Golang 切片与内存布局

切片(Slice) - 定义说明

在 Golang 中切片是一个 引用类型,在 进行传递时, 遵守引用传递机制。这种数据结构更 便于使用和管理数据集合。
切片是围绕 动态数组 的概念构建的, 可以 按需自动增长和缩小。切片的动态增长是通过内置函数 append() 来实现的, 这个函数可以快速且高效地增长切片(容量自动以切片长度的倍数扩容), 也可以通过对切片再次切割, 缩小一个切片的大小。
因为切片的底层也是在连续的内存块中分配的, 所以 切片还能获得索引、迭代以及为垃圾回收优化的好处。切片的使用和数组类似, 遍历切片、访问切片的元素和求切片的长度 len() 都一样。

我简单描述下切片的使用姿势和演示说明

package main

import (
    "fmt"
)

func main()  {
    // 声明/定义  var slice []int

    var intArr [5]int = [...]int{1, 2, 3, 4, 5}
    // 定义一个切片, 让切片去引用一个已经创建好的数组, 将数组下标为1的元素到下标为3的元素(不包含3) 转为切片
    slice := intArr[1:3]
    fmt.Println(slice)  //  输出: [2 3]
    // 改变 slice 值
    slice[1] = 10
    fmt.Println(slice)  //  输出: [2 10]
    fmt.Println(intArr) //  输出: [1 2 10 4 5] (由于切片是引用类型, 所以如果切片内将这块引用内容值做修改, 将会改变 intArr 数组内容值, 下面将用内存示意图证明)

    fmt.Println(reflect.TypeOf(slice).Kind())   // 数据类型为切片 slice
    fmt.Println(len(slice), cap(slice))         // 大小为:2  容量为:4

    // slice 底层可以理解为数据结构  struct 结构体
    /*
        type slice struct {
            ptr *[2]int     // [2]int 根据切片而变化
            len int
            cap int
        }
    */

就以上代码我这边整理成了内存布局, 看看内存结构是怎样的

从上面的内存图我们可以看到 (切片内存规则和数组内存规则类似, 可查阅! golang 数组与内存布局, 方便以下内容的理解):

• slice := intArr[1:3] 基于intArr 数组变量 将下标为1-2的元素创建一个新的切片。图中可以看到, slice 切片变量 的两个元素内存地址其实就是对应(指向)到 intArr 数组变量 为下标1-2的元素, slice 切片变量下标为0和1的元素内存地址 = intArr 数组变量下标为1和2的元素内存地址 = 0xc00011e038 和 0xc00011e040, 从而当切片这部分元素值发生变化时, 数组的值也同时发生变化(因为都是指向同个内存地址); 相反, 当数组的值发生变化, 切片的这部分元素也发生变化, 这个应该不难理解。
• 切片的长度 len 表示元素的数量, 而 cap 容量则是个 倍数扩容, 比如: 当元素数量为2的时候, 容量为4; 元素数量达到4的时候, 容量为8; 元素数量达到8的时候, 容量为16 ... 依此类推

切片的声明/定义有三种方式

1. 定义一个切片, 让切片去引用一个已经创建好的数组, 比如上述的案例就是这种方式
2. 通过 make 来创建切片, 基本语法: var 切片名(变量名) []type = make([], len, [cap])
   参数说明: type: 数据类型 | len: 大小 | cap: 指定切片容量, 可选(如果分配了cap, 则要求 cap >= len), 用处不大, 当切片大小达到这个容量时还是可以继续 append, cap 依然会发生变化
3. 定义一个切片, 直接指定具体数组, 使用原理类似 make 方式, 例如: var slice []string = []string{"tom", "jack", "marry"}

特别说明下 make 创建切片的内存示意图

从上面的切片声明/定义来看, ·方式1· 和 ·方式2· 是有点区别的:

• 方式1 是直接引用数组, 这个数组是事先存在的, 程序员是可见的。
• 方式2 是通过make 来创建切片, make 其实也会创建一个数组, 由切片在底层进行维护, 程序员是不可见的。

而使用append扩容的时候, 内存的变化也是不一样的。 因为底层是数组维护, 数组是没办法扩容的。

1) 如果是添加的已存在的切片变量, 比如:

var vnode_slice []int
vnode_slice = append(vnode_slice, 1)
var slice [][]int
slice = append(slice, vnode_slice)

这种情况下, 底层会直接将内存地址同时指向 vnode_slice 变量的内存地址

2) 如果是添加新的数据扩容, 比如:

var slice []int
slice = append(slice, 1)

这种情况下, 底层会新创建一个数组并计算 len和 cap, 将原本的数据拷贝到该新数组中, 然后把原本指向的内存地址改为指向新创建的数组内存地址, (GC)垃圾回收掉之前的数组。

这里就不一一画图了, 脑海中联想出来即可。

好了, 就先介绍到这。