【Go】深入剖析slice和array

array 和 slice 看似相似，却有着极大的不同，但他们之间还有着千次万缕的联系 slice 是引用类型、是 array 的引用，相当于动态数组，
这些都是 slice 的特性，但是 slice 底层如何表现，内存中是如何分配的，特别是在程序中大量使用 slice 的情况下，怎样可以高效使用 slice？
今天借助 Go 的 unsafe 包来探索 array 和 slice 的各种奥妙。

数组

slice 是在 array 的基础上实现的，需要先详细了解一下数组。

** 维基上如此介绍数组：**

在计算机科学中，数组数据结构（英语：array data structure），简称数组（英语：Array），是由相同类型的元素（element）的集合所组成的数据结构，分配一块连续的内存来存储，利用元素的索引（index）可以计算出该元素对应的存储地址。
** 数组设计之初是在形式上依赖内存分配而成的，所以必须在使用前预先请求空间。这使得数组有以下特性：**

1. 请求空间以后大小固定，不能再改变（数据溢出问题）；
2. 在内存中有空间连续性的表现，中间不会存在其他程序需要调用的数据，为此数组的专用内存空间；
3. 在旧式编程语言中（如有中阶语言之称的C），程序不会对数组的操作做下界判断，也就有潜在的越界操作的风险（比如会把数据写在运行中程序需要调用的核心部分的内存上）。

根据维基的介绍，了解到数组是存储在一段连续的内存中，每个元素的类型相同，即是每个元素的宽度相同，可以根据元素的宽度计算元素存储的位置。
通过这段介绍总结一下数组有一下特性：

• 分配在连续的内存地址上
• 元素类型一致，元素存储宽度一致
• 空间大小固定，不能修改
• 可以通过索引计算出元素对应存储的位置（只需要知道数组内存的起始位置和数据元素宽度即可）
• 会出现数据溢出的问题（下标越界）

Go 中的数组如何实现的呢，恰恰就是这么实现的，实际上几乎所有计算机语言，数组的实现都是相似的，也拥有上面总结的特性。
Go 语言的数组不同于 C 语言或者其他语言的数组，C 语言的数组变量是指向数组第一个元素的指针；
而 Go 语言的数组是一个值，Go 语言中的数组是值类型，一个数组变量就表示着整个数组，意味着 Go 语言的数组在传递的时候，传递的是原数组的拷贝。

在程序中数组的初始化有两种方法 arr := [10]int{} 或 var arr [10]int，但是不能使用 make 来创建，数组这节结束时再探讨一下这个问题。
使用 unsafe来看一下在内存中都是如何存储的吧：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21

package main

import (
	"fmt"
	"unsafe"
)

func main() {
	var arr = [3]int{1, 2, 3}

	fmt.Println(unsafe.Sizeof(arr))
	size := unsafe.Sizeof(arr[0])

	// 获取数组指定索引元素的值
	fmt.Println(*(*int)(unsafe.Pointer(uintptr(unsafe.Pointer(&arr[0])) + 1*size)))

	// 设置数组指定索引元素的值
	*(*int)(unsafe.Pointer(uintptr(unsafe.Pointer(&arr[0])) + 1*size)) = 10

	fmt.Println(arr[1])
}

这段代码的输出如下 (Go Playground)：

12
2
10

首先说 12 是 fmt.Println(unsafe.Sizeof(arr)) 输出的，unsafe.Sizeof 用来计算当前变量的值在内存中的大小，12 这个代表一个 int 有4个字节，3 * 4 就是 12。
这是在32位平台上运行得出的结果， 如果在64位平台上运行数组的大小是 24。从这里可以看出 [3]int 在内存中由3个连续的 int 类型组成，且有 12 个字节那么长，这就说明了数组在内存中没有存储多余的数据，只存储元素本身。

size := unsafe.Sizeof(arr[0]) 用来计算单个元素的宽度，int在32位平台上就是4个字节，uintptr(unsafe.Pointer(&arr[0])) 用来计算数组起始位置的指针，1*size 用来获取索引为1的元素相对数组起始位置的偏移，unsafe.Pointer(uintptr(unsafe.Pointer(&arr[0])) + 1*size)) 获取索引为1的元素指针，*(*int) 用来转换指针位置的数据类型， 因为 int 是4个字节，所以只会读取4个字节的数据，由元素类型限制数据宽度，来确定元素的结束位置，因此得到的结果是 2。

