Go切片实现

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Go切片实现
切片简单介绍

slice 的底层数据是数组，slice 是对数组的封装，它描述一个数组的片段。两者都可以通过下标来访问单个元素。

数组是定长的，长度定义好之后，不能再更改。而切片则非常灵活，它可以动态地扩容。切片的类型和长度无关。

数组就是一片连续的内存， slice 实际上是一个结构体，包含三个字段：长度、容量、底层数组。
// runtime/slice.go type slice struct { array unsafe.Pointer // 元素指针 len int // 长度 cap int // 容量 }　　
slice 的数据结构如下：
切片的创建和初始化

在 Golang 中可以通过多种方式创建和初始化切片。是否提前知道切片所需的容量通常会决定如何创建切片。

通过 make() 函数创建切片
使用 Golang 内置的 make() 函数创建切片，此时需要传入一个参数来指定切片的长度：

// 创建一个整型切片 // 其长度和容量都是 5 个元素 slice := make([]int, 5)　

此时只指定了切片的长度，那么切片的容量和长度相等。也可以分别指定长度和容量：

// 创建一个整型切片 // 其长度为 3 个元素，容量为 5 个元素 slice := make([]int, 3, 5)

分别指定长度和容量时，创建的切片，底层数组的长度是指定的容量，但是初始化后并不能访问所有的数组元素。

注意，Golang 不允许创建容量小于长度的切片，当创建的切片容量小于长度时会在编译时刻报错：

// 创建一个整型切片 // 使其长度大于容量 myNum := make([]int, 5, 3)

编译上面的代码，会收到下面的编译错误：

len larger than cap in make([]int)

通过字面量创建切片
另一种常用的创建切片的方法是使用切片字面量，这种方法和创建数组类似，只是不需要指定[]运算符里的值。初始的长度和容量会基于初始化时提供的元素的个数确定：

// 创建字符串切片 // 其长度和容量都是 3 个元素 myStr := []string{"Jack", "Mark", "Nick"} // 创建一个整型切片 // 其长度和容量都是 4 个元素 myNum := []int{10, 20, 30, 40}

当使用切片字面量创建切片时，还可以设置初始长度和容量。要做的就是在初始化时给出所需的长度和容量作为索引。下面的语法展示了如何使用索引方式创建长度和容量都是100个元素的切片：

// 创建字符串切片 // 使用空字符串初始化第 100 个元素 myStr := []string{99: ""}

区分数组的声明和切片的声明方式
当使用字面量来声明切片时，其语法与使用字面量声明数组非常相似。二者的区别是：如果在 [] 运算符里指定了一个值，那么创建的就是数组而不是切片。只有在 [] 中不指定值的时候，创建的才是切片。看下面的例子：

// 创建有 3 个元素的整型数组 myArray := [3]int{10, 20, 30} // 创建长度和容量都是 3 的整型切片 mySlice := []int{10, 20, 30}

　　
slice基本实现

slice结构大致存储了三个部分，第一部分为指向底层数组的指针ptr，其次是切片的大小len和切片的容量cap：

+--------+ | | | ptr |+------------+-------+-----------+ | | | | +--------+ | | | | | | | | | | | len 5 | | | | | | | +--------+ v v | | +-----+-----+-----+-----+----+ | | | | | | | | | cap 5 | [5]int | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | | | +-----+-----+-----+-----+----+ +--------+ 　　　

arr := [5]int{0,1,2,3,4} slice := arr[1:4]

有一个数组arr是一个包含五个int类型的结构，它的切片slice只是从其取了 1到3这几个数字。我们同样可以再生成一个切片 slice2 := arr[2:5], 所取的就是数组后面的连续块。他们共同使用arr作为底层的结构，可以看见共用了数字的第3，4个元素。修改其中任何一个，都能改变两个切片的值。

func main() { arr := [5]int{0, 1, 2, 3, 4} fmt.Println(arr) slice := arr[1:4] slice2 := arr[2:5] fmt.Printf("arr %v, slice1 %v, slice2 %v, %p %p %p ", arr, slice, slice2, &arr, &slice, &slice2) fmt.Printf("arr[2]%p slice[1] %p slice2[0]%p ", &arr[2], &slice[1], &slice2[0]) arr[2] = 2222 fmt.Printf("arr %v, slice1 %v, slice2 %v ", arr, slice, slice2) slice[1] = 1111 fmt.Printf("arr %v, slice1 %v, slice2 %v ", arr, slice, slice2) }

