Golang-slice相关问题

3月 16, 2024 Programming Languages

slice的底层实现

底层数组（Underlying Array）：切片引用一个底层数组。这个数组包含实际的元素数据。切片的长度（len）表示切片包含的元素数量，容量（cap）表示底层数数组中的可用元素数量。
切片结构（Slice Header）：切片本身是一个轻量级的数据结构，通常由Go运行时（runtime）管理。切片结构包含了以下信息：

指向底层数数组的指针
切片的长度（len）
切片的容量（cap）

这个切片结构允许切片引用底层数数组中的一部分数据。切片的容量决定了切片能够增长的最大长度，但不能超过底层数数组的容量。

动态扩容：当切片的长度超过其容量时，Go运行时会分配一个新的底层数组，并将原始数据复制到新的数组中。新的切片引用新的底层数数组，原始底层数数组可能会被回收。
引用语义：切片是引用类型，多个切片可以引用同一个底层数数组，这使得数据的共享成为可能。修改一个切片中的数据会影响到共享同一底层数数组的其他切片。

数组和slice的区别

长度固定 vs. 长度可变:

数组：数组的长度是固定的，在声明时需要指定长度，且不能更改。一旦创建，数组的大小保持不变。
切片：切片的长度可以动态改变。它是对数组的一个引用，可以根据需要动态增加或缩小长度。

内存分配:

数组：数组的内存是静态分配的，分配时就会占用固定大小的内存空间。
切片：切片是动态分配的，它引用底层数组的一部分，根据需要分配内存。这意味着切片可以更加灵活地管理内存，但也可能导致较多的内存分配和垃圾回收操作。

值语义 vs. 引用语义:

数组：数组是值类型，当你将一个数组赋值给另一个数组时，会进行数据拷贝，创建一个独立的副本。
切片：切片是引用类型，它是对底层数组的引用。当你将一个切片赋值给另一个切片时，它们共享同一个底层数组，而不进行数据拷贝。

长度和容量:

数组：数组的长度是固定的，没有容量的概念。
切片：切片有长度（len）和容量（cap）两个属性。长度表示切片当前包含的元素数量，容量表示底层数组的大小，即切片可以增长的最大长度。

用法:

数组：通常用于固定大小的数据集，如矩阵、固定大小的缓冲区等。
切片：用于动态管理数据集，支持添加、删除、截取等操作。

1// 声明一个数组，长度为3 
2var arr [3]int 
3// 创建一个切片，长度为0，容量为3 
4slice := make([]int, 0, 3)

切片动态扩容

以go 1.18+来说，

原来的slice 容量oldcap小于256的时候，新 slice 的容量newcap是oldcap 的2倍；

当oldcap容量大于等于 256 的时候，newcap会有个计算公式，threshold = 256：

newcap += (newcap + 3*threshold) / 4

再对 newcap 作了一个内存对齐，这个和内存分配策略相关。进行内存对齐之后，新 slice 的容量是要大于等于按照前半部分生成的newcap。

扩容前后的slice是否相同？

情况一：原数组还有容量可以扩容（实际容量没有填充完），这种情况下，扩容以后的数组还是指向原来的数组，对一个切片的操作可能影响多个指针指向相同地址的slice。

情况二：原来数组的容量已经达到了最大值，再想扩容，go默认会先开一片内存区域，把原来的值拷贝过来，然后再执行append()操作。这种情况丝毫不影响原数组。

1slice1 := []int{1, 2, 3} // 初始时，slice1 和底层数数组关联 
2slice2 := append(slice1, 4) // 扩容，slice2 引用新的底层数数组，而不是 slice1 的底层数数组

在上述例子中，slice1和slice2在扩容后分别引用了不同的底层数数组，它们不会共享底层数数组，因此对slice2的修改不会影响slice1。

nil切片和空切片指向的地址一样吗？

nil 切片：表示一个未分配内存的切片，它的指针部分为nil，即没有指向任何有效的内存。当你声明一个切片但没有分配内存或将一个切片显式设置为nil时，将是一个nil 切片

1var a []int
2data1 := (*reflect.SliceHeader)(unsafe.Pointer(&a)).Data // 0

空切片：空切片是一个切片，但长度和容量都为0，指向已分配内存的空间，它的指针部分不为空。它实际上是指向一个有效的内存地址，但由于其长度和容量为0，不能用于存储任何数据

1b := make([]int, 0)
2c := make([]int, 0)
3data2 := (*reflect.SliceHeader)(unsafe.Pointer(&b)).Data // 824634859200
4data3 := (*reflect.SliceHeader)(unsafe.Pointer(&c)).Data // 824634859200

nil切片引用数组指针地址为0（无指向任何实际地址; 空切片的引用数组指针地址是有的，且固定为一个值。

json库对nil slice和空slice的处理是一致的吗？

nil切片表示一个未初始化的切片，它没有底层数数组。JSON库通常会将其编码为JSON中的null，表示不存在或未初始化。
空切片表示一个已初始化但没有元素的切片，它有一个底层数数组，但长度为0。JSON库通常会将其编码为JSON中的[]，表示一个空数组。

因此，对于JSON库来说，nil切片和空切片是不同的状态，它们被编码为不同的JSON值。在解码JSON时，JSON库通常会根据这些不同的编码值还原为nil切片和空切片。这种行为有助于维护Go程序中的数据一致性。

拷贝大切片一定比小切片代价大吗？

在Go中，切片是由一个SliceHeader结构来描述的，它包含了切片的地址、长度和容量信息，而实际的数据存储在底层的数组中。拷贝切片时，只是复制了SliceHeader结构本身，而不会复制底层数组的数据。

因此，切片的大小（元素数量）对拷贝操作的代价没有直接影响，拷贝操作的代价通常较小，与切片的大小无关。这种设计使得切片在Go中可以高效地进行操作，因为数据复制仅涉及SliceHeader结构的复制，而不是实际的数据。

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