深入理解go的slice和到底什麼時候該用slice
前言
用過go語言的親們都知道，slice（中文翻譯為切片）在程式設計中經常用到，它代表變長的序列，序列中每個元素都有相同的型別，類似一個動態陣列，利用append可以實現動態增長，利用slice的特性可以很容易的切割slice，它們是怎麼實現這些特性的呢？現在我們來探究一下這些特性的本質是什麼。
先了解一下slice的特性
定義一個slice：
s := []int{1,2,3,4,5}
fmt.Println(s)// [1 2 3 4 5]
一個slice型別一般寫作[]T，其中T代表slice中元素的型別；slice的語法和陣列很像，只是沒有固定長度而已。
slice的擴容：
s := []int{1,2,3,4,5}
s = append(s, 6)
fmt.Println(s)// [1 2 3 4 5 6]
內建append函式在現有陣列的長度 < 1024 時 cap 增長是翻倍的，再往上的增長率則是 1.25，至於為何後面會說。
slice的切割：
s := []int{1,2,3,4,5,6}
s1 := s[0:2]
fmt.Println(s1)// [1 2]
s2 := s[4:]
fmt.Println(s2)// [5 6]
s3 := s[:4]
fmt.Println(s3)// [1 2 3 4]
slice作為函式引數：
package main
import "fmt"
func main() {
slice_1 := []int{1, 2, 3, 4, 5}
fmt.Printf("main-->data:\t%#v\n", slice_1)
fmt.Printf("main-->len:\t%#v\n", len(slice_1))
fmt.Printf("main-->cap:\t%#v\n", cap(slice_1))
test1(slice_1)
fmt.Printf("main-->data:\t%#v\n", slice_1)
test2(&slice_1)
fmt.Printf("main-->data:\t%#v\n", slice_1)
}
func test1(slice_2 []int) {
slice_2[1] = 6666// 函式外的slice確實有被修改
slice_2 = append(slice_2, 8888) // 函式外的不變
fmt.Printf("test1-->data:\t%#v\n", slice_2)
fmt.Printf("test1-->len:\t%#v\n", len(slice_2))
fmt.Printf("test1-->cap:\t%#v\n", cap(slice_2))
}
func test2(slice_2 *[]int) { // 這樣才能修改函式外的slice
*slice_2 = append(*slice_2, 6666)
}
結果：
main-->data:[]int{1, 2, 3, 4, 5}
main-->len: 5
main-->cap: 5
test1-->data:[]int{1, 6666, 3, 4, 5, 8888}
test1-->len:6
test1-->cap:12
main-->data:[]int{1, 6666, 3, 4, 5}
main-->data:[]int{1, 6666, 3, 4, 5, 6666}
這裡要注意註釋的地方，為何slice作為值傳遞引數，函式外的slice也被更改了？為何在函式內append不能改變函式外的slice？要回答這些問題就得了解slice內部結構，詳細請看下面.
slice的內部結構
其實slice在Go的執行時庫中就是一個C語言動態陣列的實現，在$GOROOT/src/pkg/runtime/runtime.h中可以看到它的定義：
structSlice
{// must not move anything
byte*array;// actual data
uintgolen;// number of elements
uintgocap;// allocated number of elements
};
這個結構有3個欄位，第一個欄位表示array的指標，就是真實資料的指標（這個一定要注意），所以才經常說slice是陣列的引用，第二個是表示slice的長度，第三個是表示slice的容量，注意： len和cap都不是指標 。
現在就可以解釋前面的例子slice作為函式引數提出的問題：
函式外的slice叫slice_1，函式的引數叫slice_2，當函式傳遞slice_1的時候，其實傳入的確實是slice_1引數的複製，所以slice_2複製了slise_1，但要注意的是slice_2裡儲存的陣列的指標，所以當在函式內更改陣列內容時，函式外的slice_1的內容也改變了。在函式內用append時，append會自動以倍增的方式擴充套件slice_2的容量，但是擴充套件也僅僅是函式內slice_2的長度和容量，slice_1的長度和容量是沒變的，所以在函式外列印時看起來就是沒變。
append的運作機制
在對slice進行append等操作時，可能會造成slice的自動擴容。其擴容時的大小增長規則是：
-
如果新的slice大小是當前大小2倍以上，則大小增長為新大小
-
否則迴圈以下操作：如果當前slice大小小於1024，按每次2倍增長，否則每次按當前大小1/4增長。直到增長的大小超過或等於新大小。
-
append的實現只是簡單的在記憶體中將 舊slice 複製給 新slice
至於為何會這樣，你要看一下golang的原始碼ofollow,noindex">slice 就知道了：
newcap := old.cap
if newcap+newcap < cap {
newcap = cap
} else {
for {
if old.len < 1024 {
newcap += newcap
} else {
newcap += newcap / 4
}
if newcap >= cap {
break
}
}
}
為何不用動態連結串列實現slice？
-
首先拷貝一斷連續的記憶體是很快的，假如不想發生拷貝，也就是用動態連結串列，那你就沒有連續記憶體。此時隨機訪問開銷會是：連結串列 O(N), 2倍增長塊鏈 O(LogN),二級表一個常數很大的O(1)。問題不僅是演算法上開銷，還有記憶體位置分散而對快取高度不友好，這些問題i在連續記憶體方案裡都是不存在的。除非你的應用是狂append然後只順序讀一次，否則優化寫而犧牲讀都完全不 make sense. 而就算你的應用是嚴格順序讀，快取命中率也通常會讓你的綜合效率比拷貝換連續記憶體低。
-
對小 slice 來說，連續 append 的開銷更多的不是在 memmove, 而是在分配一塊新空間的 memory allocator 和之後的 gc 壓力（這方面對連結串列更是不利）。所以，當你能大致知道所需的最大空間（在大部分時候都是的）時，在make的時候預留相應的 cap 就好。如果所需的最大空間很大而每次使用的空間量分佈不確定，那你就要在浪費記憶體和耗 CPU 在 allocator + gc 上做權衡。
-
Go 在 append 和 copy 方面的開銷是可預知+可控的，應用上簡單的調優有很好的效果。這個世界上沒有免費的動態增長記憶體，各種實現方案都有設計權衡。
什麼時候該用slice？
在go語言中slice是很靈活的，大部分情況都能表現的很好，但也有特殊情況。
當程式要求slice的容量超大並且需要頻繁的更改slice的內容時，就不應該用slice，改用list 更合適。