【GoLang】深入理解slice len cap什么算法? 參數傳遞有啥蹊蹺?


先上結論

1、內置append函數在現有數組的長度 < 1024 時 cap 增長是翻倍的,再往上的增長率則是 1.25,至於為何后面會說。
2、Go語言中channel,slice,map這三種類型的實現機制類似指針,所以可以直接傳遞,而不用取地址后傳遞指針。(注:若函數需改變slice的長度,則仍需要取地址傳遞指針)
3、在函數內用append時,append會自動以倍增的方式擴展slice_2的容量,但是擴展也僅僅是函數內slice_2的長度和容量,slice_1的長度和容量是沒變的,所以在函數外打印時看起來就是沒變。
4、當程序要求slice的容量超大並且需要頻繁的更改slice的內容時,就不應該用slice,改用list更合適。
5、Go 在 append 和 copy 方面的開銷是可預知+可控的,應用上簡單的調優有很好的效果。這個世界上沒有免費的動態增長內存,各種實現方案都有設計權衡。

 append新建對象,s2指向了新對象,函數退出新對象釋放

原來的s1還是s1,append沒有影響,但是s2修改的操作有影響,因為s2直接操作了s1的內存

前言

用過go語言的親們都知道,slice(中文翻譯為切片)在編程中經常用到,它代表變長的序列,序列中每個元素都有相同的類型,類似一個動態數組,利用append可以實現動態增長,利用slice的特性可以很容易的切割slice,它們是怎么實現這些特性的呢?現在我們來探究一下這些特性的本質是什么。

先了解一下slice的特性

定義一個slice:

s := []int{1,2,3,4,5} fmt.Println(s) // [1 2 3 4 5]

一個slice類型一般寫作[]T,其中T代表slice中元素的類型;slice的語法和數組很像,只是沒有固定長度而已。

slice的擴容:

s := []int{1,2,3,4,5} s = append(s, 6) fmt.Println(s) // [1 2 3 4 5 6]

內置append函數在現有數組的長度 < 1024 時 cap 增長是翻倍的,再往上的增長率則是 1.25,至於為何后面會說。

slice的切割:

s := []int{1,2,3,4,5,6} s1 := s[0:2] fmt.Println(s1) // [1 2] s2 := s[4:] fmt.Println(s2) // [5 6] s3 := s[:4] fmt.Println(s3) // [1 2 3 4]

slice作為函數參數:

package main import "fmt" func main() { slice_1 := []int{1, 2, 3, 4, 5} fmt.Printf("main-->data:\t%#v\n", slice_1) fmt.Printf("main-->len:\t%#v\n", len(slice_1)) fmt.Printf("main-->cap:\t%#v\n", cap(slice_1)) test1(slice_1) fmt.Printf("main-->data:\t%#v\n", slice_1) test2(&slice_1) fmt.Printf("main-->data:\t%#v\n", slice_1) } func test1(slice_2 []int) { slice_2[1] = 6666 // 函數外的slice確實有被修改 slice_2 = append(slice_2, 8888) // 函數外的不變 fmt.Printf("test1-->data:\t%#v\n", slice_2) fmt.Printf("test1-->len:\t%#v\n", len(slice_2)) fmt.Printf("test1-->cap:\t%#v\n", cap(slice_2)) } func test2(slice_2 *[]int) { // 這樣才能修改函數外的slice *slice_2 = append(*slice_2, 6666) }

結果:

main-->data:  []int{1, 2, 3, 4, 5} main-->len: 5 main-->cap: 5 test1-->data:  []int{1, 6666, 3, 4, 5, 8888} test1-->len:  6 test1-->cap:  12 main-->data:  []int{1, 6666, 3, 4, 5} main-->data:  []int{1, 6666, 3, 4, 5, 6666}

這里要注意注釋的地方,為何slice作為值傳遞參數,函數外的slice也被更改了?為何在函數內append不能改變函數外的slice?要回答這些問題就得了解slice內部結構,詳細請看下面.

slice的內部結構

其實slice在Go的運行時庫中就是一個C語言動態數組的實現,在$GOROOT/src/pkg/runtime/runtime.h中可以看到它的定義:

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

這個結構有3個字段,第一個字段表示array的指針,就是真實數據的指針(這個一定要注意),所以才經常說slice是數組的引用,第二個是表示slice的長度,第三個是表示slice的容量,注意:len和cap都不是指針

現在就可以解釋前面的例子slice作為函數參數提出的問題:

函數外的slice叫slice_1,函數的參數叫slice_2,當函數傳遞slice_1的時候,其實傳入的確實是slice_1參數的復制,所以slice_2復制了slise_1,但要注意的是slice_2里存儲的數組的指針,所以當在函數內更改數組內容時,函數外的slice_1的內容也改變了。在函數內用append時,append會自動以倍增的方式擴展slice_2的容量,但是擴展也僅僅是函數內slice_2的長度和容量,slice_1的長度和容量是沒變的,所以在函數外打印時看起來就是沒變。

append的運作機制

在對slice進行append等操作時,可能會造成slice的自動擴容。其擴容時的大小增長規則是:

  • 如果新的slice大小是當前大小2倍以上,則大小增長為新大小

  • 否則循環以下操作:如果當前slice大小小於1024,按每次2倍增長,否則每次按當前大小1/4增長。直到增長的大小超過或等於新大小。

  • append的實現只是簡單的在內存中將舊slice復制給新slice

至於為何會這樣,你要看一下golang的源碼slice就知道了:

newcap := old.cap
if newcap+newcap < cap { newcap = cap } else { for { if old.len < 1024 { newcap += newcap } else { newcap += newcap / 4 } if newcap >= cap { break } } }

為何不用動態鏈表實現slice?

  • 首先拷貝一斷連續的內存是很快的,假如不想發生拷貝,也就是用動態鏈表,那你就沒有連續內存。此時隨機訪問開銷會是:鏈表 O(N), 2倍增長塊鏈 O(LogN),二級表一個常數很大的O(1)。問題不僅是算法上開銷,還有內存位置分散而對緩存高度不友好,這些問題i在連續內存方案里都是不存在的。除非你的應用是狂append然后只順序讀一次,否則優化寫而犧牲讀都完全不 make sense. 而就算你的應用是嚴格順序讀,緩存命中率也通常會讓你的綜合效率比拷貝換連續內存低。

  • 對小 slice 來說,連續 append 的開銷更多的不是在 memmove, 而是在分配一塊新空間的 memory allocator 和之后的 gc 壓力(這方面對鏈表更是不利)。所以,當你能大致知道所需的最大空間(在大部分時候都是的)時,在make的時候預留相應的 cap 就好。如果所需的最大空間很大而每次使用的空間量分布不確定,那你就要在浪費內存和耗 CPU 在 allocator + gc 上做權衡。

  • Go 在 append 和 copy 方面的開銷是可預知+可控的,應用上簡單的調優有很好的效果。這個世界上沒有免費的動態增長內存,各種實現方案都有設計權衡。

什么時候該用slice?

在go語言中slice是很靈活的,大部分情況都能表現的很好,但也有特殊情況。
當程序要求slice的容量超大並且需要頻繁的更改slice的內容時,就不應該用slice,改用list更合適。

 

參考資料:

https://segmentfault.com/a/1190000005812839?utm_source=tuicool&utm_medium=referral

http://www.cnblogs.com/howDo/archive/2013/04/25/GoLang-Array-Slice.html

golang list: https://golang.org/pkg/container/list/ 

 


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