输出的值为：

[0 1 2 3 4] arr [0 1 2 3 4], slice1 [1 2 3], slice2 [2 3 4], 0xc42006e0c0 0xc4200660c0 0xc4200660e0 arr[2]0xc42006e0d0 slice[1] 0xc42006e0d0 slice2[0]0xc42006e0d0 arr [0 1 2222 3 4], slice1 [1 2222 3], slice2 [2222 3 4] arr [0 1 1111 3 4], slice1 [1 1111 3], slice2 [1111 3 4]

由此可见，数组的切片，只是从数组上切一段数据下来，不同的切片，其实是共享这些底层的数据数据。不过这些切片本身是不一样的对象，其内存地址都不一样。

从数组中切一块下来形成切片很好理解，有时候我们用make函数创建切片，实际上golang会在底层创建一个匿名的数组。如果从新的slice再切，那么新创建的两个切片都共享这个底层的匿名数组。

func main() { slice := make([]int, 5) for i:=0; i<len(slice);i++{ slice[i] = i } fmt.Printf("slice %v ", slice) slice2 := slice[1:4] fmt.Printf("slice %v, slice2 %v ", slice, slice2) slice[1] = 1111 fmt.Printf("slice %v, slice2 %v ", slice, slice2) }

输出如下：

slice [0 1 2 3 4] slice [0 1 2 3 4], slice2 [1 2 3] slice [0 1111 2 3 4], slice2 [1111 2 3]

更多例子如下：

package main import "fmt" func main() { slice := []int{0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9} s1 := slice[2:5] s2 := s1[2:6:7] s2 = append(s2, 100) s2 = append(s2, 200) s1[2] = 20 fmt.Println(s1) fmt.Println(s2) fmt.Println(slice) }　

结果：

[2 3 20] [4 5 6 7 100 200] [0 1 2 3 20 5 6 7 100 9]

s1 从 slice 索引2（闭区间）到索引5（开区间，元素真正取到索引4），长度为3，容量默认到数组结尾，为8。 s2 从 s1的索引2（闭区间）到索引6（开区间，元素真正取到索引5），容量到索引7（开区间，真正到索引6），为5。

接着，向 s2 尾部追加一个元素 100：

s2 = append(s2, 100)

s2 容量刚好够，直接追加。不过，这会修改原始数组对应位置的元素。这一改动，数组和 s1 都可以看得到。

再次向 s2 追加元素200：

s2 = append(s2, 100)

这时，s2 的容量不够用，该扩容了。于是，s2 另起炉灶，将原来的元素复制新的位置，扩大自己的容量。并且为了应对未来可能的 append 带来的再一次扩容，s2 会在此次扩容的时候多留一些 buffer，将新的容量将扩大为原始容量的2倍，也就是10了。

最后，修改 s1 索引为2位置的元素：

s1[2] = 20

这次只会影响原始数组相应位置的元素。它影响不到 s2 了，人家已经远走高飞了。

再提一点，打印 s1 的时候，只会打印出 s1 长度以内的元素。所以，只会打印出3个元素，虽然它的底层数组不止3个元素。

slice的复制

既然slice的创建依赖于数组，有时候新生成的slice会修改，但是又不想修改原来的切片或者数组。此时就需要针对原来的切片进行复制了。

func main() { slice := []int{0, 1, 2, 3, 4} slice2 := slice[1:4] slice3 := make([]int, len(slice2)) for i, e := range slice2 { slice3[i] = e } fmt.Printf("slice %v, slice3 %v ", slice, slice3) slice[1] = 1111 fmt.Printf("slice %v, slice3 %v ", slice, slice3) }　

输出：

slice [0 1 2 3 4], slice3 [1 2 3] slice [0 1111 2 3 4], slice3 [1 2 3]

由此可见，新创建的slice3，不会因为slice和slice2的修改而改变slice3。复制很有用，因此golang实现了一个内建的函数copy， copy有两个参数，第一个参数是复制后的对象，第二个是复制前的数组切片对象。

func main() { slice := []int{0, 1, 2, 3, 4} slice2 := slice[1:4] slice4 := make([]int, len(slice2)) copy(slice4, slice2) fmt.Printf("slice %v, slice4 %v ", slice, slice4) slice[1] = 1111 fmt.Printf("slice %v, slice4 %v ", slice, slice4) }

slice4是从slice2中copy生成，slice和slice4底层的匿名数组是不一样的。因此修改他们不会影响彼此。

slice 追加

append 简介

创建复制切片都是常用的操作，还有一个追加元素或者追加数组也是很常用的功能。golang提供了append函数用于给切片追加元素。append第一个参数为原切片，随后是一些可变参数，用于将要追加的元素或多个元素。