上一个步骤获取元素的值，其中先获取了元素的指针，赋值的时候只需要对这个指针位置设置值就可以了， *(*int)(unsafe.Pointer(uintptr(unsafe.Pointer(&arr[0])) + 1*size)) = 10 就是用来给指定下标元素赋值。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

package main

import (
	"fmt"
	"unsafe"
)

func main() {
	n:= 10
	var arr = [n]int{}
	fmt.Println(arr)
}

如上代码，动态的给数组设定长度，会导致编译错误 non-constant array bound n， 由此推导数组的所有操作都是编译时完成的，会转成对应的指令，通过这个特性知道数组的长度是数组类型不可或缺的一部分，并且必须在编写程序时确定。
可以通过 GOOS=linux GOARCH=amd64 go tool compile -S array.go 来获取对应的汇编代码，在 array.go 中做一些数组相关的操作，查看转换对应的指令。

之前的疑问，为什么数组不能用 make 创建？ 上面分析了解到数组操作是在编译时转换成对应指令的，而 make 是在运行时处理（特殊状态下会做编译器优化，make可以被优化，下面 slice 分析时来讲）。

slice

因为数组是固定长度且是值传递，很不灵活，所以在 Go 程序中很少看到数组的影子。然而 slice 无处不在，slice 以数组为基础，提供强大的功能和遍历性。
slice 的类型规范是[]T，slice T元素的类型。与数组类型不同，slice 类型没有指定的长度。

** slice 申明的几种方法：**

s := []int{1, 2, 3} 简短的赋值语句
var s []int var 申明
make([]int, 3, 8) 或 make([]int, 3) make 内置方法创建
s := ss[:5] 从切片或者数组创建

** slice 有两个内置函数来获取其属性：**

len 获取 slice 的长度
cap 获取 slice 的容量

slice 的属性，这东西是什么，还需借助 unsafe 来探究一下。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20

package main

import (
	"fmt"
	"unsafe"
)

func main() {
	s := make([]int, 10, 20)

	s[2] = 100
	s[9] = 200

	size := unsafe.Sizeof(0)
	fmt.Printf("%x\n", *(*uintptr)(unsafe.Pointer(&s)))
	fmt.Println(*(*int)(unsafe.Pointer(uintptr(unsafe.Pointer(&s)) + size)))
	fmt.Println(*(*int)(unsafe.Pointer(uintptr(unsafe.Pointer(&s)) + size*2)))

	fmt.Println(*(*[20]int)(unsafe.Pointer(*(*uintptr)(unsafe.Pointer(&s)))))
}

这段代码的输出如下 (Go Playground)：

c00007ce90
10
20
[0 0 100 0 0 0 0 0 0 200 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0]

这段输出除了第一个，剩余三个好像都能看出点什么， 10 不是创建 slice 的长度吗，20 不就是指定的容量吗， 最后这个看起来有点像 slice 里面的数据，但是数量貌似有点多，从第三个元素和第十个元素来看，正好是给 slice 索引 2 和 10 指定的值，但是切片不是长度是 10 个吗，难道这个是容量，容量刚好是 20个。

第二和第三个输出很好弄明白，就是 slice 的长度和容量， 最后一个其实是 slice 引用底层数组的数据，因为创建容量为 20，所以底层数组的长度就是 20，从这里了解到切片是引用底层数组上的一段数据，底层数组的长度就是 slice 的容量，由于数组长度不可变的特性，当 slice 的长度达到容量大小之后就需要考虑扩容，不是说数组长度不能变吗，那 slice 怎么实现扩容呢， 其实就是在内存上分配一个更大的数组，把当前数组上的内容拷贝到新的数组上， slice 来引用新的数组，这样就实现扩容了。

