深度解析Go语言中的Slice切片

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一、 简介

go中的切片，在某种程度上相当于别的语言中的“数组”。不同点在于切片的长度和容量是可变的，在使用过程中可以进行扩容。

二、数据结构

type slice struct {
	array unsafe.Pointer
	len   int
	cap   int
}
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这就是切片定义的底层源代码，非常简洁

array ：指向切片引用的底层数组，由Go运行时使用unsafe.Pointer管理，允许切片中的任何类型元素。

len：这是切片的长度，代表它包含的元素数量。

cap：这是切片的容量，即在需要分配新的底层数组之前，切片可以容纳的元素的最大数量。

由此我们不难发现，切片内部如果储存数据，还是靠指向底层数组的指针实现的，所以，如果传递切片，那么进行的就是引用传递操作了

三、初始化

初始化可以有以下形式

	// 声明但不初始化
	var a []int
	// 基于 make 进行初始化 len = cap = 10
	b := make([]int, 10)
	// 基于 make 进行初始化 len = 10 cap = 20
	c := make([]int, 10, 20)
	// 直接赋值 len = cap = 10
	d := []int{1,2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10}
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PS:

1. cap 必须大于len，否则会报错
2. 如果len<cap，则访问超出len的元素会报错——数组越界
3. 指定长度但是并未赋值，此时数组长度内的元素全部为该类型的零值
4. 只定义但未声明时，此时变量为空指针nil

源代码：

func makeslice(et *_type, len, cap int) unsafe.Pointer {
	mem, overflow := math.MulUintptr(et.Size_, uintptr(cap))
	if overflow || mem > maxAlloc || len < 0 || len > cap {
		// 注意：当有人使用make([]T, bignumber)时，产生'len超出范围'的错误，
		// 而不是'cap超出范围'的错误。'cap超出范围'也是对的，但由于cap只是隐式提供的，
		// 所以说len更清楚。
		// 参见 golang.org/issue/4085。
		mem, overflow := math.MulUintptr(et.Size_, uintptr(len))
		if overflow || mem > maxAlloc || len < 0 {
			panicmakeslicelen()
		}
		panicmakeslicecap()
	}

	return mallocgc(mem, et, true)
}
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解释：

• 用来计算所需内存的大小

mem, overflow := math.MulUintptr(et.Size_, uintptr(cap))
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• 检查是否有溢出、内存超限或无效的长度和容量

if overflow || mem > maxAlloc || len < 0 || len > cap
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• 内存超限就直接抛出错误
• 调用mallocgc方法进行内存分配

四、内容截取

可以使用下面这种方式对切片进行内容截取

	s := []int{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}
	// s1: [2 3 4 5 6 7 8 9]
	s1 := s[1:]
	// s2: [1 2 3 4 5 6 7 8]
	s2 := s[:len(s)-1]
	// s3: [2 3 4 5 6 7 8]
	s3 := s[1 : len(s)-1]
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PS:其实不管进行什么截取操作，本质上都没有创造新的数组，底层的数组仍然是初始的那一个没有变，只是改变了起始指针的位置，len以及cap的值。

五、切片扩容

func growslice(oldPtr unsafe.Pointer, newLen, oldCap, num int, et *_type) slice {
	oldLen := newLen - num
	// 如果启用了竞态检测，则进行内存读取范围检测
	if raceenabled {
		callerpc := getcallerpc()
		racereadrangepc(oldPtr, uintptr(oldLen*int(et.Size_)), callerpc, abi.FuncPCABIInternal(growslice))
	}
	// 如果启用了内存清理检测，则进行内存读取检测
	if msanenabled {
		msanread(oldPtr, uintptr(oldLen*int(et.Size_)))
	}
	// 如果启用了地址清理检测，则进行内存读取检测
	if asanenabled {
		asanread(oldPtr, uintptr(oldLen*int(et.Size_)))
	}

	// 如果新长度小于0，则抛出异常
	if newLen < 0 {
		panic(errorString("growslice: len out of range"))
	}

	// 如果元素类型的大小为0，则返回一个新的切片，其指针为nil，长度和容量为newLen
	if et.Size_ == 0 {
		return slice{unsafe.Pointer(&zerobase), newLen, newLen}
	}

