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GO中的slice使用簡(jiǎn)介(源碼分析slice)

 更新時(shí)間:2023年06月15日 10:56:36   作者:daliucheng  
slice(切片)是go中常見(jiàn)和強(qiáng)大的類型,這篇文章不是slice使用簡(jiǎn)介,從源碼角度來(lái)分析slice的實(shí)現(xiàn),slice的一些迷惑的使用方式,感興趣的朋友跟隨小編一起看看吧

slice表示切片(分片),例如對(duì)一個(gè)數(shù)組進(jìn)行切片,取出數(shù)組中的一部分值。在現(xiàn)代編程語(yǔ)言中,slice(切片)幾乎成為一種必備特性,它可以從一個(gè)數(shù)組(列表)中取出任意長(zhǎng)度的子數(shù)組(列表),為操作數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)帶來(lái)非常大的便利性,如python、perl等都支持對(duì)數(shù)組的slice操作,甚至perl還支持對(duì)hash數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的slice。

但Go中的slice和這些語(yǔ)言的slice不太一樣,前面所說(shuō)的語(yǔ)言中,slice是一種切片的操作,切片后返回一個(gè)新的數(shù)據(jù)對(duì)象。而Go中的slice不僅僅是一種切片動(dòng)作,還是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(就像數(shù)組一樣)。

GO-slice詳解

簡(jiǎn)介

slice(切片)是go中常見(jiàn)和強(qiáng)大的類型,這篇文章不是slice使用簡(jiǎn)介,從源碼角度來(lái)分析slice的實(shí)現(xiàn),slice的一些迷惑的使用方式,同時(shí)也講清楚一些問(wèn)題。

slice的底層實(shí)現(xiàn)是數(shù)組,是對(duì)數(shù)組的抽象

官方有slice相關(guān)的博客

https://go.dev/blog/slices-introhttps://go.dev/blog/slices

slice分析

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

源碼:https://github.com/golang/go/blob/master/src/runtime/slice.go#L14

slice結(jié)構(gòu)如下:

type slice struct {
	array unsafe.Pointer // 數(shù)組指針
	len   int  //切片長(zhǎng)度
	cap   int // 切片容量
}

array:為是底層數(shù)組的指針

len:切片中已有元素的個(gè)數(shù)

cap:底層數(shù)組的長(zhǎng)度

原理概述:

切片的底層實(shí)現(xiàn)是數(shù)組,len是切片的個(gè)數(shù),cap是底層數(shù)組的長(zhǎng)度,當(dāng)往切片中追加元素的時(shí)候,len++,如果len>cap,就會(huì)觸發(fā)切片擴(kuò)容,擴(kuò)容邏輯是算一個(gè)新的cap,并且創(chuàng)建一個(gè)新的底層數(shù)組,將原來(lái)的數(shù)據(jù)copy過(guò)來(lái)。并且創(chuàng)建一個(gè)新的切片(slice)。

可以從一個(gè)切片中創(chuàng)建一個(gè)新的切片,底層數(shù)組是同用的,修改切片元素的時(shí)候會(huì)影響到新的切片。

如果所示:

var s = make([]byte,5)對(duì)應(yīng)的邏輯是,創(chuàng)建一個(gè)長(zhǎng)度和容量為5的數(shù)組,如果所示

切片的創(chuàng)建方式

先看切片的創(chuàng)建方式,說(shuō)這個(gè)問(wèn)題之前,先看看切片的創(chuàng)建方式

聲明

var vocabList []uint64

聲明了一個(gè)[]uint64類型的切片,vocabList為切片的0值,

這得說(shuō)一下go中nil

在 Go 中,nil 是指針、接口、映射、切片、通道和函數(shù)類型的零值,表示未初始化的值。

具體的可以看:https://go101.org/article/nil.html

回到代碼,這表示nil值,它的len和cap都是0,和nil比較結(jié)果為true,這里要說(shuō),nil值對(duì)應(yīng)的具體的類型是在上下文中編譯器推導(dǎo)出來(lái)的

package main
func main() {
	var vocabList []uint64
	println(vocabList == nil)
}
// output:
// true

通過(guò)new創(chuàng)建

var vocabList = *new([]uint64)

new是內(nèi)建函數(shù),用來(lái)分配指定類型的內(nèi)容,返回指向內(nèi)存地址的指針,并且給此地址分配此類型的0值。

字面量創(chuàng)建

var vocabList = []uint64{1,2,3,4}

make

var vocabList = make([]uint64,10)

make接受三個(gè)參數(shù),在創(chuàng)建的時(shí)候指定類型,長(zhǎng)度,容量,不指定容量,默認(rèn)和長(zhǎng)度一樣

