切片中指针的行为

Question

从切片创建切片的行为是什么？当您像这样定义切片时：

s := []int{2, 3, 5, 7, 11, 13}

您想要这样修改切片：

s = s[:3]
// s = [2 3 5]
s = s[:cap(s)]
// s = [2 3 5 7 11 13]

它实际上可以“扩展”您的切片。哪个无效：

s = s[2:]
// s = [5 7 11 13]
s = [:cap(s)]
// s = [5 7 11 13]

因此，在这种情况下，当您创建新的切片时，您将无法“保留”前两个元素。即使基础数组未更改，也无法更改指向该数组开头的指针，对吗？这是为什么？

Answer 1

正如@JimB在注释中指出的，这是由于slice在Go中的功能。

基本上，切片标头是一个包含3个元素的结构：一个指向第一个元素的指针，当前数据的长度以及 根据“第一个元素”指针测量
的基础数组的总容量（即使它只是一部分）实际分配的基础数组的大小）。它在基础数组上没有其他信息。

当通过从端部切断数据s[:x]，要创建具有不同长度字段的新切片标头，但 同样的
容量和第一元素的指针。因此，您可以再次将切片扩展到最大容量，因为运行时知道该内存已分配并且可以安全访问。

当使用时s[x:]，您将创建一个新的slice头，它具有指向新的第一个元素的不同初始指针，并具有减小的容量以及减小的长度。您不能“撤消”该操作以使其指向原始的第一个元素，因为切片结构除了指针和容量字段外，没有有关原始切片或基础数组的信息。

例如，如果您制作slice s := []int{2, 3, 5, 7, 11, 13}，则slice头可能包含：

ptr: 0x00000000
len: 6
cap: 6

如果您随后调用s = s[:3]，则切片头将包含：

ptr: 0x00000000
len: 3
cap: 6

注意只有len改变了。如果您随后调用s = s[:cap(s)]，则运行时将看到该容量可以支持该片操作，这意味着基础数组至少分配了那么多的“插槽”，并且可以毫无问题地扩展该片。由于原始数据仍位于这些“插槽”中，因此您将获得与原始数组在功能上等效的内容：

ptr: 0x00000000
len: 6
cap: 6

但是，如果您致电s = s[2:]，则会得到以下信息：

ptr: 0x00000010
len: 4
cap: 4

请注意，除了更改长度之外，指针还增加了16个字节（在int64位系统上为2 s
的大小），并且由于下面的数组仅分配了4个“插槽”，所以容量字段也已减小。相对于该指针。

现在，运行时 除了该标头之外没有关于基础指针的其他信息！ 从该标头中，运行时 无法
知道原始基础数组的大小或原始起点的位置，甚至无法知道当前切片不是从该原始起点开始的。结果，尝试将片重置回原始起点是不合法的，因为运行时无法验证内存是否已分配且安全。这是一个有意的设计决策，因为Go专门设计为不允许使用C
++程序中常见的不良建议和高度笨拙的任意指针算法。

此外，您的呼叫s = s[:cap(s)]使用的是切片头中存储的 新 （减少的）容量。虽然您第一次进行此调用等效于s = s[:6]，因为这是原始切片的容量，但现在调用等效于s = s[:4]，因为移动切片的指针还减少了后备数组的容量（因为该容量是从所指向的元素测量的）指向该指针， 而不是 实际后备数组的第一个元素）。

如果Go运行时改为将切片作为指针（指向后备数组中的绝对第一个元素），长度，容量和 offset进行
跟踪，则可以实现所需的操作。但是，它不会这样做。部分原因是因为这将导致切片标头的大小增加33％（专门用于尽可能轻量级），部分原因是正如@JimB所指出的那样，该语言的开发人员决定增加额外的复杂性不必要，因为如果您认为有必要，可以轻松地自己处理原始切片标头。