2.2 slice

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2023-12-01

一个slice是一个数组某个部分的引用。在内存中，它是一个包含3个域的结构体：指向slice中第一个元素的指针，slice的长度，以及slice的容量。长度是下标操作的上界，如x[i]中i必须小于长度。容量是分割操作的上界，如x[i:j]中j不能大于容量。

数组的slice并不会实际复制一份数据，它只是创建一个新的数据结构，包含了另外的一个指针，一个长度和一个容量数据。如同分割一个字符串，分割数组也不涉及复制操作：它只是新建了一个结构来放置一个不同的指针，长度和容量。在例子中，对[]int{2,3,5,7,11}求值操作会创建一个包含五个值的数组，并设置x的属性来描述这个数组。分割表达式x[1:3]并不分配更多的数据：它只是写了一个新的slice结构的属性来引用相同的存储数据。在例子中，长度为2--只有y[0]和y[1]是有效的索引，但是容量为4--y[0:4]是一个有效的分割表达式。

由于slice是不同于指针的多字长结构，分割操作并不需要分配内存，甚至没有通常被保存在堆中的slice头部。这种表示方法使slice操作和在C中传递指针、长度对一样廉价。Go语言最初使用一个指向以上结构的指针来表示slice，但是这样做意味着每个slice操作都会分配一块新的内存对象。即使使用了快速的分配器，还是给垃圾收集器制造了很多没有必要的工作。移除间接引用及分配操作可以让slice足够廉价，以避免传递显式索引。

slice的扩容

其实slice在Go的运行时库中就是一个C语言动态数组的实现，在$GOROOT/src/pkg/runtime/runtime.h中可以看到它的定义：

struct	Slice
{	// must not move anything
	byte*	array;		// actual data
	uintgo	len;		// number of elements
	uintgo	cap;		// allocated number of elements
};

在对slice进行append等操作时，可能会造成slice的自动扩容。其扩容时的大小增长规则是：

如果新的大小是当前大小2倍以上，则大小增长为新大小
否则循环以下操作：如果当前大小小于1024，按每次2倍增长，否则每次按当前大小1/4增长。直到增长的大小超过或等于新大小。

make和new

Go有两个数据结构创建函数：new和make。两者的区别在学习Go语言的初期是一个常见的混淆点。基本的区别是new(T)返回一个*T，返回的这个指针可以被隐式地消除引用（图中的黑色箭头）。而make(T, args)返回一个普通的T。通常情况下，T内部有一些隐式的指针（图中的灰色箭头）。一句话，new返回一个指向已清零内存的指针，而make返回一个复杂的结构。

有一种方法可以统一这两种创建方式，但是可能会与C/C++的传统有显著不同：定义make(*T)来返回一个指向新分配的T的指针，这样一来，new(Point)得写成make(*Point)。但这样做实在是和人们期望的分配函数太不一样了，所以Go没有采用这种设计。

slice与unsafe.Pointer相互转换

有时候可能需要使用一些比较tricky的技巧，比如利用make弄一块内存自己管理，或者用cgo之类的方式得到的内存，转换为Go类型使用。

从slice中得到一块内存地址是很容易的：

s := make([]byte, 200)
ptr := unsafe.Pointer(&s[0])

从一个内存指针构造出Go语言的slice结构相对麻烦一些，比如其中一种方式：

var ptr unsafe.Pointer
s := ((*[1<<10]byte)(ptr))[:200]

先将ptr强制类型转换为另一种指针，一个指向[1<<10]byte数组的指针，这里数组大小其实是假的。然后用slice操作取出这个数组的前200个，于是s就是一个200个元素的slice。

或者这种方式：

var ptr unsafe.Pointer
var s1 = struct {
	addr uintptr
	len int
	cap int
}{ptr, length, length}
s := *(*[]byte)(unsafe.Pointer(&s1))

把slice的底层结构写出来，将addr，len，cap等字段写进去，将这个结构体赋给s。相比上一种写法，这种更好的地方在于cap更加自然，虽然上面写法中实际上1<<10就是cap。

或者使用reflect.SliceHeader的方式来构造slice，比较推荐这种做法：

var o []byte
sliceHeader := (*reflect.SliceHeader)((unsafe.Pointer(&o)))
sliceHeader.Cap = length
sliceHeader.Len = length
sliceHeader.Data = uintptr(ptr)

2.2 slice

slice的扩容

make和new

slice与unsafe.Pointer相互转换

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