说了这么多，还是没有看出来 slice 是如何引用数组的，额…… 之前的程序还有一个输出没有搞懂是什么，难道这个就是底层数组的引用。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38

package main

import (
	"fmt"
	"unsafe"
)

func main() {
	arr := [10]int{1, 2, 3}
	arr[7] = 100
	arr[9] = 200

	fmt.Println(arr)

	s1 := arr[:]
	s2 := arr[2:8]

	size := unsafe.Sizeof(0)
	fmt.Println("----------s1---------")
	fmt.Printf("%x\n", *(*uintptr)(unsafe.Pointer(&s1)))
	fmt.Printf("%x\n", uintptr(unsafe.Pointer(&arr[0])))

	fmt.Println(*(*int)(unsafe.Pointer(uintptr(unsafe.Pointer(&s1)) + size)))
	fmt.Println(*(*int)(unsafe.Pointer(uintptr(unsafe.Pointer(&s1)) + size*2)))

	fmt.Println(s1)
	fmt.Println(*(*[10]int)(unsafe.Pointer(*(*uintptr)(unsafe.Pointer(&s1)))))

	fmt.Println("----------s2---------")
	fmt.Printf("%x\n", *(*uintptr)(unsafe.Pointer(&s2)))
	fmt.Printf("%x\n", uintptr(unsafe.Pointer(&arr[0]))+size*2)

	fmt.Println(*(*int)(unsafe.Pointer(uintptr(unsafe.Pointer(&s2)) + size)))
	fmt.Println(*(*int)(unsafe.Pointer(uintptr(unsafe.Pointer(&s2)) + size*2)))

	fmt.Println(s2)
	fmt.Println(*(*[8]int)(unsafe.Pointer(*(*uintptr)(unsafe.Pointer(&s2)))))
}

以上代码输出如下(Go Playground)：

[1 2 3 0 0 0 0 100 0 200]
———-s1———
c00001c0a0
c00001c0a0
10
10
[1 2 3 0 0 0 0 100 0 200]
[1 2 3 0 0 0 0 100 0 200]
———-s2———
c00001c0b0
c00001c0b0
6
8
[3 0 0 0 0 100]
[3 0 0 0 0 100 0 200]

这段输出看起来有点小复杂，第一行输出就不用说了吧，这个是打印整个数组的数据。先分析一下 s1 变量的下面的输出吧，s1 := arr[:] 引用了整个数组，所以在第5、6行输出都是10，因为数组长度为10，所有 s1 的长度和容量都为10，那第3、4行输出是什么呢，他们怎么都一样呢，之前分析数组的时候 通过 uintptr(unsafe.Pointer(&arr[0])) 来获取数组起始位置的指针的，那么第4行打印的就是数组的指针，这么就了解了第三行输出的是上面了吧，就是数组起始位置的指针，所以 *(*uintptr)(unsafe.Pointer(&s1)) 获取的就是引用数组的指针，但是这个并不是数组起始位置的指针，而是 slice 引用数组元素的指针，为什么这么说呢？

接着看 s2 变量下面的输出吧，s2 := arr[2:8] 引用数组第3~8的元素，那么 s2 的长度就是 6。 根据经验可以知道 s2 变量输出下面第3行就是 slice 的长度，但是为啥第4行是 8 呢，slice 应用数组的指定索引起始位置到数组结尾就是 slice 的容量， 所以 所以从第3个位置到末尾，就是8个容量。在看第1行和第2行的输出，之前分析数组的时候通过 uintptr(unsafe.Pointer(&arr[0]))+size*2 来获取数组指定索引位置的指针，那么这段第2行就是数组索引为2的元素指针，*(*uintptr)(unsafe.Pointer(&s2)) 是获取切片的指针，第1行和第2行输出一致，所以 slice 实际是引用数组元素位置的指针，并不是数组起始位置的指针。