代碼如下:

func main() {
	var vocabList = make([]uint64,10)
	fmt.Printf("slice:%v,len:%d,cap:%d",vocabList,len(vocabList),cap(vocabList))
}
// output:
// slice:[0 0 0 0 0 0 0 0 0 0],len:10,cap:10

從切片或數(shù)組截取

var vocabList = resList[3:5]

兩個(gè)切片公用一個(gè)底層數(shù)組,但如果新創(chuàng)建的切片擴(kuò)容了,就不共用了。

問(wèn)題分析

主要分析幾個(gè)問(wèn)題

nil切片和空切片的差異

nil切片是通過(guò) new 和聲明方式創(chuàng)建的切片,go會(huì)給他們nil值,如下面的代碼所示:

var vocabList []int
vocabList == nil //true

空切片是通過(guò)make,字面量方式創(chuàng)建的長(zhǎng)度為0的切片,

vocabList := make([]int,0)
vocabList == nil // false
vocabList1 = []int{}
vocabList1 == nil //false

具體可以看這篇文章:http://chabaoo.cn/jiaoben/288490px1.htm

我下面的代碼和內(nèi)容來(lái)于這篇文章

通過(guò)unsafe.Pointer可以將對(duì)應(yīng)地址中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為任何符合go中類型的變量

可以看到,空切片的是有底層數(shù)組的,并且底層數(shù)組都一樣,其實(shí)也可以說(shuō)空切片執(zhí)行了一個(gè)指定的地址空間,

這個(gè)地址空間在源碼中有定義,當(dāng)分配的大小為0的時(shí)候會(huì)返回這個(gè)地址,要說(shuō)明的是這個(gè)地址空間不是固定的,不是寫死的一個(gè)數(shù),在不同的機(jī)器上運(yùn)行會(huì)有不同的值。

源碼:https://github.com/golang/go/blob/master/src/runtime/malloc.go#L948

兩者的差異:

嵌套在結(jié)構(gòu)體中不容易發(fā)現(xiàn)

package main
type Word struct {
	SenseIds []int
}
func main() {
	word := Word{}
	println(word.SenseIds == nil) //true
	word1 := Word{
		SenseIds: make([]int,0),
	}
	println(word1.SenseIds == nil) //false
}

json序列化

package main
import "encoding/json"
type Word struct {
	SenseIds []int `json:"sense_ids" `
}
func main() {
	word := Word{}
	marshal, err := json.Marshal(word)
	if err != nil {
		return
	}
	println(string(marshal)) //{"sense_ids":null}
	word1 := Word{
		SenseIds: []int{},
	}
	marshal1, err := json.Marshal(word1)
	if err != nil {
		return
	}
	println(string(marshal1)) //{"sense_ids":[]}
}

這個(gè)問(wèn)題我深有體會(huì)

在做一個(gè)需求的時(shí)候,看到編輯器報(bào)黃色提示,提示我將 var a = []int{} 改為var a []int,當(dāng)然,go官方也是這么建議的。我就改了,然后一個(gè)接口就報(bào)錯(cuò)了。給我一頓找,發(fā)現(xiàn)json返回了null。

除此之外,沒(méi)有別的區(qū)別。

切片共用底層數(shù)組

在做截取的時(shí)候,會(huì)創(chuàng)建一個(gè)新的slice,截取語(yǔ)法如下

bSlice := aSlice[start:stop:capacityIndex]
// satrt <= stop <= capacityIndex
//capacityIndex不是必須的,默認(rèn)=原來(lái)切片的cap-startIndex
// 如果指定 新切片的容量為 capacityIndex-start

如圖所示:

有了上面的例子,可以看如下代碼

package main
import (
	"fmt"
)
func main() {
	slice := []int{0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}
	s1 := slice[2:5]  
	fmt.Println("============= 1 ==============")
	fmt.Printf("%v len:%d  cap:%d \n",slice,len(slice),cap(slice))
	fmt.Printf("%v len:%d  cap:%d \n",s1,len(s1),cap(s1))
	s2 := s1[2:6:7]
	fmt.Println("============= 2 ==============")
	fmt.Printf("%v len:%d  cap:%d \n",slice,len(slice),cap(slice))
	fmt.Printf("%v len:%d  cap:%d \n",s1,len(s1),cap(s1))
	fmt.Printf("%v len:%d  cap:%d \n",s2,len(s2),cap(s2))
    // 到這里是正確的切片操作,slice,s1,s2通用底層數(shù)組
	s2 = append(s2, 100) //s2追加100,此時(shí)s2中l(wèi)en=cap,還沒(méi)有觸發(fā)擴(kuò)容操作
	fmt.Println("============= 3 ==============")
	fmt.Printf("%v len:%d  cap:%d \n",slice,len(slice),cap(slice))
	fmt.Printf("%v len:%d  cap:%d \n",s1,len(s1),cap(s1))
	fmt.Printf("%v len:%d  cap:%d \n",s2,len(s2),cap(s2))
	s2 = append(s2, 200)// 200加不進(jìn)去了,觸發(fā)擴(kuò)容操作,此時(shí)s2的底層數(shù)組和s1,slice不一樣了
	fmt.Println("============= 3 ==============")
	fmt.Printf("%v len:%d  cap:%d \n",slice,len(slice),cap(slice))
	fmt.Printf("%v len:%d  cap:%d \n",s1,len(s1),cap(s1))
	fmt.Printf("%v len:%d  cap:%d \n",s2,len(s2),cap(s2))
	s1[2] = 20 // s1和slice底層數(shù)組還是一樣的
	fmt.Println("============= 3 ==============")
	fmt.Printf("%v len:%d  cap:%d \n",slice,len(slice),cap(slice))
	fmt.Printf("%v len:%d  cap:%d \n",s1,len(s1),cap(s1))
	fmt.Printf("%v len:%d  cap:%d \n",s2,len(s2),cap(s2))
}
輸出如下:
============= 1 ==============
[0 1 2 3 4 5 6 7 8 9] len:10  cap:10 
[2 3 4] len:3  cap:8 
============= 2 ==============
[0 1 2 3 4 5 6 7 8 9] len:10  cap:10 
[2 3 4] len:3  cap:8 
[4 5 6 7] len:4  cap:5 
============= 3 ==============
[0 1 2 3 4 5 6 7 100 9] len:10  cap:10 
[2 3 4] len:3  cap:8 
[4 5 6 7 100] len:5  cap:5 
============= 3 ==============
[0 1 2 3 4 5 6 7 100 9] len:10  cap:10 
[2 3 4] len:3  cap:8 
[4 5 6 7 100 200] len:6  cap:10 
============= 3 ==============
[0 1 2 3 20 5 6 7 100 9] len:10  cap:10 
[2 3 20] len:3  cap:8 
[4 5 6 7 100 200] len:6  cap:10 

源碼分析

make創(chuàng)建切片

使用dlv或者go提供的匯編工具可以看到 make調(diào)用了什么函數(shù)

源碼:https://github.com/golang/go/blob/master/src/runtime/slice.go#LL88C18-L88C18

切片的擴(kuò)容規(guī)則

版本不同,擴(kuò)容規(guī)則可能不一樣,例子中g(shù)o版本為:

代碼如下:

package main
import (
	"fmt"
	"unsafe"
)
func main() {
	ints := make([]int, 0) // 創(chuàng)建了一個(gè)長(zhǎng)度為0的切片
	i := *(*[3]int)(unsafe.Pointer(&ints)) // 利用Pointer將slice轉(zhuǎn)換為長(zhǎng)度為3的int數(shù)組,此操作可以查看slice結(jié)構(gòu)體中各個(gè)字段的數(shù)值
	fmt.Printf("slice1:%v \n",i)
	fmt.Printf("slice:%v \n",ints)
	var ints1 = append(ints, 1) // 追加一個(gè)元素
	i2 := *(*[3]int)(unsafe.Pointer(&ints1))
	fmt.Printf("slice2 %v \n",i2)   // slice對(duì)應(yīng)的底層數(shù)組發(fā)生了擴(kuò)容操作,底層數(shù)組已經(jīng)變了
	fmt.Printf("slice2:%v \n",ints)
}

用dlv 查看它的匯編代碼,看擴(kuò)容操作調(diào)用了那些函數(shù)

源碼鏈接:https://github.com/golang/go/blob/master/src/runtime/slice.go#LL157C10-L157C10