当添加元素超过容量时时会发生扩容。

func main() { slice := make([]int, 1, 2) slice[0] = 111 fmt.Printf("slice %v, slice addr %p, len %d, cap %d ", slice, &slice, len(slice), cap(slice)) slice = append(slice, 222) fmt.Printf("slice %v, slice addr %p, len %d, cap %d ", slice, &slice, len(slice), cap(slice)) slice = append(slice, 333) fmt.Printf("slice %v, slice addr %p, len %d, cap %d ", slice, &slice, len(slice), cap(slice)) }

输出结果为：

slice [111], slice addr 0xc4200660c0, len 1, cap 2 slice [111 222], slice addr 0xc4200660c0, len 2, cap 2 slice [111 222 333], slice addr 0xc4200660c0, len 3, cap 4

切片容量

无论数组还是切片，都有长度限制。也就是追加切片的时候，如果元素正好在切片的容量范围内，直接在尾部追加一个元素即可。如果超出了最大容量，再追加元素就需要针对底层的数组进行复制和扩容操作了。

这里有一个切片容量的概念，从数组中切数据，切片的容量应该是切片的最后一个数据，和数组剩下元素的大小，再加上现有切片的大小。

数组 [0, 1, 2, 3, 4] 中，数组有5个元素。如果切片 s = [1, 2, 3]，那么3在数组的索引为3，也就是数组还剩最后一个元素的大小，加上s已经有3个元素，因此最后s的容量为 1 + 3 = 4。如果切片是
s1 = [4]，4的索引再数组中是最大的了，数组空余的元素为0，那么s1的容量为 0 + 1 = 1。具体如下表：

切片切片字面量数组剩下空间长度容量

s[1:3] [1 2] 2 2 4

s[1:1] [] 4 0 4

s[4:4] [] 1 0 1

s[4:5] [4] 0 1 1

尽管上面的第二个和第三个切片的长度一样，但是他们的容量不一样。容量与最终append的策略有关系。

append简单实现

我们已经知道，切片都依赖底层的数组结构，即使是直接创建的切片，也会生成一个匿名的数组。使用append时候，本质上是针对底层依赖的数组进行操作。如果切片的容量大于长度，给切片追加元素其实是修改底层数中，切片元素后面的元素。如果容量满了，就不能在原来的数组上修改，而是要创建一个新的数组，当然golang是通过创建一个新的切片实现的，因为新切片必然也有一个新的数组，并且这个数组的长度是原来的2倍，使用动态规划算法的简单实现。

func main() { arr := [3]int{0, 1, 2} slice := arr[1:2] fmt.Printf("arr %v len %d, slice %v len %d, cap %d, ", arr, len(arr), slice, len(slice), cap(slice)) slice[0] = 333 fmt.Printf("arr %v len %d, slice %v len %d, cap %d, ", arr, len(arr), slice, len(slice), cap(slice)) slice = append(slice, 4444) fmt.Printf("arr %v len %d, slice %v len %d, cap %d, ", arr, len(arr), slice, len(slice), cap(slice)) slice = append(slice, 5555) fmt.Printf("arr %v len %d, slice %v len %d, cap %d, ", arr, len(arr), slice, len(slice), cap(slice)) slice[0] = 333 fmt.Printf("arr %v len %d, slice %v len %d, cap %d, ", arr, len(arr), slice, len(slice), cap(slice)) }　

输出：

arr [0 1 2] len 3, slice [1] len 1, cap 2, arr [0 333 2] len 3, slice [333] len 1, cap 2, arr [0 333 444] len 3, slice [333 444] len 2, cap 2, arr [0 333 444] len 3, slice [333 444 555] len 3, cap 4, arr [0 333 444] len 3, slice [333 444 555] len 3, cap 4,