** 总结：**

• slice 是的起始位置是引用数组元素位置的指针。
• slice 的长度是引用数组元素起始位置到结束位置的长度。
• slice 的容量是引用数组元素起始位置到数组末尾的长度。

经过上面一轮分析了解到 slice 有三个属性，引用数组元素位置指针、长度和容量。实际上 slice 的结构像下图一样：

slice 增长

slice 是如何增长的，用 unsafe 分析一下看看：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23

package main

import (
	"fmt"
	"unsafe"
)

func main() {
	s := make([]int, 9, 10)

	// 引用底层的数组地址
	fmt.Printf("%x\n", *(*uintptr)(unsafe.Pointer(&s)))

	s = append(s, 1)

	// 引用底层的数组地址
	fmt.Printf("%x\n", *(*uintptr)(unsafe.Pointer(&s)))

	s = append(s, 1)

	// 引用底层的数组地址
	fmt.Printf("%x\n", *(*uintptr)(unsafe.Pointer(&s)))
}

以上代码的输出(Go Playground):

c000082e90
9 10
c000082e90
10 10
c00009a000
11 20

从结果上看前两次地址是一样的，初始化一个长度为9，容量为10的 slice，当第一次 append 的时候容量是足够的，所以底层引用数组地址未发生变化，此时 slice 的长度和容量都为10，之后再次 append 的时候发现底层数组的地址不一样了，因为 slice 的长度超过了容量，但是新的 slice 容量并不是11而是20，这要说 slice 的机制了，因为数组长度不可变，想扩容 slice就必须分配一个更大的数组，并把之前的数据拷贝到新数组，如果一次只增加1个长度，那就会那发生大量的内存分配和数据拷贝，这个成本是很大的，所以 slice 是有一个增长策略的。

Go 标准库 runtime/slice.go 当中有详细的 slice 增长策略的逻辑：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78

func growslice(et *_type, old slice, cap int) slice {
    .....
    
    // 计算新的容量，核心算法用来决定slice容量增长
	newcap := old.cap
	doublecap := newcap + newcap
	if cap > doublecap {
		newcap = cap
	} else {
		if old.len < 1024 {
			newcap = doublecap
		} else {
			for 0 < newcap && newcap < cap {
				newcap += newcap / 4
			}
			if newcap <= 0 {
				newcap = cap
			}
		}
	}

    // 根据et.size调整新的容量
	var overflow bool
	var lenmem, newlenmem, capmem uintptr
	switch {
	case et.size == 1:
		lenmem = uintptr(old.len)
		newlenmem = uintptr(cap)
		capmem = roundupsize(uintptr(newcap))
		overflow = uintptr(newcap) > maxAlloc
		newcap = int(capmem)
	case et.size == sys.PtrSize:
		lenmem = uintptr(old.len) * sys.PtrSize
		newlenmem = uintptr(cap) * sys.PtrSize
		capmem = roundupsize(uintptr(newcap) * sys.PtrSize)
		overflow = uintptr(newcap) > maxAlloc/sys.PtrSize
		newcap = int(capmem / sys.PtrSize)
	case isPowerOfTwo(et.size):
		var shift uintptr
		if sys.PtrSize == 8 {
			// Mask shift for better code generation.
			shift = uintptr(sys.Ctz64(uint64(et.size))) & 63
		} else {
			shift = uintptr(sys.Ctz32(uint32(et.size))) & 31
		}
		lenmem = uintptr(old.len) << shift
		newlenmem = uintptr(cap) << shift
		capmem = roundupsize(uintptr(newcap) << shift)
		overflow = uintptr(newcap) > (maxAlloc >> shift)
		newcap = int(capmem >> shift)
	default:
		lenmem = uintptr(old.len) * et.size
		newlenmem = uintptr(cap) * et.size
		capmem = roundupsize(uintptr(newcap) * et.size)
		overflow = uintptr(newcap) > maxSliceCap(et.size)
		newcap = int(capmem / et.size)
	}

