Go高阶指南02，slice 实现原理

slice 切片，因为其可以方便的进行扩容、传递等，在实际应用中比数组更加灵活。切片的一些基础使用可以看下之前的文章，传送门。

这里我们再更加深层次的了解下 slice 。先看几段代码，测试下诸位对 slice 的理解程度。

答题环节

1. 以下程序输出什么？

package main

import (
  "fmt"
)

func main() {
  var array [20]int
  var slice = array[10:11]
  fmt.Println("lenth: ", len(slice))
  fmt.Println("capacity: ", cap(slice))
  fmt.Println(&slice[0] == &array[10])
}

答 案 是：

lenth:  1
capacity:  10
true

slice根据数组array创建，与数组共享存储空间，slice起始位置是array[5]，长度为1，容量为5， slice[0]和array[5]地址相同。

1. 以下程序输出什么？

package main

import (
 "fmt"
)

func main() {
 orderLen := 5
 order := make([]uint16, 2 * orderLen)

 pollorder := order[:orderLen:orderLen]
 lockorder := order[orderLen:][:orderLen:orderLen]

 fmt.Println("len(pollorder) = ", len(pollorder))
 fmt.Println("cap(pollorder) = ", cap(pollorder))
 fmt.Println("len(lockorder) = ", len(lockorder))
 fmt.Println("cap(lockorder) = ", cap(lockorder))
}

答 案 是：

len(pollorder) =  5
cap(pollorder) =  5
len(lockorder) =  5
cap(lockorder) =  5

• order[low:high:max]意思是对 order 进行切片，新切片范围是[low, high),新切片容量是 max；
• order 长度为2倍的 orderLen；
• pollorder 切片是 order 的前半部分切片；
• lockorder 是 order 的后半部分切片，即原 order 分成了两段；
• 所以，pollorder 和 lockerorder 的长度和容量都是 orderLen，即5。

slice 实现原理

源码包 src/runtime/slice.go 定义的 slice 数据结构为：

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

• array 指针指向底层数组
• len 表示切片长度
• cap 表示切片容量

make 创建 slice

make 创建 slice 可以同时指定其长度和容量，底层会分配一个数组，数组的长度即容量。

slice = make([]int,5,10): 表示改 slice 长度为5，容量为10。

数组创建 slice

使用数组来创建 slice 时，slice 与原数组共用一部分内存。 slice := array[5:7] 所创建的 slice ，结构如下图：

切片从数组 array[5] 开始，到数组 array[7] 结束（不包含array[7]），切片长度为 2，数组后面的内容作为切片的预留内存，即容量为5。

slice 扩容

在使用 append 向 slice 追加元素时，若 slice 空间不足则会发生扩容，扩容会重新分配一块更大的内存，将原 slice 拷贝到新 slice ，然后返回新 slice。扩容后再将数据追加进去。

扩容操作只只对容量，扩容后的 slice 长度不变，容量变化规则如下：

• 若 slice 容量够用，则将新元素追加进去，slice.len++，返回原 slice
• 若 slice 容量不够用，将 slice 先扩容，扩容得到新 slice，将新元素追加进新 slice，slice.len++，返回新 slice。

slice copy

使用 copy() 内置函数拷贝两个切片时，会将源切片的数据逐个拷贝到目的的切片指向的数组中，拷贝数量取「两个切片长度的最小值」。

例如将长度为10的切片拷贝到长度为5的切片时，将会拷贝5个元素。也就是说 「copy 不会发生扩容」。

1. 根据数组或切片来生成新的切片一般使用 slice := array[start:end] 方式，这种新生成的切片没有指定容量，新切片的容量是从 start 开始到 array 的结束（注意并不是到 end）。
2. 另一种写法，生成新切片同时指定其容量：slice[start:end:cap] ，其中的 cap 为新切片的容量，容量不能超过原切片实际值。

总结

• 创建切片时可根据实际需要预分配容量，尽量避免追加过程中扩容操作，有利于提升性能
• 切片拷贝时需要判断实际拷贝的元素个数
• 谨慎使用多个切片操作同一个数组，以防读写冲突
• 每个切片都指向一个底层数组
• 每个切片都保存了当前切片的长度、底层数组可用容量
• 使用len()、cap()计算切片长度、容量时，时间复杂度均为O(1)，不需要遍历切片
• 通过函数传递切片时，不会拷贝整个切片，因为切片本身只是个结构体而矣
• 使用 append() 向切片追加元素时有可能触发扩容，扩容后将会生成新的切片