小于容量的append

重输出，我们来画一下这个动态过程的图示：

+----+----+----+ +----+----+----+ +----+----+----+ | | | | | | | | | | | | arr | 0 | 1 | 2 | arr | 0 |333 | 2 | arr | 0 |333 |444 | +----+----+----+ +----+----+----+ +----+----+----+ ^ ^ ^ ^ | | | | | | | | | slic0] = 333 | slice = append(slice, 444) +----+ | +-----------------> | +----------------> | | | | +--+--+----+----+ +--+--+----+----+ +--+--+----+----+ | | | | | | | | | | | | | p | 1 | 2 | | p | 1 | 2 | | p | 2 | 2 | +-----+----+----+ +-----+----+----+ +-----+----+----+ slice :=arr[1:2] slice :=arr[1:2] slice :=arr[1:2]

arr 是一个含有三个元素的数组，slice从arr中切了一个元素，由于切片的最后一个元素1是数组的索引是1，距离数组的最大长度还是1，因此slice的容量为2。当修改slice的第一个元素，由于slice底层是arr数组，因此arr的第二个元素也相应被修改。使用append方法给slice追加元素的时候，由于slice的容量还未满，因此等同于扩展了slice指向数组的内容，可以理解为重新切了一个数组内容附给slice，同时修改了数组的内容。

超出容量的append

如果接着append一个元素，那么数组肯定越界。此时append的原理大致如下：

创建一个新的临时切片t，t的长度和slice切片的长度一样，但是t的容量是slice切片的2倍，一个动态规划的方式。新建切片的时候，底层也创建了一个匿名的数组，数组的长度和切片容量一样。

复制s里面的元素到t里，即填入匿名数组中。然后把t赋值给slice，现在slice的指向了底层的匿名数组。

转变成小于容量的append方法。

+----+----+----+ +----+----+----+----+----+----+ | | | | | | | | | | | arr | 0 |333 |444 | | 333| 444| | | | | +----+----+----+ +----+----+----+----+----+----+ ^ ^ ^ ^ | | | | | | +-----+ +----+ +---------------> | | | | + +--+--+----+----+ +-----+-----+-----+ | | | | | | | | | p | 2 | 2 | | p | 2 | 6 | +-----+----+----+ +-----+-----+-----+ slice :=arr[1:2] t := make([]int, len=2, cap=6) + | | | | v +----+----+----+----+----+----+ | | | | | | | | 333| 444|555 | | | | +----+----+----+----+----+----+ ^ ^ | | +----+----+ | | + +-----+-----+-----+ | | | | | p | 3 | 6 | +-----+-----+-----+ slice = t

上面的图示描述了大于容量的时候append的操作原理。新生成的切片其依赖的数组和原来的数组就没有关系了，因此在修改新的切片元素，旧的数组也不会有关系。至于临时的切片t，将会被golang的gc回收。当然arr或它衍生的切片都没有应用的时候，也会被gc所回收。

slice和array的关系十分密切，通过两者的合理构建，既能实现动态灵活的线性结构，也能提供访问元素的高效性能。当然，这种结构也不是完美无暇，共用底层数组，在部分修改操作的时候，可能带来副作用，同时如果一个很大的数组，那怕只有一个元素被切片应用，那么剩下的数组都不会被垃圾回收，这往往也会带来额外的问题。

作为函数参数的切片

直接改变切片

切片传递的时候，传的是数组的值，等效于从原始切片中再切了一次。原始切片slice和参数s切片的底层数组是一样的。因此修改函数内的切片，也就修改了数组。

+-----+----+-----+ | | | | +-----------------------------+| p | 3 | 3 | | + +-----+----+-----+ | | | | s | | | | v v +----+----+-----+ | | | | arr | 0 | 1 | 2 | +----+----+-----+ ^ ^ | | | | +-----------+ | | +-+--+----+-----+ | | | | | p | 3 | 3 | +----+----+-----+ slice

例如下面的代码：

slice := make([]int, 2, 3) for i := 0; i < len(slice); i++ { slice[i] = i } fmt.Printf("slice %v %p ", slice, &slice) ret := changeSlice(slice) fmt.Printf("slice %v %p, ret %v ", slice, &slice, ret) ret[1] = 1111 fmt.Printf("slice %v %p, ret %v ", slice, &slice, ret) } func changeSlice(s []int) []int { fmt.Printf("func s %v %p ", s, &s) s = append(s, 3) return s }　

输出：

slice [0 1] 0xc42000a1e0 func s [0 1] 0xc42000a260 slice [0 1] 0xc42000a1e0, ret [0 1 3] slice [0 1111] 0xc42000a1e0, ret [0 1111 3]