    ......
	
	var p unsafe.Pointer
	if et.kind&kindNoPointers != 0 {
		p = mallocgc(capmem, nil, false)  // 分配新的内存
		memmove(p, old.array, lenmem) // 拷贝数据
		memclrNoHeapPointers(add(p, newlenmem), capmem-newlenmem)
	} else {
		p = mallocgc(capmem, et, true) // 分配新的内存
		if !writeBarrier.enabled {
			memmove(p, old.array, lenmem)
		} else {
			for i := uintptr(0); i < lenmem; i += et.size {
				typedmemmove(et, add(p, i), add(old.array, i)) // 拷贝数据
			}
		}
	}

	return slice{p, old.len, newcap} // 新slice引用新的数组，长度为旧数组的长度，容量为新数组的容量
}

基本呢就三个步骤，计算新的容量、分配新的数组、拷贝数据到新数组，社区很多人分享 slice 的增长方法，实际都不是很精确，因为大家只分析了计算 newcap 的那一段，也就是上面注释的第一部分，下面的 switch 根据 et.size 来调整 newcap 一段被直接忽略，社区的结论是：”如果 selic 的容量小于1024个元素，那么扩容的时候 slice 的 cap 就翻番，乘以2；一旦元素个数超过1024个元素，增长因子就变成1.25，即每次增加原来容量的四分之一” 大多数情况也确实如此，但是根据 newcap 的计算规则，如果新的容量超过旧的容量2倍时会直接按新的容量分配，真的是这样吗?

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15

package main

import (
	"fmt"
)

func main() {
	s := make([]int, 10, 10)
	fmt.Println(len(s), cap(s))
	s2 := make([]int, 40)

	s = append(s, s2...)
	fmt.Println(len(s), cap(s))

}

以上代码的输出(Go Playground):

10 10
50 52

这个结果有点出人意料， 如果是2倍增长应该是 10 * 2 * 2 * 2 结果应该是80， 如果说新的容量高于旧容量的两倍但结果也不是50，实际上 newcap 的结果就是50，那段逻辑很好理解，但是switch 根据 et.size 来调整 newcap 后就是52了，这段逻辑走到了 case et.size == sys.PtrSize 这段，详细的以后做源码分析再说。

** 总结 **

• 当 slice 的长度超过其容量，会分配新的数组，并把旧数组上的值拷贝到新的数组
• 逐个元素添加到 slice 并操过其容量， 如果 selic 的容量小于1024个元素，那么扩容的时候 slice 的 cap 就翻番，乘以2；一旦元素个数超过1024个元素，增长因子就变成1.25，即每次增加原来容量的四分之一。
• 批量添加元素，当新的容量高于旧容量的两倍，就会分配比新容量稍大一些，并不会按上面第二条的规则扩容。
• 当 slice 发生扩容，引用新数组后，slice 操作不会再影响旧的数组，而是新的数组（社区经常讨论的传递 slice 容量超出后，修改数据不会作用到旧的数据上），所以往往设计函数如果会对长度调整都会返回新的 slice，例如 append 方法。

slice 是引用类型？

slice 不发生扩容，所有的修改都会作用在原数组上，那如果把 slice 传递给一个函数或者赋值给另一个变量会发生什么呢，slice 是引用类型，会有新的内存被分配吗。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57

package main

import (
	"fmt"
	"strings"
	"unsafe"
)

func main() {
	s := make([]int, 10, 20)

	size := unsafe.Sizeof(0)
	fmt.Printf("%p\n", &s)
	fmt.Printf("%x\n", *(*uintptr)(unsafe.Pointer(&s)))
	fmt.Println(*(*int)(unsafe.Pointer(uintptr(unsafe.Pointer(&s)) + size)))
	fmt.Println(*(*int)(unsafe.Pointer(uintptr(unsafe.Pointer(&s)) + size*2)))

	slice(s)

	s1 := s
	fmt.Printf("%p\n", &s1)
	fmt.Printf("%x\n", *(*uintptr)(unsafe.Pointer(&s1)))
	fmt.Println(*(*int)(unsafe.Pointer(uintptr(unsafe.Pointer(&s1)) + size)))
	fmt.Println(*(*int)(unsafe.Pointer(uintptr(unsafe.Pointer(&s1)) + size*2)))

	fmt.Println(strings.Repeat("-", 50))

