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淺談Go數(shù)組比切片好在哪

更新時間：2021年09月17日 16:00:14 作者：煎魚

Go1.17 會正式支持切片轉(zhuǎn)換到數(shù)據(jù)，不再需要用以前那種騷辦法了，本文就談談Go數(shù)組比切片好在哪，感興趣的可以了解一下

數(shù)組是什么

Go 語言中有一種基本數(shù)據(jù)類型，叫數(shù)組。其格式為：[n]T。是一個包含 N 個類型 T 的值的數(shù)組。

基本聲明格式為：

var a [10]int

代表的是聲明了一個變量 a 是一個包含 10 個整數(shù)的數(shù)組。數(shù)組的長度是其類型的一部分，所以數(shù)組不能被隨意調(diào)整大小。

在使用例子上：

func main() {
 var a [2]string
 a[0] = "腦子進"
 a[1] = "煎魚了"
 fmt.Println(a[0], a[1])
 fmt.Println(a)

 primes := [6]int{2, 3, 5, 7, 11, 13}
 fmt.Println(primes)
}

輸出結(jié)果：

腦子進煎魚了
[腦子進煎魚了]
[2 3 5 7 11 13]

在賦值和訪問上，數(shù)組可以針對不同的索引，進行單獨操作。在內(nèi)存布局上，數(shù)組的索引 0 和 1...是會在相鄰區(qū)域，可直接訪問。

切片是什么

為什么數(shù)組在業(yè)務代碼似乎用的很少。因為 Go 語言有一個切片的數(shù)據(jù)類型：

基本聲明格式為：

var a []T

代表的是變量 a 是帶有類型元素的切片T。通過指定兩個索引（下限和上限）并用冒號隔開來形成切片：

a[low : high]

在使用例子上：

func main() {
 primes := [3]string{"煎魚", "搞", "Go"}

 var s []string = primes[1:3]
 fmt.Println(s)
}

輸出結(jié)果：

[搞 Go]

切片支持動態(tài)的擴縮容，不需要用戶側(cè)去關注，非常便利。更重要的一點是，切片的底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中本身就包含了數(shù)組：

type slice struct {
 array unsafe.Pointer
 len   int
 cap   int
}

也就很多人笑稱：在 Go 語言中數(shù)組已經(jīng)可以下崗了，用切片就完事了...

你怎么看待這個說法的呢，快速思考你心中的答案。

數(shù)組的優(yōu)勢

在風塵仆仆介紹完數(shù)組和切片的基本場景后，在數(shù)組的優(yōu)勢方面，先了解一下官方的自述：

Arrays are useful when planning the detailed layout of memory and sometimes can help avoid allocation, but primarily they are a building block for slices.

非常粗暴間接：在規(guī)劃內(nèi)存的詳細布局時，數(shù)組是很有用的，有時可以幫助避免分配，但主要是它們是分片的構(gòu)建塊。

我們再進一步解讀，看看官方這股 “密文” 具體指的是什么，我們將該密文解讀為以下內(nèi)容進行講解：

可比較。
編譯安全。
長度是類型。
規(guī)劃內(nèi)存布局。
訪問速度。

可比較

數(shù)組是固定長度的，它們之間是可以進行比較的，數(shù)組是值對象（不是引用或指針類型），你不會遇到 interface 等比較的誤判：

func main() {
 a1 := [3]string{"腦子", "進", "煎魚了"}
 a2 := [3]string{"煎魚", "進", "腦子了"}
 a3 := [3]string{"腦子", "進", "煎魚了"}

 fmt.Println(a1 == a2, a1 == a3)
}

輸出結(jié)果：

false true

另一方面，切片不可以直接比較，也不能用于判斷：

func main() {
 a1 := []string{"腦子", "進", "煎魚了"}
 a2 := []string{"煎魚", "進", "腦子了"}
 a3 := []string{"腦子", "進", "煎魚了"}

 fmt.Println(a1 == a2, a1 == a3)
}

輸出結(jié)果：

# command-line-arguments
./main.go:10:17: invalid operation: a1 == a2 (slice can only be compared to nil)
./main.go:10:27: invalid operation: a1 == a3 (slice can only be compared to nil)

同時數(shù)組可以作為 map 的 k（鍵），而切片不行，切片并沒有實現(xiàn)平等運算符（equality operator），需要考慮的問題有非常多，例如：

涉及淺層與深層比較。
指針與值比較。
如何處理遞歸類型。

平等是為結(jié)構(gòu)體和數(shù)組定義的，所以這類類型可以作為 map 鍵使用。切片沒有平等的定義，有著非常根本的差距。

數(shù)組的可比較和平等，切片做不到。

編譯安全

數(shù)組可以提供更高的編譯時安全，可以在編譯時檢查索引范圍。如下：

s := make([]int, 3)
s[3] = 3 // "Only" a runtime panic: runtime error: index out of range

a := [3]int{}
a[3] = 3 // Compile-time error: invalid array index 3 (out of bounds for 3-element array)

這個編譯檢查的幫助雖 “小”，但其實非常有意義。我是日?？吹礁鞔笄衅浇绲母婢杏X都能背下來了...

