Golang切片原理

　　在Golang语言开发过程中，我们经常会用到数组和切片数据结构，数组是固定长度的，而切片是可以扩张的数组，那么切片底层到底有什么不同？接下来我们来详细分析一下内部实现。一、内部数据结构
　　首先我们来看一下数据结构typeslicestruct｛arrayunsafe。Pointer数据lenint长度capint容量｝
　　这里的array其实是指向切片管理的内存块首地址，而len就是切片的实际使用大小，cap就是切片的容量。
　　我们可以通过下面的代码输出slice：packagemainimport（fmtunsafe）funcmain（）｛data：make（〔〕int，0，3）fmt。Println（unsafe。Sizeof（data），len（data），cap（data））Output：24，0，3通过指针方式拿到切片内部的值ptr：unsafe。Pointer（data）opt：（〔3〕int）（ptr）fmt。Println（opt〔0〕，opt〔1〕，opt〔2〕）Output：824634891936，0，3dataappend（data，4）fmt。Println（unsafe。Sizeof（data））Output：24shallowCopy：data〔：1〕ptr1：unsafe。Pointer（shallowCopy）opt1：（〔3〕int）（ptr1）fmt。Println（opt1〔0〕）Output：824634891936｝
　　这么分析下来，我们可以了解如下内容：切片的数据结构大小是24，int占8字节，指针占8字节在不发生扩容的情况下，切片指向的首选地址不变常用的关于切片的方法有make，copy二、声明
　　使用一个切片通常有两种方法：
　　一种是varslice〔〕int，称为声明；
　　另一种是slicemake（〔〕int，len，cap）这种方法，称为分配内存。三、创建make
　　创建一个slice，实质上是在分配内存。funcmakeslice（ettype，len，capint）unsafe。Pointer｛获取需要申请的内存大小mem，overflow：math。MulUintptr（et。size，uintptr（cap））ifoverflowmemmaxAlloclen0lencap｛mem，overflow：math。MulUintptr（et。size，uintptr（len））ifoverflowmemmaxAlloclen0｛panicmakeslicelen（）超过内存限制超过最大分配量长度小于0｝panicmakeslicecap（）长度大于容量｝分配内存runtimemalloc。goreturnmallocgc（mem，et，true）｝
　　这里跟一下细节，math。MulUintptr是基于底层的指针计算乘法的，这样计算不会导致超出int大小，这个方法在后面会经常用到。funcMulUintptr（a，buintptr）（uintptr，bool）｛ifab1（4sys。PtrSize）a0｛sys。PtrSize8returnab，falsea和b都小于32位，乘积肯定小于64位｝overflow：bMaxUintptraMaxUintptruintptr（0），也就是64个1returnab，overflow｝
　　同样，对于int64的长度，也有对应的方法funcmakeslice64（ettype，len64，cap64int64）unsafe。Pointer｛len：int（len64）ifint64（len）！len64｛panicmakeslicelen（）｝cap：int（cap64）ifint64（cap）！cap64｛panicmakeslicecap（）｝returnmakeslice（et，len，cap）｝
　　而实际分配内存的操作调用mallocgc这个分配内存的函数，这个函数以后再分析。四、扩容机制
　　我们了解切片和数组最大的不同就是切片能够自动扩容，接下来看看切片是如何扩容的funcgrowslice（ettype，oldslice，capint）slice｛前置条件ifcapold。cap｛panic（errorString（growslice：capoutofrange））｝如果新切片的长度为0，返回空数据，长度为旧切片的长度ifet。size0｛returnslice｛unsafe。Pointer（zerobase），old。len，cap｝｝1、先记录原先的容量newcap：old。cap2、尝试2倍扩容doublecap：newcapnewcapifcapdoublecap｛如果指定容量大于原有容量的2倍，则按新增容量申请newcapcap｝else｛3、如果指定容量小于原容量2倍，则按以下的计算方式为新容量ifold。len1024｛如果原容量小于1024，新容量是原容量的2倍newcapdoublecap｝else｛原容量大于1024，按原容量的1。25倍递增for0newcapnewcapcap｛newcapnewcap4｝ifnewcap0｛校验容量是否溢出newcapcap｝｝｝varoverflowboolvarlenmem，newlenmem，capmemuintptr为加速计算（不用乘除法）对于2的幂，使用变位处理下面的处理使内存对齐switch｛caseet。size1：lenmemuintptr（old。