	*(*int)(unsafe.Pointer(uintptr(unsafe.Pointer(&s1)) + size)) = 20

	fmt.Printf("%x\n", *(*uintptr)(unsafe.Pointer(&s)))
	fmt.Println(*(*int)(unsafe.Pointer(uintptr(unsafe.Pointer(&s)) + size)))
	fmt.Println(*(*int)(unsafe.Pointer(uintptr(unsafe.Pointer(&s)) + size*2)))

	fmt.Printf("%x\n", *(*uintptr)(unsafe.Pointer(&s1)))
	fmt.Println(*(*int)(unsafe.Pointer(uintptr(unsafe.Pointer(&s1)) + size)))
	fmt.Println(*(*int)(unsafe.Pointer(uintptr(unsafe.Pointer(&s1)) + size*2)))

	fmt.Println(s)
	fmt.Println(s1)
	fmt.Println(strings.Repeat("-", 50))

	s2 := s
	s2 = append(s2, 1)

	fmt.Println(len(s), cap(s), s)
	fmt.Println(len(s1), cap(s1), s1)
	fmt.Println(len(s2), cap(s2), s2)

}

func slice(s []int) {
	size := unsafe.Sizeof(0)
	fmt.Printf("%p\n", &s)
	fmt.Printf("%x\n", *(*uintptr)(unsafe.Pointer(&s)))
	fmt.Println(*(*int)(unsafe.Pointer(uintptr(unsafe.Pointer(&s)) + size)))
	fmt.Println(*(*int)(unsafe.Pointer(uintptr(unsafe.Pointer(&s)) + size*2)))
}

这个例子(Go Playground)比较长就不逐一分析了，在这个例子里面调用函数传递 slice 其变量的地址发生了变化， 但是引用数组的地址，slice 的长度和容量都没有变化， 这说明是对 slice 的浅拷贝，拷贝 slice 的三个属性创建一个新的变量，虽然引用底层数组还是一个，但是变量并不是一个。

第二个创建 s1 变量，使用 s 为其赋值，发现 s1 和函数调用一样也是 s 的浅拷贝，之后修改 s1 的长度发现 s1 的长度发生变化，但是 s 的长度保持不变， 这也说明 s1 就是 s 的浅拷贝。

这样设计有什么优势呢，第三步创建 s2 变量， 并且 append 一个元素， 发现 s2 的长度发生变化了， s 并没有，虽然这个数据就在底层数组上，但是用常规的方法 s 是看不到第11个位置上的数据的， s1 因为长度覆盖到第11个元素，所有能够看到这个数据的变化。这里能看到采用浅拷贝的方式可以使得切片的属性各自独立，而不会相互影响，这样可以有一定的隔离性，缺点也很明显，如果两个变量都引用同一个数组，同时 append， 在不发生扩容的情况下，总是最后一个 append 的结果被保留，可能引起一些编程上疑惑。

** 总结 **

slice 是引用类型，但是和 C 传引用是有区别的， C 里面的传引用是在编译器对原变量数据引用， 并不会发生内存分配，而 Go 里面的引用类型传递和赋值会进行浅拷贝，在32位平台上有12个字节的内存分配， 在64位上有24字节的内存分配。

* 传引用和引用类型是有区别的， slice 是引用类型。*

slice 的三种状态

slice 有三种状态：零切片、空切片、nil切片。

零切片

所有的类型都有零值，如果 slice 所引用数组元素都没有赋值，就是所有元素都是类型零值，那这就是零切片。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14

package main

import "fmt"

func main() {
	var s = make([]int, 10)
	fmt.Println(s)

	var s1 = make([]*int, 10)
	fmt.Println(s1)

	var s2 = make([]string, 10)
	fmt.Println(s2)
}

以上代码输出(Go Playground):

