Golang 切片（深入了解切片底层扩容机制，部分源码，测试实战+核心用法）

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别再被Golang 切片坑了！ 底层源码 + 测试实战 + 核心用法（大学生精讲计算机知识，不看会后悔系列！）_哔哩哔哩_bilibili

一、来由

先有固定数组 ➡ 后有可变切片 ➡  切片是对数组的封装与扩展 

总结：数组提供底层连续内存，切片提供动态长度+共享视图，二者分工协作，成就了Go语言高效又易用的序列容器

二、定义

   切片又称动态数组，依托数组实现，可以方便地进行扩容和传递，实际使用时比数组更灵活，正因为灵活，实际使用时容易出错，避免出错的方法之一便是了解其使用原理

三、操作语法

1. 初始化

声明和初始化切片的方式主要有以下几种：

 1）变量声明；

这种方式声明的切片变量与声明其他类型变量一样，变量值都为零值，对于切片来讲零值为 nil

 2）字面量；

  字面量初始化切片，需要知道的是空切片是指长度为空，其值并不是 nil，声明长度为 0 的切片时，推荐使用变量声明的方式获得一个 nil 切片，而不是空切片，因为 nil 切片不需要分配内存

 3）使用内置函数 make()；

内置函数 make（）可以创建切片，切片元素均初始化为相应类型的零值

推荐使用指定长度的同时指定预估空间，可以有效地减少切片扩容时内存分配及拷贝次数

 4）从切片和数组中切取。

      切片可以基于数组和切片创建，需要了解的是切片与原数组或切片共享底层空间吗，修改切片会影响原数组或切片      

      切片表达式 [low : high] 表示的是左闭右开 [low：high） 区间，切取的长度为 hight - low。

2. 内置函数 append（）用于向切片中追加元素

当切片空间不足时，append（）会先创建新的大容量切片，添加元素之后再返回新切片

四、实现原理

切片依托于数组实现，底层数组对用户屏蔽，在底层数组容量不足时，可以实现自动分配并生成新的切片，接下来会根据实际使用场景来分别介绍其机制

1. 数据结构

源码包中 src/runtime/slice.go:slice 定义了 slice 的数据结构：

从数据结构上看 slice 很清晰，arrray 指针指向底层数组，len 表示切片长度，cap表示底层数组容量

2. 切片操作：使用 make（） 创建slice

       使用make（） 创建 slice 时，可以同时指定长度和容量，创建时底层会分配一个数组，数组的长度即为容量

      例如，slice := make( [ ] int，5，7) 语句创建的 slice 的结构如下图所示：

3. 使用数组创建 slice

使用数组创建 slice 使用数组创建 slice 时，slice将与原数组共用一部分内存

例如，slice := array[5:7] 语句所创建的 slice 的结构图如下

4. slice扩容       

       使用 append 向 slice追加元素时，如果 slice 空间不足，则会触发 slice 扩容，扩容实际上是重新分配一块更大的内存，将原 slice 的数据拷贝进新 slice，然后返回新 slice，扩容后再将数据追加进去。        

      例如，当向一个 capacity 为 5 且 length 也为 5 的 slice 再次追加 1 个元素时，就会发生扩容，如后图所示：

  扩容操作只关心容量，会把原 slice 的数据拷贝到新 slice 中，追加数据由 append 在扩容结束后完成，由上图可见，扩容后新的 slice 长度仍然是 5 ，但是容量由 5 提升到了 10，原 slice 的数据也都拷贝到了新 slice 指向的数组中

Go 1.18之前遵循的扩容基本规则：

    1. 如果原 slice 的容量小于 1024，则新 slice 的容量将扩大为原来的2倍；      

    2. 如果原 slice 的容量大于或等于 1024，则新的 slice 的容量将扩大为原来的 1.25 倍

优化之前的源码部分：

Go 1.18扩容机制优化版：

Go1.18不再以1024为临界点，而是设定了一个值为256的threshold，以256为临界点；超过256，不再是每次扩容1/4，而是每次增加（旧容量+3*256）/4；  

   1. 当新切片需要的容量cap大于两倍扩容的容量，则直接按照新切片需要的容量扩容；  

   2. 当原 slice 容量 < threshold 的时候，新 slice 容量变成原来的 2 倍；  

   3. 当原 slice 容量 > threshold，进入一个循环，每次容量增加

扩容机制优化说明：

在 Go 1.18中，优化了切片扩容的策略，让底层数组大小的增长更加平滑： 通过减小阈值并固定增加一个常数，使得优化后的扩容的系数在阈值前后不再会出现从2到1.25的突变

原始容量对应的扩容系数：

   可以看到，Go1.18的扩容策略中，随着容量的增大，其扩容系数是越来越小的，可以更好地节省内存。

Go 1.18优化的扩容机制代码单元测试：

代码演示运行结果：

大家可以自己下去尝试一下！

五、切片表达式

 slice 表达式可以基于一个字符串（string）生成子字符串，也可以从一个数组或切片中生成切片，Go语言提供了两种 slice 表达式：

 1. 简单表达式：a [low  ：high]；       2. 扩展表达式：a [low  :   high  :  max] 。

1. 简单表达式，其格式为：

       如果 a 为数组或切片，则该表达式将切取 a 位于 [low，high] 区间的元素并生成一个新的切片，简单表达式生成的切片的长度为 high - low ，例如下面的例子：

边界问题：

默认值：

为了使用方便，简单表达式 a[low ：high] 中的 low 和 high 都是可以省略的，low的默认值为 0，而 high 的默认值为表达式作用对象的长度

2. 扩展表达式

   Go 团队很早就关注到了这个风险，并且在 Go1.2 中就提供了一种可以限制新切片容量的表达式，即扩展表达式：

    注意：扩展表达式中的 max 用于限制新生成切片的容量，新切片的容量为 max - low

注意：          

      1. 扩展表达式中的a[low  :  high  :  max] 只有 low 是可以省略的，其默认值为0，      

      2. 如果缺失了 high 或 max则会产生编译错误

六、切片使用技巧及错误规避：

1. 预分配容量优化性能：

2. 误用共享底层数组：

3. 切片作为参数传递：

update：共享底层数组，所以原切片也会被修改，会打印 [0, 90, 2], 底层数据结构的指针，len，cap不变

add:  函数里面的 len = 4，cap不变，但是回到main函数的 len 依旧是 3，所以main函数的切片最终只会输出三个数