	// 计算新的容量
	newcap := oldCap
	doublecap := newcap + newcap
	if newLen > doublecap {
		newcap = newLen
	} else {
		const threshold = 256
		if oldCap < threshold {
			newcap = doublecap
		} else {
			for 0 < newcap && newcap < newLen {
				newcap += (newcap + 3*threshold) / 4
			}
			if newcap <= 0 {
				newcap = newLen
			}
		}
	}

	// 根据元素类型的大小，计算内存大小，并检查是否溢出
	var overflow bool
	var lenmem, newlenmem, capmem uintptr
	switch {
	case et.Size_ == 1:
		lenmem = uintptr(oldLen)
		newlenmem = uintptr(newLen)
		capmem = roundupsize(uintptr(newcap))
		overflow = uintptr(newcap) > maxAlloc
		newcap = int(capmem)
	case et.Size_ == goarch.PtrSize:
		lenmem = uintptr(oldLen) * goarch.PtrSize
		newlenmem = uintptr(newLen) * 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 {
			shift = uintptr(sys.TrailingZeros64(uint64(et.Size_))) & 63
		} else {
			shift = uintptr(sys.TrailingZeros32(uint32(et.Size_))) & 31
		}
		lenmem = uintptr(oldLen) << shift
		newlenmem = uintptr(newLen) << shift
		capmem = roundupsize(uintptr(newcap) << shift)
		overflow = uintptr(newcap) > (maxAlloc >> shift)
		newcap = int(capmem >> shift)
	default:
		lenmem = uintptr(oldLen) * et.Size_
		newlenmem = uintptr(newLen) * et.Size_
		capmem, overflow = math.MulUintptr(et.Size_, uintptr(newcap))
		capmem = roundupsize(capmem)
		newcap = int(capmem / et.Size_)
	}

	// 检查是否溢出，以防止在32位架构上触发段错误
	if overflow || capmem > maxAlloc {
		panic(errorString("growslice: len out of range"))
	}

	// 分配内存，并根据情况清理内存
	var p unsafe.Pointer
	if et.PtrBytes == 0 {
		p = mallocgc(capmem, nil, false)
		memclrNoHeapPointers(add(p, newlenmem), capmem-newlenmem)
	} else {
		p = mallocgc(capmem, et, true)
		if lenmem > 0 && writeBarrier.enabled {
			bulkBarrierPreWriteSrcOnly(uintptr(p), uintptr(oldPtr), lenmem-et.Size_+et.PtrBytes)
		}
	}
	// 将旧切片的数据移动到新的内存位置
	memmove(p, oldPtr, lenmem)

	// 返回新的切片
	return slice{p, newLen, newcap}
}

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主要包含以下内容：

• 检查新长度是否合法，如果不合法则抛出异常。
• 计算新的容量，如果新长度超过当前容量的两倍，则直接使用新长度作为新容量；否则，根据一定的规则逐步增加容量，直到满足需求。
• 分配新的内存空间，并将旧切片的数据复制到新的内存空间。
• 返回一个新的切片，其底层数组指向新分配的内存，长度和容量更新为新的值。
  PS ：
  倘若老容量小于 256，则直接采用老容量的2倍作为新容量；倘若老容量已经大于等于 256，则在老容量的基础上扩容 1/4 的比例并且累加上 192 的数值，持续这样处理，直到得到的新容量已经大于等于预期的新容量为止

六、元素删除

删除其实本质上跟截取是一样的

	s := []int{0, 1, 2, 3, 4}
	// [1,2,3,4]
	s = s[1:]
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	s := []int{0, 1, 2, 3, 4}
	// [0,1,2,3]
	s = s[0 : len(s)-1]
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七、切片拷贝

切片拷贝有两种方式
一种是普通的简单拷贝，就是引用传递

s := []int{0, 1, 2, 3, 4}
s1 := s
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另一种是深度拷贝，创建出一个和 slice 容量大小相等的独立的内存区域，并将原 slice 中的元素一一拷贝到新空间中

s := []int{0, 1, 2, 3, 4}
s1 := make([]int, len(s))
copy(s1, s)
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