从输出可以看出，当slice传递给函数的时候，新建了切片s。在函数中给s进行了append一个元素，由于此时s的容量足够到，并没有生成新的底层数组。当修改返回的ret的时候，ret也共用了底层的数组，因此修改ret的原始，相应的也看到了slice的改变。

append 操作

如果在函数内，append操作超过了原始切片的容量，将会有一个新建底层数组的过程，那么此时再修改函数返回切片，应该不会再影响原始切片。例如下面代码：

func main() { slice := make([]int, 2, 2) for i := 0; i < len(slice); i++ { slice[i] = i } fmt.Printf("slice %v %p ", slice, &slice) ret := changeSlice(slice) fmt.Printf("slice %v %p, ret %v ", slice, &slice, ret) ret[1] = -1111 fmt.Printf("slice %v %p, ret %v ", slice, &slice, ret) } func changeSlice(s []int) []int { fmt.Printf("func s %v %p ", s, &s) s[0] = -1 s = append(s, 3) s[1] = 1111 return s }

输出：

slice [0 1] 0xc42000a1a0 func s [0 1] 0xc42000a200 slice [-1 1] 0xc42000a1a0, ret [-1 1111 3] slice [-1 1] 0xc42000a1a0, ret [-1 -1111 3]

从输出可以很清楚的看到了我们的猜想。即函数中先改变s第一个元素的值，由于slice和s都共用了底层数组，因此无论原始切片slice还是ret，第一个元素都是-1.然后append操作之后，因为超出了s的容量，因此会新建底层数组，虽然s变量没变，但是他的底层数组变了，此时修改s第一个元素，并不会影响原始的slice切片。也就是slice[1]还是1，而ret[1]则是-1。最后在外面修改ret[1]为 -1111，也不会影响原始的切片slice。

通过上面的分析，我们大致可以下结论，slice或者array作为函数参数传递的时候，本质是传值而不是传引用。传值的过程复制一个新的切片，这个切片也指向原始变量的底层数组。（个人感觉称之为传切片可能比传值的表述更准确）。函数中无论是直接修改切片，还是append创建新的切片，都是基于共享切片底层数组的情况作为基础。也就是最外面的原始切片是否改变，取决于函数内的操作和切片本身容量。

传引用方式

array和slice作为参数传递的过程基本上是一样的，即传递他们切片。有时候我们需要处理传递引用的形式。golang提供了指针很方便实现类似的功能。

func main() { slice := []int{0, 1} fmt.Printf("slice %v %p ", slice, &slice) changeSlice(&slice) fmt.Printf("slice %v %p ", slice, &slice) slice[1] = -1111 fmt.Printf("slice %v %p ", slice, &slice) } func changeSlice(s *[]int) { fmt.Printf("func s %v %p ", *s, s) (*s)[0] = -1 *s = append(*s, 3) (*s)[1] = 1111 }

输出如下：

slice [0 1] 0xc42000a1e0 func s [0 1] 0xc42000a1e0 slice [-1 1111 3] 0xc42000a1e0 slice [-1 -1111 3] 0xc42000a1e0

从输出可以看到，传递给函数的是slice的指针，函数内对对s的操作本质上都是对slice的操作。并且也可以从函数内打出的s地址看到，至始至终就只有一个切片。虽然在append过程中会出现临时的切片或数组。

总结

golang提供了array和slice两种序列结构。其中array是值类型。slice则是复合类型。slice是基于array实现的。slice的第一个内容为指向数组的指针，然后是其长度和容量。通过array的切片可以切出slice，也可以使用make创建slice，此时golang会生成一个匿名的数组。

因为slice依赖其底层的array，修改slice本质是修改array，而array又是有大小限制，当超过slice的容量，即数组越界的时候，需要通过动态规划的方式创建一个新的数组块。把原有的数据复制到新数组，这个新的array则为slice新的底层依赖。

数组还是切片，在函数中传递的不是引用，是另外一种值类型，即通过原始变量进行切片传入。函数内的操作即对切片的修改操作了。当然，如果为了修改原始变量，可以指定参数的类型为指针类型。传递的就是slice的内存地址。函数内的操作都是根据内存地址找到变量本身。
本文记录整理：

https://github.com/qcrao/Go-Questions/tree/master/%E6%95%B0%E7%BB%84%E5%92%8C%E5%88%87%E7%89%87

https://www.jianshu.com/p/354fce23b4f0

https://studygolang.com/articles/9876
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