[0 0 0 0 0 0 0 0 0 0]
[ ]
[ ]

零切片很好理解，数组元素都为类型零值即为零切片，这种状态下的 slice 和正常的 slice 操作没有任何区别。

空切片

空切片可以理解就是切片的长度为0，就是说 slice 没有元素。 社区大多数解释空切片为引用底层数组为 zerobase 这个特殊的指针。但是从操作上看空切片所有的表现就是切片长度为0，如果容量也为零底层数组就会指向 zerobase ，这样就不会发生内存分配， 如果容量不会零就会指向底层数据，会有内存分配。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43

package main

import (
	"fmt"
	"reflect"
	"strings"
	"unsafe"
)

func main() {
	var s []int
	s1 := make([]int, 0)
	s2 := make([]int, 0, 0)
	s3 := make([]int, 0, 100)

	arr := [10]int{}
	s4 := arr[:0]

	fmt.Println(strings.Repeat("--s--", 10))
	fmt.Println(*(*reflect.SliceHeader)(unsafe.Pointer(&s)))
	fmt.Println(s)
	fmt.Println(s == nil)

	fmt.Println(strings.Repeat("--s1--", 10))
	fmt.Println(*(*reflect.SliceHeader)(unsafe.Pointer(&s1)))
	fmt.Println(s1)
	fmt.Println(s1 == nil)

	fmt.Println(strings.Repeat("--s2--", 10))
	fmt.Println(*(*reflect.SliceHeader)(unsafe.Pointer(&s2)))
	fmt.Println(s2)
	fmt.Println(s2 == nil)

	fmt.Println(strings.Repeat("--s3--", 10))
	fmt.Println(*(*reflect.SliceHeader)(unsafe.Pointer(&s3)))
	fmt.Println(s3)
	fmt.Println(s3 == nil)

	fmt.Println(strings.Repeat("--s4--", 10))
	fmt.Println(*(*reflect.SliceHeader)(unsafe.Pointer(&s4)))
	fmt.Println(s4)
	fmt.Println(s4 == nil)
}

以上代码输出(Go Playground):

–s—-s—-s—-s—-s—-s—-s—-s—-s—-s–
{0 0 0}
[]
–s1—-s1—-s1—-s1—-s1—-s1—-s1—-s1—-s1—-s1–
{18349960 0 0}
[]
–s2—-s2—-s2—-s2—-s2—-s2—-s2—-s2—-s2—-s2–
{18349960 0 0}
[]
–s3—-s3—-s3—-s3—-s3—-s3—-s3—-s3—-s3—-s3–
{824634269696 0 100}
[]
–s4—-s4—-s4—-s4—-s4—-s4—-s4—-s4—-s4—-s4–
{824633835680 0 10}
[]

以上示例中除了 s 其它的 slice 都是空切片，打印出来全部都是 []，s 是nil切片下一小节说。要注意 s1 和 s2 的长度和容量都为0，且引用数组指针都是 18349960， 这点太重要了，因为他们都指向 zerobase 这个特殊的指针，是没有内存分配的。

nil切片

什么是nil切片，这个名字说明nil切片没有引用任何底层数组，底层数组的地址为nil就是nil切片。上一小节中的 s 就是一个nil切片，它的底层数组指针为0，代表是一个 nil 指针。

总结

零切片就是其元素值都是元素类型的零值的切片。
空切片就是数组指针不为nil，且 slice 的长度为0。
nil切片就是引用底层数组指针为 nil 的 slice。

操作上零切片、空切片和正常的切片都没有任何区别，但是nil切片会多两个特性，一个nil切片等于 nil 值，且进行 json 序列化时其值为 null，nil切片还可以通过赋值为 nil 获得。

