slice数据结构

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1. 前言

Slice又称动态数组，依托数组实现，可以方便的进行扩容、传递等，实际使用中比数组更灵活。

正因为灵活，如果不了解其内部实现机制，有可能遭遇莫名的异常现象。Slice的实现原理很简单，本节试图根据真实的使用场景，在源码中总结实现原理。

2 Slice实现原理

Slice依托数组实现，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重分配并生成新的Slice。
接下来按照实际使用场景分别介绍其实现机制。

2.1 slice数据结构

Slice底层是一个结构体：

type slice struct {
    array unsafe.Pointer
    len   int
    cap   int
}

从数据结构看Slice很清晰, array指针指向底层数组，len表示切片长度，cap表示底层数组容量。

2.2 使用make创建Slice

使用make 来创建slice是，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，语句slice := make([]int, 5, 10)所创建的Slice，结构如下图所示：

该Slice长度为5，即可以使用下标slice[0] ~ slice[4]来操作里面的元素，capacity为10，表示后续向slice添加新的元素时可以不必重新分配内存，直接使用预留内存即可。

注意: go中，下标是从0开始的

2.3 使用数组创建Slice

使用数组来创建Slice时，Slice将与原数组共用一部分内存。

例如，语句slice := array[5:7]所创建的Slice，结构如下图所示：

切片从数组array[5]开始，到数组array[7]结束（不含array[7]），即切片长度为2，数组后面的内容都作为切片的预留内存，即capacity为5。

数组和切片操作可能作用于同一块内存，这也是使用过程中需要注意的地方。

数组和切片操作可能作用于同一块内存，这也是使用过程中需要注意的地方。

2.4 Slice 扩容

使用append向Slice追加元素时，如果Slice空间不足，将会触发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，如下图所示：

扩容操作只关心容量，会把原Slice数据拷贝到新Slice，追加数据由append在扩容结束后完成。上图可见，扩容后新的Slice长度仍然是5，但容量由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。

扩容容量的选择遵循以下规则：

• 如果原Slice容量小于1024，则新Slice容量将扩大为原来的2倍
• 如果原Slice容量大于等于1024，则新Slice容量将扩大为原来的1.25倍；

使用append()向Slice添加一个元素的实现步骤如下：

1.假如Slice容量够用，则将新元素追加进去，Slice.len++，返回原Slice
2.原Slice容量不够，则将Slice先扩容，扩容后得到新Slice
3.将新元素追加进新Slice，Slice.len++，返回新的Slice。

2.5 Slice Copy

使用copy()内置函数拷贝两个切片时，会将源切片的数据逐个拷贝到目的切片指向的数组中，拷贝数量取两个切片长度的最小值。

例如长度为10的切片拷贝到长度为5的切片时，将会拷贝5个元素。

也就是说，copy过程中不会发生扩容。

2.6 特殊切片

根据数组或切片生成新的切片一般使用slice := array[start:end]方式，这种新生成的切片并没有指定切片的容量，实际上新切片的容量是从start开始直至array的结束。

比如下面两个切片，长度和容量都是一致的，使用共同的内存地址：

sliceA := make([]int, 5, 10)    
sliceB := sliceA[0:5]               // len=5,cap=10

根据数组或切片生成切片还有另一种写法，即切片同时也指定容量，即slice[start??cap], 其中cap即为新切片的容量，当然容量不能超过原切片实际值，如下所示：

    sliceA := make([]int, 5, 10)  //length = 5; capacity = 10
    sliceB := sliceA[0:5]         //length = 5; capacity = 10
    sliceC := sliceA[0:5:5]       //length = 5; capacity = 5， 重新分配容量

这切片方法不常见，在Golang源码里能够见到，不过非常利于切片的理解。

3. 编程过程中注意点

• 创建切片时可根据实际需要欲分配容量，尽量避免追加过程中扩容操作，有利于提升性能
• 切片拷贝时需要判断实际拷贝的元素个数
• 谨慎使用多个切片操作同一个数组，以防读写冲突

4. 总结

• 每个切片都指向一个底层数组
• 每个切片都保存了当前切片的长度、底层数组可用容量
• 使用len()计算切片长度时间复杂度为O(1)，不需要遍历切片
• 使用cap()计算切片容量时间复杂度为O(1)，不需要遍历切片
• 通过函数传递切片时，不会拷贝整个切片，因为切片本身只是个结构体而已
• 使用append()向切片追加元素时有可能触发扩容，扩容后将会生成新的切片

slice数据结构

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原文地址：https://www.cnblogs.com/failymao/p/14897679.html