浅谈Golang Slice切片如何扩容的实现

目录

• 一、Slice数据结构是什么？
• 二、详细代码
• 1.数据结构
• 2.扩容原则
• 3.如何理解扩容规则一
• 1.当小于1024个元素时
• 2.当大于1024个元素时
• 4.如何理解扩容规则二
• 1.简单理解内存地址更换
• 总结

一、Slice数据结构是什么？

切片(slice)是 Golang 中一种比较特殊的数据结构，这种数据结构更便于使用和管理数据集合。切片是围绕动态数组的概念构建的，可以按需自动增长和缩小。切片(slice)是可以看做是一个长度可变的数组。
切片(slice)自身并不是动态数组或者数组指针。它内部实现的数据结构通过指针引用底层数组，设定相关属性将数据读写操作限定在指定的区域内。
切片(slice)是对数组一个连续片段的引用，所以切片是一个引用类型。

二、详细代码

1.数据结构

slice的结构体由3部分构成，Pointer 是指向一个数组的指针，len 代表当前切片的长度，cap 是当前切片的容量。cap 总是大于等于 len 的。
通常我们在对 slice 进行 append 等操作时，可能会造成slice的自动扩容。

代码如下（示例）：

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

2.扩容原则

• 如果切片的容量小于1024个元素，那么扩容的时候slice的cap就乘以2；一旦元素个数超过1024个元素，增长因子就变成1.25，即每次增加原来容量的四分之一。
• 如果扩容之后，还没有触及原数组的容量，那么，切片中的指针指向的位置，就还是原数组，如果扩容之后，超过了原数组的容量，那么，Go就会开辟一块新的内存，把原来的值拷贝过来，这种情况丝毫不会影响到原数组。

3.如何理解扩容规则一

规则一：

如果切片的容量小于1024个元素，那么扩容的时候slice的cap就乘以2；一旦元素个数超过1024个元素，增长因子就变成1.25，即每次增加原来容量的四分之一。

1.当小于1024个元素时

代码如下（示例）：

func main() {
	// 建立容量为 2 的 切片
	addCap := make([]string, 0, 2)
	// 插入一个数，占一个容量
	addCap = append(addCap, "1")
	// 打印此时的地址
	fmt.Println("addCap 1", addCap, cap(addCap), &addCap[0])
	// 插入一个数，占一个容量
	// 再打印此时的地址
	addCap = append(addCap, "1")
	fmt.Println("addCap 2", addCap, cap(addCap), &addCap[0])
	// 插入一个数，占一个容量
	// 再打印此时的地址
	addCap = append(addCap, "1")
	// 此时三个数已经超出容量，那么切片容量将扩容，此时地址也将变成新的地址
	fmt.Println("addCap 3", addCap, cap(addCap), &addCap[0])

}

结果（示例）：

2.当大于1024个元素时

代码如下（示例）：

func main() {
	// 建立容量为 1022 的 切片
	addCap1024 := make([]int, 1022, 1024)
	// 插入一个数，占一个容量 容量 1023
	addCap1024 = append(addCap1024, 1)
	// 打印此时的地址
	fmt.Println("addCap1024 1", cap(addCap1024), &addCap1024[0])
	// 插入一个数，占一个容量
	// 再打印此时的地址
	addCap1024 = append(addCap1024, 1)
	fmt.Println("addCap1024 2", cap(addCap1024), &addCap1024[0])
	// 插入一个数，占一个容量
	// 再打印此时的地址
	addCap1024 = append(addCap1024, 1)
	// 此时三个数已经超出容量1024，那么切片容量将扩容，此时地址也将变成新的地址
	fmt.Println("addCap1024 3", cap(addCap1024), &addCap1024[0])

}

结果（示例）：

此时容量Cap 增加了 1280 - 1024 = 256 ，也就是 1024 的 25 %
即 增长因子就变成1.25，即每次增加原来容量的四分之一。

4.如何理解扩容规则二

规则一：

如果扩容之后，还没有触及原数组的容量，那么，切片中的指针指向的位置，就还是原数组，如果扩容之后，超过了原数组的容量，那么，Go就会开辟一块新的内存，把原来的值拷贝过来，这种情况丝毫不会影响到原数组。

1.简单理解内存地址更换

代码如下（示例）：

func main() {
	// 建立容量为 2 的 切片
	addCap := make([]string, 0, 2)
	// 插入一个数，占一个容量
	addCap = append(addCap, "1")
	// 打印此时的地址
	fmt.Println("addCap 1", addCap, cap(addCap), &addCap[0])
	// 插入一个数，占一个容量
	// 再打印此时的地址
	addCap = append(addCap, "1")
	fmt.Println("addCap 2", addCap, cap(addCap), &addCap[0])
	// 将 oth 的指针指向切片地址
	// 再打印此时的地址 和 addCap 一样,即未触及容量时，还是原数组
	oth := addCap[0:1]
	fmt.Println("oth 1",oth,cap(oth),&oth[0])

	//此时修改原数组 oth 所指向的地址不变，但第一个数的值已经更改 3
	addCap[0] = "3"
	fmt.Println("oth 2",oth,cap(oth),&oth[0])

	// 插入一个数，占一个容量
	// 再打印此时的地址
	addCap = append(addCap, "1")
	//此时再修改 已经是扩容后的新地址 原数组将保持不变 即oth 所指向的地址的值不变
	addCap[0] = "4"
	// 此时三个数已经超出容量，那么切片容量将扩容，此时地址也将变成新的地址，第一个数也将修改为 4
	fmt.Println("addCap 3", addCap, cap(addCap), &addCap[0])
	// 但 oth 依然保留着原数组的指针地址，所以依然还是 3
	fmt.Println("oth 3",oth,cap(oth),&oth[0])

}

结果（示例）：

此时容量Oth 指向原切片位置，而扩容后的新的切片指向了新的位置，做的修改将无法影响原切片。

总结

通过以上两个例子可以轻松了解在Golang中切片扩容的主要形式。而因为切片的底层也是是在连续的内存块中分配的，所以切片还能获得索引、迭代以及为垃圾回收优化的好处，非常适合我们深入学习。

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