浅谈golang slice 切片原理
作者：逝水-无痕
slice介绍
数组的长度在定义之后无法再次修改；数组是值类型，每次传递都将产生一份副本。显然这种数据结构无法完全满足开发者的真实需求。在初始定义数组时，我们并不知道需要多大的数组，因此我们就需要“动态数组”。在Go里面这种数据结构叫slice，slice并不是真正意义上的动态数组，而是一个引用类型。slice总是指向一个底层array，slice的声明也可以像array一样，只是不需要长度，它是可变长的，可以随时往slice里面加数据。
初看起来，数组切片就像一个指向数组的指针，实际上它拥有自己的数据结构，而不仅仅是个指针。数组切片的数据结构可以抽象为以下3个变量：
1．一个指向原生数组的指针（point）：指向数组中slice指定的开始位置；
2．数组切片中的元素个数（len）：即slice的长度；
3．数组切片已分配的存储空间（cap）：也就是slice开始位置到数组的最后位置的长度。
从底层实现的角度来看，数组切片实际上仍然使用数组来管理元素，基于数组，数组切片添加了一系列管理功能，可以随时动态扩充存放空间，并且可以被随意传递而不会导致所管理的元素被重复复制。
slice声明
声明slice时方括号[]内没有任何数据
声明一个元素类型为int的slice
var mySlice []int 声明两个元素类型为byte的slice
golang 中的 slice 非常强大，让数组操作非常方便高效。在开发中不定长度表示的数组全部都是 slice 。但是很多同学对 slice 的模糊认识，造成认为golang中的数组是引用类型，结果就是在实际开发中碰到很多坑，以至于出现一些莫名奇妙的问题，数组中的数据丢失了。
下面我们就开始详细理解下 slice ，理解后会对开发出高效的程序非常有帮助。
这个是 slice 的数据结构，它很简单，一个指向真实 array 地址的指针 ptr ，slice 的长度 len 和容量 cap 。
其中 len 和 cap 就是我们在调用 len(slice) 和 cap(slice) 返回的值。
我们来按照 slice 的数据结构定义来解析出 ptr, len, cap
// 按照上图定义的数据结构
type Slice struct {
ptr unsafe.Pointer // Array pointer
len int // slice length
cap int // slice capacity
}
下面写一个完整的程序，尝试把golang中slice的内存区域转换成我们定义的 Slice 进行解析
package main
import (
"fmt"
"unsafe"
)
// 按照上图定义的数据结构
type Slice struct {
ptr unsafe.Pointer // Array pointer
len int // slice length
cap int // slice capacity
}
// 因为需要指针计算，所以需要获取int的长度
// 32位 int length = 4
// 64位 int length = 8
var intLen = int(unsafe.Sizeof(int(0)))
func main() {
s := make([]int, 10, 20)
// 利用指针读取 slice memory 的数据
if intLen == 4 { // 32位
m := *(*[4 + 4*2]byte)(unsafe.Pointer(&s))
fmt.Println("slice memory:", m)
} else { // 64 位
m := *(*[8 + 8*2]byte)(unsafe.Pointer(&s))
fmt.Println("slice memory:", m)
}
// 把slice转换成自定义的 Slice struct
slice := (*Slice)(unsafe.Pointer(&s))
fmt.Println("slice struct:", slice)
fmt.Printf("ptr:%v len:%v cap:%v \n", slice.ptr, slice.len, slice.cap)
fmt.Printf("golang slice len:%v cap:%v \n", len(s), cap(s))
s[0] = 0
s[1] = 1
s[2] = 2
// 转成数组输出
arr := *(*[3]int)(unsafe.Pointer(slice.ptr))
fmt.Println("array values:", arr)
// 修改 slice 的 len
slice.len = 15
fmt.Println("Slice len: ", slice.len)
fmt.Println("golang slice len: ", len(s))
}
运行一下查看结果
$ go run slice.go
slice memory: [0 64 6 32 200 0 0 0 10 0 0 0 0 0 0 0 20 0 0 0 0 0 0 0]
slice struct: &{0xc820064000 10 20}
ptr:0xc820064000 len:10 cap:20
golang slice len:10 cap:20
array values: [0 1 2]
Slice len: 15
golang slice len: 15
看到了，golang slice 的memory内容，和自定义的 Slice 的值，还有按照 slice 中的指针指向的内存，就是实际 Array 数据。当修改了 slice 中的len， len(s) 也变了。
接下来结合几个例子，了解下slice一些用法
声明一个Array通常使用 make ，可以传入2个参数，也可传入3个参数，第一个是数据类型，第二个是 len ，第三个是 cap 。如果不穿入第三个参数，则 cap=len ，append 可以用来向数组末尾追加数据。
这是一个 append 的测试
// 每次cap改变，指向array的ptr就会变化一次
s := make([]int, 1)
fmt.Printf("len:%d cap: %d array ptr: %v \n", len(s), cap(s), *(*unsafe.Pointer)(unsafe.Pointer(&s)))
for i := 0; i < 5; i++ {
s = append(s, i)
fmt.Printf("len:%d cap: %d array ptr: %v \n", len(s), cap(s), *(*unsafe.Pointer)(unsafe.Pointer(&s)))
}
fmt.Println("Array:", s)
运行结果
len:1 cap: 1 array ptr: 0xc8200640f0 len:2 cap: 2 array ptr: 0xc820064110 len:3 cap: 4 array ptr: 0xc8200680c0 len:4 cap: 4 array ptr: 0xc8200680c0 len:5 cap: 8 array ptr: 0xc82006c080 len:6 cap: 8 array ptr: 0xc82006c080 Array: [0 0 1 2 3 4]
看出来了吧，每次cap改变的时候指向array内存的指针都在变化。当在使用 append 的时候，如果 cap==len 了这个时候就会新开辟一块更大内存，然后把之前的数据复制过去。
实际go在append的时候放大cap是有规律的。在 cap 小于1024的情况下是每次扩大到 2 * cap ，当大于1024之后就每次扩大到 1.25 * cap 。所以上面的测试中cap变化是 1, 2, 4, 8
在实际使用中，我们最好事先预期好一个cap，这样在使用append的时候可以避免反复重新分配内存复制之前的数据，减少不必要的性能消耗。
创建切片
s := []int{1, 2, 3, 4, 5}
fmt.Printf("len:%d cap: %d array ptr: %v \n", len(s), cap(s), *(*unsafe.Pointer)(unsafe.Pointer(&s)))
fmt.Println("Array:", s)
s1 := s[1:3]
fmt.Printf("len:%d cap: %d array ptr: %v \n", len(s1), cap(s1), *(*unsafe.Pointer)(unsafe.Pointer(&s1)))
fmt.Println("Array", s1)
运行结果
len:5 cap: 5 array ptr: 0xc820012210 Array: [1 2 3 4 5] len:2 cap: 4 array ptr: 0xc820012218 Array [2 3]
在一个切片基础上创建新的切片 s1 ，新切片的 ptr 指向的就是 s1[0] 数据的内存地址。可以看到指针地址 0xc820012210 与 0xc820012218 相差 8byte 正好是一个int类型长度，cap也相应的变为4
就写到这里了，总结一下，切片的结构是指向数据的指针，长度和容量。复制切片，或者在切片上创建新切片，切片中的指针都指向相同的数据内存区域。
知道了切片原理就可以在开发中避免出现错误了，希望这篇博客可以给大家带来帮助。也希望大家多多支持脚本之家。