len）newlenmemuintptr（cap）capmemroundupsize（uintptr（newcap））overflowuintptr（newcap）maxAllocnewcapint（capmem）caseet。sizesys。PtrSize：lenmemuintptr（old。len）sys。PtrSizenewlenmemuintptr（cap）sys。PtrSizecapmemroundupsize（uintptr（newcap）sys。PtrSize）overflowuintptr（newcap）maxAllocsys。PtrSizenewcapint（capmemsys。PtrSize）caseisPowerOfTwo（et。size）：2的幂varshiftuintptrifsys。PtrSize8｛Maskshiftforbettercodegeneration。shiftuintptr（sys。Ctz64（uint64（et。size）））63｝else｛shiftuintptr（sys。Ctz32（uint32（et。size）））31｝lenmemuintptr（old。len）shiftnewlenmemuintptr（cap）shiftcapmemroundupsize（uintptr（newcap）shift）overflowuintptr（newcap）（maxAllocshift）newcapint（capmemshift）default：lenmemuintptr（old。len）et。sizenewlenmemuintptr（cap）et。sizecapmem，overflowmath。MulUintptr（et。size，uintptr（newcap））capmemroundupsize（capmem）newcapint（capmemet。size）｝判断是否会溢出，是否会超出可分配ifoverflowcapmemmaxAlloc｛panic（errorString（growslice：capoutofrange））｝内存分配varpunsafe。Pointerifet。ptrdata0｛pmallocgc（capmem，nil，false）回收内存memclrNoHeapPointers（add（p，newlenmem），capmemnewlenmem）｝else｛Note：cantuserawmem（whichavoidszeroingofmemory），becausethenGCcanscanuninitializedmemory。pmallocgc（capmem，et，true）iflenmem0writeBarrier。enabled｛gcOnlyshadethepointersinold。arraysinceweknowthedestinationsliceponlycontainsnilpointersbecauseithasbeenclearedduringalloc。bulkBarrierPreWriteSrcOnly（uintptr（p），uintptr（old。array），lenmem）｝｝数据拷贝memmove（p，old。array，lenmem）returnslice｛p，old。len，newcap｝｝
　　这里可以看到，growslice是返回了一个新的slice，也就是说如果发生了扩容，会发生拷贝。
　　所以我们在使用过程中，如果预先知道容量，可以预先分配好容量再使用，能提高运行效率。五、深拷贝
　　copy这个函数在内部实现为slicecopyfuncslicecopy（to，fmslice，widthuintptr）int｛前置条件iffm。len0to。len0｛return0｝n：fm。lenifto。lenn｛nto。len｝元素长度为0，直接返回ifwidth0｛returnn｝size：uintptr（n）width拷贝内存ifsize1｛（byte）（to。array）（byte）（fm。array）knowntobeabytepointer｝else｛memmove（to。array，fm。array，size）｝returnn｝
　　还有关于字符串的拷贝funcslicestringcopy（to〔〕byte，fmstring）int｛前置条件iflen（fm）0len（to）0｛return0｝n：len（fm）iflen（to）n｛nlen（to）｝memmove（unsafe。Pointer（to〔0〕），stringStructOf（fm）。str，uintptr（n））returnn｝
　　这里显示了可以把string拷贝成〔〕byte，不能把〔〕byte拷贝成string。六、总结
　　1、切片的数据结构是array内存地址，len长度，cap容量
　　2、make的时候需要注意容量长度分配的内存大小要小于264，并且要小于可分配的内存量，同时长度不能大于容量。
　　3、内存增长的过程：如果指定的容量大于原先的2倍，就按照指定的容量如果原先的容量小于1024，按2倍容量扩张如果原先的容量大于1024，就按1。25倍扩张，会小于指定的容量容量大小确定完之后，会进行内存对齐
　　4、当发生内存扩容时，会发生拷贝数据的现象，影响程序运行的效率，如果可以，要先分配好指定的容量
　　5、关于拷贝，可以把string拷贝成〔〕byte，不能把〔〕byte拷贝成string。