// 函數(shù)入?yún)⒄f(shuō)明如下
//1. et 類型
//2. old 老切片
//3. cap 需要分配的指定容量,為了方便期間,調(diào)用這個(gè)函數(shù)的時(shí)候cap傳遞的都是老的slice的cap
func growslice(et *_type, old slice, cap int) slice { 
	if raceenabled { // 是否啟動(dòng)競(jìng)爭(zhēng)檢測(cè)
		callerpc := getcallerpc()
		racereadrangepc(old.array, uintptr(old.len*int(et.size)), callerpc, abi.FuncPCABIInternal(growslice))
	}
	if msanenabled { //內(nèi)存檢查,確保沒(méi)有未初始化的內(nèi)存被使用
		msanread(old.array, uintptr(old.len*int(et.size)))
	}
	if asanenabled { // 檢查內(nèi)存訪問(wèn)是否越界
		asanread(old.array, uintptr(old.len*int(et.size)))
	}
	if cap < old.cap {
		panic(errorString("growslice: cap out of range"))
	}
	if et.size == 0 {
	    // 正常是不會(huì)這樣的,但為了安全還是處理了0的情況
		return slice{unsafe.Pointer(&zerobase), old.len, cap}
	}
	// 開(kāi)始計(jì)算新的cap
	newcap := old.cap
	doublecap := newcap + newcap // 2倍
	if cap > doublecap { // 新的cap要是老的2倍
		newcap = cap
	} else {
		const threshold = 256
		if old.cap < threshold { // cap小于256,newCap為oldCap的兩倍
			newcap = doublecap
		} else {
			for 0 < newcap && newcap < cap {
				// Transition from growing 2x for small slices
				// to growing 1.25x for large slices. This formula
				// gives a smooth-ish transition between the two.
				// 這個(gè)公式可以當(dāng)超過(guò)256之后i,可以實(shí)現(xiàn)1.25到2倍的平滑過(guò)渡
				newcap += (newcap + 3*threshold) / 4  // 這個(gè)公式化簡(jiǎn)一下 newCap = oldCap*1.25 + 192(3/4*256)
			}
			// Set newcap to the requested cap when
			// the newcap calculation overflowed.
			if newcap <= 0 { // 防止溢出
				newcap = cap
			}
		}
	}
    // 下面的邏輯是對(duì)上面計(jì)算出來(lái)的newCap來(lái)做對(duì)齊操作,上面的計(jì)算不是真正的結(jié)果,下面還需要做內(nèi)存對(duì)齊操作。
	var overflow bool
	var lenmem, newlenmem, capmem uintptr
	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 == goarch.PtrSize:
		lenmem = uintptr(old.len) * goarch.PtrSize
		newlenmem = uintptr(cap) * goarch.PtrSize
		capmem = roundupsize(uintptr(newcap) * goarch.PtrSize)
		overflow = uintptr(newcap) > maxAlloc/goarch.PtrSize
		newcap = int(capmem / goarch.PtrSize)
	case isPowerOfTwo(et.size):
		var shift uintptr
		if goarch.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:
	//
	// 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
    // 下面是分配新的數(shù)組
	if et.ptrdata == 0 { // 原slice底層數(shù)組為0,也就是nil切片,
		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) // 然后使用memclrNoHeapPointers函數(shù)來(lái)清除新分配的內(nèi)存
	} else {
		// Note: can't use rawmem (which avoids zeroing of memory), because then GC can scan uninitialized memory.
		p = mallocgc(capmem, et, true) // 分配新的底層數(shù)組
		if lenmem > 0 && writeBarrier.enabled { // 之前有數(shù)據(jù),并且寫屏障已經(jīng)開(kāi)啟
			// 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)
		}
	}
	// copy元素
	memmove(p, old.array, lenmem)
   // 創(chuàng)建新的切片返回
	return slice{p, old.len, newcap}
}

總結(jié)如下:

  • 確定新容量,cap小于256,直接2倍,大于256,新容量=老容量*1.25 * 3/4 * 256
  • 用新容量來(lái)做內(nèi)存對(duì)齊操作
  • 分配新數(shù)組
  • copy數(shù)組
  • 創(chuàng)建切片返回

還有一點(diǎn):

append的操作匯編并沒(méi)有調(diào)用函數(shù),在匯編層面就做了,直接往底層數(shù)組添加元素,只有數(shù)組已經(jīng)滿的情況下才會(huì)觸發(fā)擴(kuò)容操作

內(nèi)存對(duì)齊相關(guān)東西之后在說(shuō)