萬一這個越界是在 hot path 上，影響大量用戶，分分鐘背個事故，再來個 3.25，豈不夢中驚醒？

數(shù)組的編譯安全，切片做不到。

長度是類型

數(shù)組的長度是數(shù)組類型聲明的一部分，因此長度不同的數(shù)組是不同的類型，兩個就不是一個 “東西”。

當然，這是一把雙刃劍。其優(yōu)勢在于：可用于顯式指定所需數(shù)組的長度。

例如：你在業(yè)務代碼中想編寫一個使用 IPv4 地址的函數(shù)。可以聲明 type [4]byte。使用數(shù)組有以下意識：

有了編譯時的保證，也就是達到傳遞給你的函數(shù)的值將恰好具有4個字節(jié)，不多也不少的效果。
如果長度不對，也就可以認為是無效的 IPv4 地址，非常方便。

同時數(shù)組的長度，也可以用做記錄目的：

MD5 類型，在 crypto/md5包中，md5.Sum 方法返回類型為的值，[Size]byte 其中 md5.Size 一個常量為16：MD5 校驗和的長度。
IPv4 類型，所聲明的 [4]byte 正確記錄了有 4 個字節(jié)。
RGB 類型，所聲明的 [3]byte 告訴有對每個顏色成分 1 個字節(jié)。

在特定業(yè)務場景上，使用數(shù)組更好。

規(guī)劃內(nèi)存布局

數(shù)組可以更好地控制內(nèi)存布局，因為不能直接在帶有切片的結(jié)構(gòu)中分配空間，所以可以使用數(shù)組來解決。

例如：

type Foo struct {
    buf [64]byte
}

不知道你是否有在一些 Go 圖形庫上見過這種不明所以的操作，例子如下：

type TGIHeader struct {
    _        uint16 // Reserved
    _        uint16 // Reserved
    Width    uint32
    Height   uint32
    _        [15]uint32 // 15 "don't care" dwords
    SaveTime int64
}

因為業(yè)務需求，我們需要實現(xiàn)一個格式，其中格式是 "TGI"（理論上的Go Image），頭包含這樣的字段：

有 2 個保留字（每個16位）。
有 1 個字的圖像寬度。
有 1 個字的圖像高度。
有 15 個業(yè)務 "不在乎 "的字節(jié)。
有 1 個保存時間，圖像的保存時間為8字節(jié)，是自1970年1月1日UTC以來的納秒數(shù)。

這么一看，也就不難理解數(shù)組的在這個場景下的優(yōu)勢了。定長，可控的內(nèi)存，在計劃內(nèi)存布局時非常有用。

訪問速度

使用數(shù)組時，其訪問（單個）數(shù)組元素比訪問切片元素更高效，時間復雜度是 O（1）。例如：

 var a [2]string
 a[0] = "腦子進"
 a[1] = "煎魚了"
 fmt.Println(a[0], a[1])

切片就沒那么方便了，訪問某個位置上的索引值，需要：

 var a []int{0, 1, 2, 3, 4, 5}  
  number := numbers[1:3]

相對復雜些的，刪除指定索引位上的值，可能還有小伙伴糾結(jié)半天，甚至在找第三方開源庫想快速實現(xiàn)。

無論在訪問速度和開發(fā)效率上，數(shù)組都占一定的優(yōu)勢，這是切片所無法直接對比的。

總結(jié)

經(jīng)過一輪的探討，我們對 Go 語言的數(shù)組有了更深入的理解?？偨Y(jié)如下：

數(shù)組是值對象，可以進行比較，可以將數(shù)組用作 map 的映射鍵。而這些，切片都不可以，不能比較，無法作為 map 的映射鍵。
數(shù)組有編譯安全的檢查，可以在早起就避免越界行為。切片是在運行時會出現(xiàn)越界的 panic，階段不同。
數(shù)組可以更好地控制內(nèi)存布局，若拿切片替換，會發(fā)現(xiàn)不能直接在帶有切片的結(jié)構(gòu)中分配空間，數(shù)組可以。
數(shù)組在訪問單個元素時，性能比切片好。
數(shù)組的長度，是類型的一部分。在特定場景下具有一定的意義。
數(shù)組是切片的基礎，每個數(shù)組都可以是一個切片，但并非每個切片都可以是一個數(shù)組。如果值是固定大小，可以通過使用數(shù)組來獲得較小的性能提升（至少節(jié)省 slice 頭占用的空間）。