原来go语言slice切片底层原理这么简单

Posted 2022-10-16 java叶新东老师

前言

本篇博客不会贴出go的源码，只会告诉你slice用法，因为我们学习一项技术主要学的是编程的思想，眼花缭乱的源码千篇一律，深入人心的思想万里挑一，博客种通过图文的方式介绍底层机制，为的是能让开发人员写出属于自己的技术，而不是生搬硬套去复制别人的代码，相信等你理解了底层原理之后，你完全可以自己写一个动态数组出来，这就是我写博客的初心！

slice是什么

在go语言中，如果想要使用一个连续的内存空间，你可以使用数组，但是数组是固定长度的，无法做到动态扩容。因此切片slice就出现了，你可以先给切片设置一个初始容量，然后往里面添加元素，当切片容量不足时会自动扩容，来装载加入的元素；

用法

    // 初始化长度为5，容量为10的切片
	strings := make([]string, 5, 10)
	// 创建string类型的切片，长度为5，容量为5
	strings1 := make([]string, 5)
	
	// 添加元素
	strings = append(strings , "元素")
    // 修改元素
    strings[1] = "修改的元素"

删除元素

切片本身并没有提供删除的方法，但是我们可以自己实现一个

func main()
    strings := make([]string, 0, 2)
	strings = append(strings, "one")
	strings = append(strings, "two")
	strings = append(strings, "three")
	strings = append(strings, "four")
	newStrings := deleteSlice(strings, "three")
	fmt.Println(newStrings)

/**
 * 删除指定切片的元素 
 * strings 原切片
 * 需要删除的元素
 */
func deleteSlice(strings []string, delStr string)  []string
	newStrings := make([]string, 0, len(strings))
	// 删除元素 three--排除需要删除的元素，将其他元素赋值给新的切片
	for _, v := range strings 
		if v != delStr 
			newStrings = append(newStrings, v)
		
	
	fmt.Printf("删除后的元素%v \\n", newStrings)
	fmt.Println(len(newStrings))
	return newStrings

切片底层用什么结构？

在开始的时候就有介绍过，切片属于动态数组，所以他的底层就是一个数组，在内存中是一段连续的内存空间

长度 和 容量的区别

切片的长度指的是已初始化元素长度大小，什么意思呢？比如下面这个语句

strings := make([]string, 5, 10)

这个语句表示切片的长度未5，容量为10，

• 切片的容量指的就是底层数组的长度，容量为10，就表示底层数组的长度就是10
• 切片的长度指的是已初始化的元素个数，从下图可以看到，前5个元素已经分配了内存空间，并赋予初始值 ""（空字符串），所以它的长度是5
  

可通过以下方式得出切片长度和容量

    strings := make([]string, 5, 10)
	fmt.Printf("长度:%d, 容量:%d",len(strings),cap(strings))

打印结果如下：

长度:5, 容量:10

扩容机制

以上了解了那么多，那么切片的在内部是如何进行扩容的呢？接下来就来揭晓它内部的秘密，首先我们声明一个切片，长度为1，容量为2，然后往这个容量中添加4次元素，看看有什么样的变化

strings := make([]string, 1, 2)
for i := 0; i < 4; i++ 
	strings = append(strings,"1")
	fmt.Printf("第%d次添加元素，长度：%d，容量：%d \\n",i + 1,len(strings),cap(strings))

fmt.Println(strings)

控制台打印结果如下

第1次添加元素，长度：2，容量：2
第2次添加元素，长度：3，容量：4
第3次添加元素，长度：4，容量：4
第4次添加元素，长度：5，容量：8
[ 0 1 2 3 ]

扩容分析

通过以上案例，我们可以分解出每次操作后底层的数组都做了哪些事

0、创建切片

首先，当我们创建好切片后，长度为1，容量为2，长度为1就表示第0个元素已经初始化好了，已经赋值为空字符串了，此时结构如下图

1、第一次添加元素"0"

因为第0个下标的的位置已经被占用了，所以添加的元素就会往后面排，因此会先给下标1的元素先初始化，然后将"0"的值为放到1的位置上，此时大家会发现，容量已经满了，但是这时候还没触发扩容；

2、第二次添加元素"1"

在添加元素前，会先判断数组的容量是否足够，因为这时候容量已经满了，所以一定会触发扩容，扩容原理如下

1. 创建一个新的数组，容量为原数组的2倍
2. 将原数组的内容复制到新数组
3. 将新添加的元素加入到新数组的后面
4. 原数组因为没在使用，稍后gc会将其回收

扩容后的结构如下图 （白色部分表示未分配内存空间）

3、第三次添加元素"2"

这一步是正常的追加元素，追加到后面，和第一次添加元素时一样，容量又满了，但是还未触发扩容

4、第四次添加元素"3"

同样地，在添加元素前，会先判断数组的容量是否足够，因为这时候容量已经满了，所以会再次触发扩容

每次扩容都扩一倍吗？

不是的，，如果每次都扩一倍的话，将会占用大量的内存空间，而很有可能这些空间我们都用不到；所以go语言为了防止数组冗余，做了一些处理

• 当数组容量小于1024时，每次扩容一倍
• 当数组容量大于等于1024时，每次扩容0.25倍，也就是扩容四分之一的容量

多说无益，我们来测试下

strings := make([]string, 1, 2)
	for i := 0; i < 1024; i++ 
		strings = append(strings,fmt.Sprint(i))
	
	fmt.Printf("经过1024次添加元素，长度：%d，容量：%d \\n",len(strings),cap(strings))

打印结果如下，按照计算公式： 1024 * 1.25 = 1280，扩容后就是1280的容量

经过1024次添加元素，长度：1025，容量：1280

切片会缩容吗？

切片不会缩容，扩容后的数组空间，哪怕你不用，也是安安静静地占用着内存空间的，不会进行缩容；

完