我們來(lái)一個(gè)例子來(lái)驗(yàn)證一下上面的代碼邏輯:

package main
import "fmt"
func main() {
	var s = []int{}
	oldCap := cap(s)
	for i := 0; i < 2048; i++ {
		s = append(s, i)
		newCap := cap(s)
		if newCap != oldCap {
			// 追加元素,當(dāng)容量發(fā)生變化的時(shí)候,打印,擴(kuò)容之前的元素,cap,導(dǎo)致擴(kuò)容的元素,和擴(kuò)容之后的cap
			fmt.Printf("[%d -> %4d] cap = %-4d    after append %-4d  cap = %-4d\n", 0, i-1, oldCap, i, newCap)
			oldCap = newCap
		}
	}
}
// outPut
[0 ->   -1] cap = 0     |  after append 0     cap = 1   
[0 ->    0] cap = 1     |  after append 1     cap = 2   
[0 ->    1] cap = 2     |  after append 2     cap = 4   
[0 ->    3] cap = 4     |  after append 4     cap = 8   
[0 ->    7] cap = 8     |  after append 8     cap = 16  
[0 ->   15] cap = 16    |  after append 16    cap = 32  
[0 ->   31] cap = 32    |  after append 32    cap = 64  
[0 ->   63] cap = 64    |  after append 64    cap = 128 
[0 ->  127] cap = 128   |  after append 128   cap = 256    // 256之前都是2倍
[0 ->  255] cap = 256   |  after append 256   cap = 512    // 1.25 * 256 + 192 = 512
[0 ->  511] cap = 512   |  after append 512   cap = 848    // 1.25 * 512 + 192 = 832
[0 ->  847] cap = 848   |  after append 848   cap = 1280
[0 -> 1279] cap = 1280  |  after append 1280  cap = 1792
[0 -> 1791] cap = 1792  |  after append 1792  cap = 2560

copy函數(shù)的使用

copy函數(shù)底層調(diào)用的是

底層數(shù)組共用,那copy函數(shù)就可以完成一下幾種操作

移動(dòng)slice中的元素

func main() {
	var vocabs = []int{1,2,3,4,5,6,7,8,9}
	// 現(xiàn)在將5去除掉,將5之后的移動(dòng)到前面 
	copy(vocabs[4:],vocabs[5:])
	fmt.Printf("%v",vocabs)
}
//outPut
[1 2 3 4 6 7 8 9 9]

slice合并

func main() {
	ints := make([]int, 10)
	i1 := make([]int,0, 5)
	for i := 0; i < 5; i++ {
		i1 = append(i1, i)
	}
	i2 := make([]int,0, 5)
	for i := 5; i < 10; i++ {
		i2 = append(i2, i)
	}
	copy(ints,i1) // 從i1全部復(fù)制到ints中
	copy(ints[len(i1):],i2) // 將i2復(fù)制到ints的len(i1)位置開(kāi)始一直到結(jié)束的數(shù)組中
	fmt.Printf("%v\n",i1)
	fmt.Printf("%v\n",i2)
	fmt.Printf("%v\n",ints)
}
// output
[0 1 2 3 4]
[5 6 7 8 9]
[0 1 2 3 4 5 6 7 8 9]

長(zhǎng)度不夠的copy,依dist為準(zhǔn)

package main
import "fmt"
func main() {
	ints := make([]int, 3)
	i1 := make([]int,0, 10)
	for i := 0; i < 10; i++ {
		i1 = append(i1, i)
	}
	copy(ints,i1)
	fmt.Printf("%v",ints)
}
//outPut:
[0 1 2]

問(wèn)題解答

nil 切片可以添加元素嗎?

可以

nil切片就是切片聲明,追加的時(shí)候切片長(zhǎng)度為0,會(huì)引發(fā)擴(kuò)容操作,擴(kuò)容的時(shí)候會(huì)給分配一個(gè)新的數(shù)組。

nil切片和空切片有區(qū)別嗎?

nil切片有兩種方式

聲明new創(chuàng)建

空切片有兩種:

字面量創(chuàng)建但沒(méi)有任何的元素make創(chuàng)建長(zhǎng)度指定為0

使用方式除了下面兩點(diǎn)沒(méi)有別的區(qū)別:

嵌套結(jié)構(gòu)體,不顯性創(chuàng)建為niljson序列化會(huì)為null

slice擴(kuò)容規(guī)則

說(shuō)到前面:它在確定cap之后有內(nèi)存對(duì)齊操作

小于256,是原cap的2倍大于256,是原來(lái)的1.25倍+3/4*256

到這里就結(jié)束了。

到此這篇關(guān)于GO中的slice詳解的文章就介紹到這了,更多相關(guān)go slice詳解內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!

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