数组与 slice 大比拼

对数组和 slice 做了性能测试，源码在 GitHub。

对不同容量和数组和切片做性能测试，代码如下，分为：100、1000、10000、100000、1000000、10000000

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19

func BenchmarkSlice100(b *testing.B) {
	for i := 0; i < b.N; i++ {
		s := make([]int, 100)
		for i, v := range s {
			s[i] = 1 + i
			_ = v
		}
	}
}

func BenchmarkArray100(b *testing.B) {
	for i := 0; i < b.N; i++ {
		a := [100]int{}
		for i, v := range a {
			a[i] = 1 + i
			_ = v
		}
	}
}

测试结果如下：

goos: darwin
goarch: amd64
pkg: github.com/thinkeridea/example/array_slice/test
BenchmarkSlice100-8 20000000 69.8 ns/op 0 B/op 0 allocs/op
BenchmarkArray100-8 20000000 69.0 ns/op 0 B/op 0 allocs/op
BenchmarkSlice1000-8 5000000 318 ns/op 0 B/op 0 allocs/op
BenchmarkArray1000-8 5000000 316 ns/op 0 B/op 0 allocs/op
BenchmarkSlice10000-8 200000 9024 ns/op 81920 B/op 1 allocs/op
BenchmarkArray10000-8 500000 3143 ns/op 0 B/op 0 allocs/op
BenchmarkSlice100000-8 10000 114398 ns/op 802816 B/op 1 allocs/op
BenchmarkArray100000-8 20000 61856 ns/op 0 B/op 0 allocs/op
BenchmarkSlice1000000-8 2000 927946 ns/op 8003584 B/op 1 allocs/op
BenchmarkArray1000000-8 5000 342442 ns/op 0 B/op 0 allocs/op
BenchmarkSlice10000000-8 100 10555770 ns/op 80003072 B/op 1 allocs/op
BenchmarkArray10000000-8 50 22918998 ns/op 80003072 B/op 1 allocs/op
PASS
ok github.com/thinkeridea/example/array_slice/test 23.333s

从上面的结果可以发现数组和 slice 在1000以内的容量上时性能机会一致，而且都没有内存分配，这应该是编译器对 slice 的特殊优化。
从10000~1000000容量时数组的效率就比slice好了一倍有余，主要原因是数组在没有内存分配做了编译优化，而 slice 有内存分配。
但是10000000容量往后数组性能大幅度下降，slice 是数组性能的两倍，两个都在运行时做了内存分配，其实这么大的数组还真是不常见，也没有比较做编译器优化了。

slice 与数组的应用场景总结

slice 和数组有些差别，特别是应用层上，特性差别很大，那什么时间使用数组，什么时间使用切片呢。
之前做了性能测试，在1000以内性能几乎一致，只有10000~1000000时才会出现数组性能好于 slice，由于数组在编译时确定长度，也就是再编写程序时必须确认长度，所有往常不会用到更大的数组，大多数都在1000以内的长度。我认为如果在编写程序是就已经确定数据长度，建议用数组，而且竟可能是局部使用的位置建议用数组（避免传递产生值拷贝），比如一天24小时，一小时60分钟，ip是4个 byte这种情况是可以用时数组的。

为什么推荐用数组，只要能在编写程序是确定数据长度我都会用数组，因为其类型会帮助阅读理解程序，dayHour := [24]Data 一眼就知道是按小时切分数据存储的，如要传递数组时可以考虑传递数组的指针，当然会带来一些操作不方便，往常我使用数组都是不需要传递给其它函数的，可能会在 struct 里面保存数组，然后传递 struct 的指针，或者用 unsafe 来反解析数组指针到新的数组，也不会产生数据拷贝，并且只增加一句转换语句。slice 会比数组多存储三个 int 的属性，而且指针引用会增加 GC 扫描的成本，每次传递都会对这三个属性进行拷贝，如果可以也可以考虑传递 slice 的指针，指针只有一个 int 的大小。

** 对于不确定大小的数据只能用 slice，否则就要自己做扩容很麻烦， 对于确定大小的集合建议使用数组。**

赏

谢谢你请我吃糖果

支付宝

微信