.
// We assume that append doesn't need to preserve old.array in this case.
return slice{unsafe.Pointer(&zerobase), old.len, cap}
}

newcap := old.cap
doublecap := newcap + newcap
if cap > doublecap {
newcap = cap
} else {
if old.len < 1024 {
newcap = doublecap
} else {
// Check 0 < newcap to detect overflow
// and prevent an infinite loop.
for 0 < newcap && newcap < cap {
newcap += newcap / 4
}
// Set newcap to the requested cap when
// the newcap calculation overflowed.
if newcap <= 0 {
newcap = cap
}
}
}

var overflow bool
var lenmem, newlenmem, capmem uintptr
// Specialize for common values of et.size.
// For 1 we don't need any division/multiplication.
// For sys.PtrSize, compiler will optimize division/multiplication into a shift by a constant.
// For powers of 2, use a variable shift.
switch {
case et.size == 1:
lenmem = uintptr(old.len)
newlenmem = uintptr(cap)
capmem = roundupsize(uintptr(newcap))
overflow = uintptr(newcap) > maxAlloc
newcap = int(capmem)
case et.size == sys.PtrSize:
lenmem = uintptr(old.len) * sys.PtrSize
newlenmem = uintptr(cap) * sys.PtrSize
capmem = roundupsize(uintptr(newcap) * sys.PtrSize)
overflow = uintptr(newcap) > maxAlloc/sys.PtrSize
newcap = int(capmem / sys.PtrSize)
case isPowerOfTwo(et.size):
var shift uintptr
if sys.PtrSize == 8 {
// Mask shift for better code generation.
shift = uintptr(sys.Ctz64(uint64(et.size))) & 63
} else {
shift = uintptr(sys.Ctz32(uint32(et.size))) & 31
}
lenmem = uintptr(old.len) << shift
newlenmem = uintptr(cap) << shift
capmem = roundupsize(uintptr(newcap) << shift)
overflow = uintptr(newcap) > (maxAlloc >> shift)
newcap = int(capmem >> shift)
default:
lenmem = uintptr(old.len) * et.size
newlenmem = uintptr(cap) * et.size
capmem, overflow = math.MulUintptr(et.size, uintptr(newcap))
capmem = roundupsize(capmem)
newcap = int(capmem / et.size)
}

// The check of overflow in addition to capmem > maxAlloc is needed
// to prevent an overflow which can be used to trigger a segfault
// on 32bit architectures with this example program:
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// type T [1<<27 + 1]int64
//
// var d T
// var s []T
//
// func main() {
// s = append(s, d, d, d, d)
// print(len(s), "\n")
// }
if overflow || capmem > maxAlloc {
panic(errorString("growslice: cap out of range"))
}

var p unsafe.Pointer
if et.ptrdata == 0 {
p = mallocgc(capmem, nil, false)
// The append() that calls growslice is going to overwrite from old.len to cap (which will be the new length).
// Only clear the part that will not be overwritten.
memclrNoHeapPointers(add(p, newlenmem), capmem-newlenmem)
} else {
// Note: can't use rawmem (which avoids zeroing of memory), because then GC can scan uninitialized memory.
p = mallocgc(capmem, et, true)
if lenmem > 0 && writeBarrier.enabled {
// Only shade the pointers in old.array since we know the destination slice p
// only contains nil pointers because it has been cleared during alloc.
bulkBarrierPreWriteSrcOnly(uintptr(p), uintptr(old.array), lenmem-et.size+et.ptrdata)
}
}
memmove(p, old.array, lenmem)

return slice{p, old.len, newcap}
}

扩容规则:新的slice的容量大于等于原来的slice的1.25倍或2倍。当slice容量小于1024的时候,新的容量是原来的2倍,但是超过了1024之后,先是扩容到原来的1.25倍容量,之后还要进行一次内存对齐。

注意点

  1. 将一个切片作为参数与将一个切片的指针作为参数的区别:
    1. 将切片作为参数,如果我们切片进行扩容或者底层数组的指向改变,那么调用者对应的切片指向的底层数组不会改变
    2. 将切片指针作为参数,如果切片

参考

  1. 深度解密Go语言之Slice
  2. 码洞《深度解析 Go 语言中「切片」的三种特殊状态》

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